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基于分位数回归CGAN的虚拟样本生成方法及其过程建模应用

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化工学报 2021年第3期72卷 1529-1538页

作者：陈忠圣朱梅玉贺彦林徐圆朱群雄北京化工大学信息科学与技术学院北京100029 智能过程系统工程教育部工程研究中心北京100029

针对复杂工业过程因难以检测变量或因时间上和经济上成本因素导致的建模样本稀缺问题,提出了一种将分位数回归(quantile regression)嵌入到条件生成式对抗网络(conditional generative adversarial network,CGAN)的虚拟样本生成方法QRC... 详细信息

针对复杂工业过程因难以检测变量或因时间上和经济上成本因素导致的建模样本稀缺问题,提出了一种将分位数回归(quantile regression)嵌入到条件生成式对抗网络(conditional generative adversarial network,CGAN)的虚拟样本生成方法QRCGAN。首先,在标准CGAN“生成器-判别器”两元对弈结构中嵌入回归器,使模型不仅具备标签样本生成能力,同时也具备处理回归预测问题的能力。其次,以分位数回归神经网络实现回归器,连同判别器和生成器进行同步对抗训练。当模型到达Nash平衡时,在分位数回归神经网络回归器的作用下,生成器能够产生落在一定置信区间的新样本。然后,利用Kullback-Leibler(KL)散度评估生成样本的质量。最后,通过标准函数数据和实际化工过程数据验证所提方法的有效性。

关键词：虚拟样本生成 CGAN 分位数回归数据稀缺软测量深度学习

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工业过程报警管理研究进展

自动化学报 2017年第6期43卷 955-968页

作者：朱群雄高慧慧徐圆北京化工大学信息科学与技术学院北京100029 智能过程系统工程教育部工程研究中心北京100029

作为现代工业过程运行的首道保护层,报警系统对保障过程安全、可靠和高效生产起着举足轻重的作用.然而,目前大多数工业报警系统存在着"报警泛滥"这一问题,严重影响了报警系统的应有功能.本文结合工业过程特点和报警管理生命周期,总结了... 详细信息

作为现代工业过程运行的首道保护层,报警系统对保障过程安全、可靠和高效生产起着举足轻重的作用.然而,目前大多数工业报警系统存在着"报警泛滥"这一问题,严重影响了报警系统的应有功能.本文结合工业过程特点和报警管理生命周期,总结了导致"报警泛滥"的主要原因,并依据这些原因,从报警建模与报警根源分析、报警阈值设计、报警优先级划分、报警类型识别与处理、报警系统性能评估等分类综述了报警管理关键技术研究进展、报警管理框架以及工业报警规范、报警管理软件与应用现状.最后,探讨了报警管理领域存在的难题和新挑战.

关键词：报警泛滥报警管理智能建模报警设计工业过程

基于模糊RBF神经网络的乙烯装置生产能力预测

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化工学报 2016年第3期67卷 812-819页

作者：耿志强陈杰韩永明北京化工大学信息科学与技术学院北京100029 智能过程系统工程教育部工程研究中心北京100029

针对传统的径向基函数(RBF)神经网络隐藏层节点的不确定和初始中心敏感性、收敛速度过慢等问题,提出一种基于模糊C均值的RBF神经网络(FCM-RBF)模型,通过模糊C均值聚类(FCM)得到各聚类中心,基于误差反传的梯度下降法训练隐藏层到输出层... 详细信息

针对传统的径向基函数(RBF)神经网络隐藏层节点的不确定和初始中心敏感性、收敛速度过慢等问题,提出一种基于模糊C均值的RBF神经网络(FCM-RBF)模型,通过模糊C均值聚类(FCM)得到各聚类中心,基于误差反传的梯度下降法训练隐藏层到输出层之间的权值,克服传统RBF模型对数据中心的敏感性,优化确定RBF神经网络隐藏层的节点数,提高网络训练速度和精度。最后将其用于乙烯装置生产能力预测中,分析预测不同技术、不同规模乙烯装置生产情况,指导乙烯生产,提高生产效率,结果验证了所提出算法的有效性和实用性。

关键词：乙烯装置生产能力预测模糊C均值聚类径向基神经网络模型预测控制神经网络生产

基于MWSPCA-CBR的智能预警方法研究及其在石化工业中的应用

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化工学报 2019年第2期70卷 572-580页

作者：耿志强景邵星白菊王仲凯朱群雄韩永明北京化工大学信息科学与技术学院北京100029 智能过程系统工程教育部工程研究中心北京100029

石油钻井是一项高风险性、耗资巨大的系统工程。为了智能预警石油钻井过程中的异常,缩短非生产时间,降低相关风险,提出一种基于移动窗稀疏主元分析法(MWSPCA)的案例推理(CBR)异常智能预警方法(MWSPCA-CBR)。首先利用MWSPCA算法分析钻井... 详细信息

石油钻井是一项高风险性、耗资巨大的系统工程。为了智能预警石油钻井过程中的异常,缩短非生产时间,降低相关风险,提出一种基于移动窗稀疏主元分析法(MWSPCA)的案例推理(CBR)异常智能预警方法(MWSPCA-CBR)。首先利用MWSPCA算法分析钻井过程中的实时数据,快速定位出异常可能发生的时间,然后使用基于案例推理方法分析异常数据,确定可能的异常类型,并为实时监控专家提供相关异常的处理方法。所提方法应用到石油钻井过程异常预警中,实验结果验证了所提方法的可行性和有效性,为钻井过程降低风险成本提供了新思路。

关键词：主元分析基于案例推理智能预警方法石油钻井过程过程控制模型预测控制

基于层次分析的FLANN神经网络研究及应用

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化工学报 2016年第3期67卷 805-811页

作者：耿志强武开英韩永明北京化工大学信息科学与技术学院北京100029 智能过程系统工程教育部工程研究中心北京100029

针对传统函数链接型神经网络(functional link artificial neural networks,FLANN)不能有效处理化工过程中强耦合、带噪声的高维数据建模问题,提出了一种基于层次分析(analytic hierarchy process,AHP)的FLANN神经网络(AHP-FLANN)。通过层析分析模型过滤输入数据中的冗余信息,提取特征分量,并把提取的特征分量作为函数链接神经网络的输入进行建模。同时利用化工行业乙烯生产数据进行了验证,并和BP神经网络及FLANN神经网络进行了对比。结果表明,AHP-FLANN神经网络在处理复杂高维数据时具有收敛速度快、建模精度高、网络稳定性强等特点,同时能够指导乙烯生产,提高能效,具有良好的实用价值。

关键词：乙烯装置生产能力预测层次分析法神经网络模型预测控制生产

基于改进NSGA-Ⅱ算法的乙烯裂解炉操作优化

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化工学报 2020年第3期71卷 1088-1094页

作者：耿志强毕帅王尊朱群雄韩永明北京化工大学信息科学与技术学院北京100029 智能过程系统工程教育部工程研究中心北京100029

现有的乙烯裂解炉优化通常只针对两个目标函数即产物乙烯和丙烯的收率,并且采用遗传算法的收敛效果一般,故提出一种基于改进NSGA-Ⅱ算法来研究一个多目标运行的解决方案,以此来解决乙烯裂解炉的固定周期操作优化问题,即在增大产物乙烯... 详细信息

现有的乙烯裂解炉优化通常只针对两个目标函数即产物乙烯和丙烯的收率,并且采用遗传算法的收敛效果一般,故提出一种基于改进NSGA-Ⅱ算法来研究一个多目标运行的解决方案,以此来解决乙烯裂解炉的固定周期操作优化问题,即在增大产物乙烯和丙烯收率的同时减少原料以及蒸汽流量来提高整体运行状况。把具体问题量化为数学模型,分析了原料气烃比、原料流量、出口温度对乙烯和丙烯收率的影响。实验结果表明,相较于原有操作条件,提出的优化方案具有良好的可行性。

关键词：优化乙烯裂解炉遗传算法过程系统

基于IDA-DEA的乙烯工业能效评价方法研究及应用

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化工学报 2017年第3期68卷 910-915页

作者：耿志强王仲凯朱群雄韩永明北京化工大学信息科学与技术学院北京100029 智能过程系统工程教育部工程研究中心北京100029

为有效分析乙烯生产装置的能效状态,评价乙烯行业的能效水平,并寻找提高乙烯能效的改进方法,提出了一种基于IDA-DEA的乙烯行业能效评价方法。首先运用IDA分解方法获得影响能源消耗的活动、结构与强度3个能源绩效指标(EPI);然后使用基于... 详细信息

为有效分析乙烯生产装置的能效状态,评价乙烯行业的能效水平,并寻找提高乙烯能效的改进方法,提出了一种基于IDA-DEA的乙烯行业能效评价方法。首先运用IDA分解方法获得影响能源消耗的活动、结构与强度3个能源绩效指标(EPI);然后使用基于投入-产出松弛变量的数据包络分析方法(DEA)对活动、结构与强度能源绩效指标进行分析,得到提高乙烯装置能效和产量的改进方向;最后,为提高乙烯装置生产提供操作指导。实验结果验证所提方法的可行性和有效性,为石化行业节能降耗提供了新思路。

关键词：指标分解分析法数据包络分析能源绩效指标能效评价乙烯装置化学过程算法计算机化学

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工业系统超结构模型应用研究进展

化工学报 2017年第3期68卷 801-810页

作者：曹健牟鹏耿志强朱群雄北京化工大学信息科学与技术学院北京100029 智能过程系统工程教育部工程研究中心北京100029

超结构模型的研究和应用可以有效解决化工、水处理、钢铁、冶金等领域中逐渐凸显的能源效率问题,常见于工业系统中的热交换网络和质量交换网络、水网以及其他网络。详细论述了换热网络中的基于状态空间超结构、基于分级超结构模型,以及... 详细信息

超结构模型的研究和应用可以有效解决化工、水处理、钢铁、冶金等领域中逐渐凸显的能源效率问题,常见于工业系统中的热交换网络和质量交换网络、水网以及其他网络。详细论述了换热网络中的基于状态空间超结构、基于分级超结构模型,以及两种经典超结构模型思想在质量交换网络、水网中的应用。完成超结构构建后,根据工业的实际生产状况,一般以年度总费用为目标函数,选取合理算法优化超结构网络,最终得到所需的新建或者改建方案。总结归纳了常见的优化算法,主要分为两大类:确定性算法和随机算法。最后阐述了超结构模型在科学研究和实际工程应用中还存在的问题以及下一步的研究方向。

关键词：超结构混合整数非线性规划状态空间分级模型优化遗传算法

考虑构件震害影响的城市桥梁震后通行功能损失评估方法

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哈尔滨工业大学学报 2025年第1期57卷 35-45页

作者：李天翊张东昱张晓宇哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司北京100120

桥梁作为城市交通网络重要节点,其车辆通行能力在震后救灾和重建过程中起着至关重要的作用。但现有城市桥梁震后损失研究多集中于结构损伤维修成本方面,对桥梁震后车辆通行功能损失研究关注不足,难以为震后紧急救援和桥梁修复决策提供... 详细信息

桥梁作为城市交通网络重要节点,其车辆通行能力在震后救灾和重建过程中起着至关重要的作用。但现有城市桥梁震后损失研究多集中于结构损伤维修成本方面,对桥梁震后车辆通行功能损失研究关注不足,难以为震后紧急救援和桥梁修复决策提供有效指导。因此,本文提出了综合考虑桥梁构件震害破坏及其对车辆通行影响的桥梁震后通行功能损失评估方法。首先,为了更准确地分析地震对桥梁结构整体系统的影响,采用copula函数,开展了考虑桥梁构件破坏相关性的桥梁系统地震易损性分析;其次,提出了地震导致桥梁车辆通行能力损失的评估方法。该方法综合考虑了桥梁结构损伤、承载力下降导致的开放车道减少以及桥梁伸缩缝损坏导致的车辆行驶速度降低等因素影响,因而可以更准确地反映震后桥梁车辆通行能力;最后,通过一个4跨连续梁桥算例发现相较于现有评估方法,本文提出的城市桥梁震后通行功能损失评估方法具有准确度更高、离散程度和不确定性更小的特点。与传统的定性和主观震后桥梁功能损失评估方法相比,本项研究提出的分析方法从物理层面考虑了桥梁构件震害对桥梁车辆通行能力的具体影响,为震后决策过程提供了一个数学模型。

关键词：桥梁易损性构件破坏相关性车辆通行能力桥梁通行功能损失