化工工艺优化方法

６ ）确定生产优 化区域， 改进工艺操作参
数。
化学模式识别中的常用分类 判 别 方 法
有Ｉ
机快速运算及 计算 机图示学 ，在化工工艺优 化领 域中显示了独特作 用。
２ １ Ｂａ ｅ ． ｙ ａ判 剐 （ 步判 剐 法 ） 逐
任何一种分类 判剐方法总有可能 分错 ， 而 分 错 就 会 造 成 损 失 。 Ｂａ ｅ 判 别 方 法 的 目 ｙｓ 标是使错判造成的损失最小 目前，该法甩 得很多。 设｛ ｝ ｍ 为对 象的全体集合， 中每个元素 其 都是 Ｐ维空间 中的一个点．并都 来 源 于 个类 ｔ 缸 …， ｆ， 如。 第 类 在 ’ 设 空 间中的分布密 度为 （） 又设 ＿ｎ Ｄ ，…， ， Ｄ ｜
法 认为 实 际 操 作 中 的 长 期 记 录 虽 没有 经过 精 心 安 排 ， 含有 不 少 技术 信 息 ， 通 过 数学 处 但 可 理 （ 回归 分 析 ） 出 各 因索 与优 化 目标 之 间 如 找 的 定 量 关 系 。 该 法 对生 产不 干扰 ，但 当利 用 该 法 建 立 关联 式 时 ， 其可 靠性 受 制于 记 录 的 真 实 性 和 干扰 程 度 ，所 需 的 数 据 量也 很 大 。 近 年 发展 起 来 的化 学 模 式 识别 优 化 技 术 吸 取 了 Ｍ— ＥＶＯ Ｐ方 法 的优 点 ， 利 用 了计 算 并
法：
搜 索 法 ， 又称 爬 山法 ， 是 静 态 优 化 的常 用 方 法 。搜 索 法 本 身 有 许 多 算 法 ， 如 著 名 的 Ｆｉｏ ａｃ 搜 索 法 ，又称 ０６ ８法 ， ｂ ｎ ｃｌ ．１ 就是 一 种 简便 的适 用 于 单 因素 对 象 的 优 化 方 法 。 搜 索 法 的 原理 是 寻找 正确 的 方 向 ， 不 断 向 优 化 区
时 ， 该法 的实 验 次数 仍 太多 ｝在 生 产 装 置 上
在工艺优 化中， 优化 目标是产量、 质量或单耗 等 ， 化 变量 是 各工 艺 参数 。 优
工艺 优 化 的方 法 大 致 可 分 为 二 类 ； 模 拟 法 和统 计 法 。 模 拟法 又称 机 理 法 。 它依 靠 工 程 学 原 理， 导 出工 艺 过 程 的 数 学 模 型 ， 后 利 用 这 推 然
１ ，…， 从 而 求 得 判 别 矢 量 五。 ，２ 以上 介 绍 了用 于 化 学 模 式 识 别 的 主 要 分
② 正交 条件， 即
Ｐ（ ｊ ）
＝Ｏ ｉ １ ２ ， ＝ ， ，…，
类判别方法 。这些方法能减少对象的不重要
因子 或 通 过 有 效 的线 性 变 换 将 对 象 空 间 降 维 。 降维 后 ， 经投 影 在 计算 机 ０ ＲＴ上 以图 形
麻 烦 ， 易干 扰 生 产 。 且 Ｍ－ ＶＯＰ法 是 ＥＶＯＰ 的一 种 改 进 ， Ｅ 法 该
似 相异 性 ， 确 定 分 类 。通 过 映 射 技 术 将 高 维 空 间 的信 息 映射 为 计 算 机 ＣＲＴ显 示器 上 的 Ｉ 二 维或 三维 的可 视 图形 信 息。 然 后 ， 充 分利 用 人 的 眼睛 和 大 脑 的功 能 ， 与 计 算 机 共 同参 与 对 样 本 的模 式 分 类 。 ５ 利 用 对 样本 的 分类 结果 ， 未 知 生 产 ） 对 样本进行分类， 别。 判
间 延 迟状 况 。
Ｐｈ ＝ｌ，（ （ ） Ｊ ｉ 如
若第 类 在 ｝ 中出现的先 验概率为 ， 则 由划分 Ｄ ， ＿ｚ Ｄ Ｊ…，Ｄ 分类 的平均损失 ａ
为ｌ
工（ ，… ，Ｄ０ Ｄ】 ）
蓍 【 五／Ｐ Ｊ 蓍 （Ｆ （ ＾ ）
Ｂ ｙ ｓ 别法 则 即是 寻 找一 个 最 好 的 翅 ａｅ 判 分 方 法 Ｄ ，Ｄ。 ，… ，使 Ｉ Ｄ ， ） （ ，… Ｄ。 景小 。
・３ ５・
则 Ｂ ｙｓ ａｅ 解 ，…，
＾
为：
优化。
２ ３ Ｆｉｈ ｒ判 别 ． ｓｅ
／ ＝ ＃ （） ９ 皿 ＜日 （） ， ｛
＾＝ｌ ，… ，Ｇ｝ ，２
Ｆ ｓ ｅ 别 又 称 多 重 判 别 矢 量法 （ ｉｈｒ判 ＭＤＶ
法 ） 。
利 用 Ｂ ｙ ｓ 别可 实 现逐 步判 别 ， 即按 ａｅ 判
为Ｉ
１ ）确定优化 目标 。化 工装置的产量、 单 耗、 能耗及各 项质量指标均可作 为优化 目标， 允许多 目标优化。 ２ ）收集 生产 数据。包括可能影响 目 标 值的各种温度， 压力、 流量， 催化剂加入量、 原 料的组分、 质量分析数据、产品试 验数据等． 并深入 了解各输入变量与各 目标量之间的时
Ｄａ是 空间 丑 的 一 种 捌分 。 当 ｍ落 入 时，
２ 化 学 模 式 识 别 优 化 方 法
模式识别 （ ａ ｍ ｅｏ ｎｔｏ ） Ｐｌ Ｒ ｃｇ ｉ ｎ 是一种 ｉ 人 工智能科学，主要应用于 图象、 文字、 声音 的识 别 。 近年 来， 才 逐 渐 应 用 于 工 艺 优 化 。 模 式识别 的 目的是识别 出事物与哪个供模仿 的标本相 同或 相似， 因而， 有时也将模式识别 理解 成模式分类。这时，先设法把供模仿 的 标本 分成 若 干 类 ， 判 别 待 识事 物属 于 何 类 。 再 电子计算 机是 帮助人们作模式识剐 的理想工
３ ）教 据 预 处 理及 标 准化 。
４ ）模式分析。从被 考查的对象中 抽 取
一
记 日 （） ＝
’
，ｔ） ｈＦ ， 五（／ ）
＾：１ ，… ，
组特征参量， 构成模式 空间， 过致 据的捐 通
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第３ 期
金
山 油
化
纤
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第 ３期
金
山
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纤
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３３ ・
综 述 与 专 论
化 工 工 艺 优 化 方 法
盏 锡 曾
（ 总厂 教 育 中心 ）
率 立 从 理 论 上 介 绍 了化 工 工 艺 参 数 静 态 设 定 值 的忧 化 方 法 。
优 化 技 术 是 一 门新 兴 的 知 识工 程 ， 它依
因子 饥，啦，…， 。
Ｚ ［ Ｌ ， ． ｌ ＝ 五， … 五］１
【 ∞
问题 是 寻找 最 恰 当的 方 向， 使 分 属 不 同 类 的 点 投影 后 尽可 能 地 分 别 聚集 在 一起 。
现考虑对其样本分 类为 Ｇ个总体 ， … ， ６， 靠， 相应的均值为 （） （ ） １ ， ２ ，…， （ ， Ｇ）
靠优化理论及先进的计算 机技术， 对企业生
产 数 据 作科 学 分 析 ， 从而 选 出操 作 优 化 区域 ， 以达 到 降低 能 耗 、 约原 料 、 高产 质 量 的 目 节 提 的 ，使 企 业 在 不 增 加 设 备 投 资 的 条件 下提 高
经济 效 益 。
的模型或 内在规律， 达到优 化的 目的。 化 工 工 艺 优 化 常 采 用 以下 统 计 优 化 方
些模 型，找到最优 的工艺操作条件。该法精
确 度 高， 最优 化效 果 显著 ， 实 现较 困 难 。化 但 工 工 艺 反 应 机 理 复 杂 ， 可 变 因 素 多 ， 很 难 给 出精 确 的数 学 描 述 。 因 而 ， 模 拟 法 常用 于生
足或数据随机误差藏 大时， 回归模型的精确
最大。 其 中， 是 ￥的 相 关 系 数 矩 阵 。 因 首
丑０
＝五 Ｌ 达 到 ｛
即各总体 内方差要尽可髓小，总体 间方 差要 尽可能大，从而达剜 高的分类分辨率。
先确定，则满足此条件就能使全体样本中的
饥 因子之 间差 异 最 大 。
要 ｚ到 大则 满 差 ＝ ＝ 使达 最 ，须 足 ０ ，
具。
我们判定 ∈ 。 ＜／ ＞ 样品来 自第 类 记Ｌ ｈｇ 为 而判为第 ｈ 总体所造成的损失 。 个
令 Ｌｇ｛ （） 毫 ｈ＝ ／
设属于 类而划入 类的误判概率为 Ｐ
（／ ） ｈ ｇ ，则 ：
模式 识别用于化工工艺优化，属于化学 计算学范 畴， 称为化学模式 识别． 其实掩过程
实施正交试验设计 易对 生产 运行产生不 赵影
响
回 归分 析 用 于计 算 变 量 的 回归 关 系 ， 该
法通过 大量试验， 寻找系统的潜在统计规律。
分析 中应 先选 择 回 归 函数 类 型， 再 确 定 其 梅 定 参 数 同归 分 析 法 的 缺 陷 是 ： 当 样 本 量不
方 差 为 ， ２ ，…，
主 成 分 因子 定 义 为 ： ＝工１ ＋工¨ ｉ ， ｔ ，∞ ＋
… ＋ＬｐＺ ＿Ｐ
令 总平均 值 ： 暑 （） 一 ｇ 总体 间方差Ｂ ＝暑 （ 一 ｏ （ ） ）
令 五； 五ｌ ＝［ Ｉ ‘ ， ｄ ，五ｚ ’… ＬＰ
性 差 ， 乏 预 报 意义 。 缺 Ｅ Ｐ 法是 ６ ＶＯ ０年 代 提 出 的工 艺 优 化 方 法 。 该 法 的实 施 是 在 原 工 艺 条 件 基 础 上 对 工 艺 条 件 作 微 小 变 化 ， 形 成 以原 工 艺 条 件为 中
产 中的机械、 电或简单化工过程的建模和调
优。
统 计 法 类 似 于 控 制 论 中系 统辨 识 的 黑箱
心的操作循环。通过循环操作，积累工 艺条
理论。 即从系统 的输入输 出数据中， 识系统 辨
件变化对产质量影 响的数褊 从 而找 到优化
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油
化
纤
的 工艺 条件 。该 法 的 缺 点是 在 多 因素 时 操 作
１ 工 艺 优 化 方 法概 述
“ 优化 一词 ，近年来使用很频繁。 因优 化对 象和 场合不 同，调优采用的理论和数学 方法也各鼻 。本文讨论 的化工工艺优化，仅 指化 工 工艺 参 数 静 态 设 定 值 的优 化 ， 它 既 不
同于现 代 控 制 论 中的 动态 最 优 控 制 方 法 ， 也 不 全 类 同 于管理 、决 策 优 化 中 的数 学 规 划 。
＝［ ，沈，… ，却 ］ １
备总体方差的总和 Ｗｏ ＝暑 ；
Ｆｆｈ ｒ判 别 的分 类 目标 是 使 下 式 达 到 最 ｓｅ
大：
Ｔ 一
则 ＝工 缸 足 三 个 条件 ：
（＝１ ，…Ｐ） ，２
要 把 － 变换为 肌，…， ，…， 咖，需满 ① 最大方差条件，即
接近。其缺点是试验 次数较多， 收敛较慢， 在
某些多 变量算法 中，还须计算 目标 函数的导 数，这在大多数化工工 艺优 化课 题 中是难 以
傲到的。
正交试验设计是有用的工艺实验方法 。 该法提 供的正交 表能 以较 少的实验 次数找 到 较 好 的 操作 条件 。缺 点是 ：在 工 艺 因素 复 杂
分类分辨率大小 ， 逐个选入 因子， 从而用来 剔 除判别 能力小 的因子， 降低维数。 ２ ２ 主 戚 分 分 析法 （ｈｉ ｃｐ ｌＣ ｍｐ ｎ — ． １－ｎ ｉａ ｏ ｏ ｅ
ｎｔ Ａｎａ ｙｓ ｓ ｌ ｉ）
源自文库
设 对 象 ∞有 个 因子 ： ， 规，…， 。 卸 把
维 空 间 。 的 样 本 点投 影 到低 维 空 间， 中 则 须 作 线性 变 换 ：
Ｐ Ａ 法 是 找 出几 个 综 合 因子 （ 成 分 因 Ｏ 主 子 ） 代 表 原 来 众 多 的 因子 ， 将 综 合 因子 作 来 并 为 坐 标 轴 ， 各 点 集 投 影 到 这 个 低维 空 间， 把 达 到 降 维 目的 。 综 合 因 子 应 尽可 能 反 映 原来 因 子的信息， 相互正交。 并 设某 对 象 有 个 因子 ，勘，… ， 现 ％。 考 虑 个 依 作 用 大 小 从 大 到小 排 列 的 主 成分