JPH07134700A - プラント設計システム - Google Patents

プラント設計システム

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JPH07134700A
JPH07134700A JP5303318A JP30331893A JPH07134700A JP H07134700 A JPH07134700 A JP H07134700A JP 5303318 A JP5303318 A JP 5303318A JP 30331893 A JP30331893 A JP 30331893A JP H07134700 A JPH07134700 A JP H07134700A
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JP
Japan
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present
design
heat
heat exchanger
heat recovery
Prior art date
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Pending
Application number
JP5303318A
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English (en)
Inventor
Naoki Obogawa
直樹 小保川
Satoshi Ro
敏 呂
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Chiyoda Corp
Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Original Assignee
Chiyoda Corp
Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
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Publication date
Application filed by Chiyoda Corp, Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd filed Critical Chiyoda Corp
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Publication of JPH07134700A publication Critical patent/JPH07134700A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 遺伝的アルゴリズムを用いてプラント設計の
最適化問題を解決するためのシステムを得る。 【構成】 入出力インターフェイス手段と遺伝的アルゴ
リズムにより作動する最適値探索手段、および最適値探
索手段と設計対象のプラントに適合するシミュレータと
のデータ交換手段を備えたシステム。(1)シミュレー
タを使って問題の構造と評価基準を与え、(2)インタ
−フェイス部を介して独立変数の範囲とGAパラメータ
を与えることにより解答を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、遺伝的アルゴリズムを
応用してプラント設計を行うシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】プラント設計において、常にコストを最
小にし、エネルギをできるだけ節約するというような最
適化問題を考えねばならない。これらの問題を効率よく
解き、最適解をすばやく得ることによって、コストダウ
ン、省エネや設計工数の短縮を実現することが期待でき
る。
【0003】ところが、最適化問題に対する従来の計算
手法、例えば山登り法などでは、複数の局所最適解をも
ついわゆる多峰性問題に対しては、一般的には実行開始
時に人為的に選ばれる初期点などに依存して、1つの局
所最適解しか求められない。
【0004】近年、このような多峰性問題に対して大域
最適化手法として、生物進化過程からヒントを得て提案
された遺伝的アルゴリズム(GA)が注目されている。
この手法は、1つの解候補だけを対象とせず、解候補の
集団を対象として、その集団に生物の進化法則を適用す
ることにより最適解を得ようとする手法である。
【0005】GAによる手法において、解候補を個体と
呼び、ランダムに生成された文字列で表す。このような
個体の集団に対し、選択、交叉、突然変異といった生物
の進化法則的な操作を行う。選択、交叉は早く最適解を
得るよう探索を改善するはたらきがあり、また、突然変
異は探索点が局所最適解に陥ることを避ける働きがあ
る。
【0006】この手法は従来のランダム探索法などに比
べ、計算が極めて簡単で、また探索の改善方法を人に伝
えることのできる共通知識として表現できるという利点
がある。さらに、この手法は大域探索に有効であり、す
でに多くの応用例が報告されている。
【0007】遺伝的アルゴリズムは生物進化の過程をモ
デル化し、工学的にシミュレーションしてそのメカニズ
ムを解明しようとする課程で見いだされた。現在では、
生物の遺伝の研究のほかに、この遺伝的アルゴリズムを
工業などの他分野で従来手法では解決が困難であった問
題に有効に使えることがわかってきた。
【0008】遺伝的アルゴリズムは生物の進化に習った
探索アルゴリズムである。GAは生物進化のメカニズム
を工学的にシミュレートする探索法の一つで、通常、選
択、交叉、突然変異の3つのオペレーションからなる。
自然界においては自然淘汰の原理が働き、環境に適した
強い遺伝子を持った生物が選択され、子孫を遺してい
く。
【0009】遺伝子情報を持つDNA分子は2重螺旋構
造の塩基分子である。親が子を複製する場合、DNAの
螺旋は解け、他のDNAと結び付き、新しい個体を生成
する。すなわち、一つの遺伝子が他の遺伝子と結び付く
ことによって、新しい別の個体が生まれる。これが、遺
伝子の交叉である。
【0010】まず問題を遺伝子型に対応するような文字
列に変換する。この文字列が個体を表し、この集団を扱
うことになる。この個体を表す文字列を評価して評価値
の高い集団を選んで残すようにする。これは自然界にお
ける淘汰に対応する。この選ばれた集団に対してオペレ
ータを施すことによって新しい文字列を生成する。
【0011】基本的なオペレータは文字列を複製する機
能を持つ自己再生、二つの文字列に対して部分的な交換
を行うことによって新しい文字列を生み出す交叉、文字
列を複製するときに確率的に誤りを生じさせる突然変異
等がある。図1に示すようにこのサイクルを繰り返すこ
とによって、環境に応じた評価値の高い文字列を生み出
し、文字列の集団全体の評価値を向上させていくもので
ある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記の説明からも理解
されるように、GAを実際の問題に適用するときは、そ
の問題に合った表現、操作、あるいはヒューリスティッ
クを導入する必要がある。単にGAを導入しさえすれば
どんな問題でも簡単に解けるわけではない。本発明は遺
伝的アルゴリズムを用いてプラント設計の最適化問題を
解決するためのシステムを得ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、入出力インターフェイス手段と遺伝的アル
ゴリズムにより作動する最適値探索手段、および最適値
探索手段と設計対象のプラントに適合するシミュレータ
とのデータ交換手段を備えたシステムである。
【0014】本発明のシステムでプラント設計問題を解
決するには、(1)シミュレータを使って問題の構造と
評価基準を与え、(2)インタ−フェイス部を介して独
立変数の範囲とGAパラメータを与えることにより解答
を得ることができる。
【0015】本発明のシステムの概略を図2に示す。シ
ミュレータ部は設計する対象プロセスに合わせて設計さ
れており、独立変数の読み込み、シミュレーション、評
価基準の設定、評価結果の出力を行う。シミュレータ部
はGA部と変数と評価結果のやりとりを行うことができ
る。
【0016】GA部に対してインターフェイス部を介し
て目的は最小か最大か、変数の範囲は、そしてGAのパ
ラメータなどを入力すると、GA部はシミュレータ部と
データの交換をしながら問題の最適解を探索する。
【0017】
【実施例】実施例として多峰性問題としてよく知られて
いる熱交換器網設計問題について説明する。
【0018】本発明のツールを用いた熱交換器網の設計
例について説明する。評価基準についてはユーザが必要
に応じて自由に設定できる。本発明のツールを用いた設
計手順は次のようになる。
【0019】(1)本発明のシステムを用いてある運転
パターンに対し、独立変数(例えば、伝熱面積や分流率
など)の範囲を与え、最適化を行う。通常、この場合は
伝熱面積の最小化と熱回収率の最大化を行う。
【0020】(2)本発明のシステムを用いて(1)で
求めた伝熱面積を固定し、他の運転パターンに対して、
面積以外の独立変数(例えば、分流率など)の最適な値
を求める。このときは熱回収率の最大化を行う。
【0021】(3)(2)において独立変数の許容解が
存在し、しかも得られた結果は満足のいくものならば、
終了する。さもなければ、独立変数の範囲を変え、また
多目的関数の重み計数を調整して、上記の(1)と
(2)を繰り返す。
【0022】このような手段で設計する場合に要する時
間は、シミュレータが1回実行するのにかかる時間とG
Aのパラメータ(最大世代数、個体数)によって決ま
る。熱交換器網シミュレータHENS3を用いる場合
で、8個の熱交換器と11個のスプリッタからなるシス
テムに対し、GAの最大世代数を100とし、1世代の
個体数を40とする場合、1つの運転パターンの最適化
を行うのに約90分間かかる(SUNSparcSta
tionIPXを用いる場合)。なお、現状ではエンジ
ニアが1つの運転パターンを設計するのに約3〜4時間
かかる。
【0023】本発明のシステムの適用例として、図3、
図4、図5、図6に4分割された図面に示す8つの熱交
換器からなる熱交換器網の設計を行った。なお、熱交換
器網のシミュレータとしてHENS3を使用した。
【0024】この熱交換器網において、FeedStr
eamは1,11,21,31,51,61であり、そ
れぞれの温度、流量とエンタルピーカーブが各運転パタ
ーン毎に与えられている。
【0025】設計目標としては、伝熱面積をできるだけ
小さくすること、熱回収率をできるだけ高くすることで
ある。設計における温度と流量に関する制約を以下の表
に示す。
【表1】
【表2】
【0026】各熱交換器の熱伝面積の40〜800m2
とし、各スプリッタの分流率の範囲を0.1〜0.9と
する。分析により、この問題の独立変数は次の(1),
(2)である。 (1)各熱交換器の伝熱面積 (2)スプリッタ501、601以外のスプリッタの分
流率
【0027】なお、スプリッタ501,601の分流率
は以下のように求められる。 D501=[F31−(F35+F36)]/[(1−
D9)*F31] D601=1−[F36−D11*D9*F31]/
[(1−D5)*(1−D9)*F31] ただし、Diはスプリッタiの分流率で、FjはStre
am jの流量である。
【0028】伝熱面積と各運転パターンの熱回収率と単
位伝熱面積の熱回収量を比較する。なお、熱回収率と単
位伝熱面積の熱回収量は以下の式に基づいて計算された
ものである。
【0029】 熱回収率=(回収された熱量)/(理論上回収されるべき熱量) =(1〜5,11,13,14,のHeatDuty)/(全Hea tExchangerのHeatDuty)
【0030】 単位伝熱面積の熱回収量 =(回収された熱量)/(伝熱面積の合計) =(1〜5,11,13,14のHeatDuty)/(1〜5,1 1,13,14の伝熱面積)
【0031】伝熱面積の比較を表3に示す。
【表3】 この表より、本発明のシステムで設計した熱交換器網の
伝熱面積は従来設計と比べ、2割強少なくなっているこ
とがわかる。
【0032】以下では、各運転パターン毎に伝熱面積を
除いた設計結果を比較する。 (1)運転パターン1 ・熱回収率: 本発明のシステムによる結果:0.6563 従来の設
計結果:0.5828 ・単位面積の熱回収量(kcal/Hm2): 本発明のシステムによる結果:2.038×104
来の設計結果:1.287×104 ・関係Streamの温度
【表4】 ・関係Streamの流量
【表5】 ・各スプリッタの分流率
【表6】
【0033】(2)運転パターン2 ・熱回収率 本発明のシステムによる結果:0.7153 従来の設
計結果:0.7047 ・単位面積の熱回収量(kcal/Hm2) 本発明のシステムによる結果:2.365×104
来の設計結果:1.913×104 ・関係Streamの温度
【表7】 ・関係Streamの流量
【表8】 ・各スプリッタの分流率
【表9】
【0034】以下では従来設計で得られている熱交換器
の伝熱面積を利用して、本発明のシステムでスプリッタ
の分流率を調整し、最適の運転状態を見つけることを試
みる。以下では、運転パターンに分けて設計結果を比較
する。
【0035】(1)運転パターン1 ・熱回収率 本発明のシステムによる結果:0.6564 従来の設
計結果:0.5828 ・単位面積の熱回収量(kcal/Hm2) 本発明のシステムによる結果:1.604×104
来の設計結果:1.287×104 ・関係Streamの温度
【表10】 ・関係Streamの流量
【表11】 ・各スプリッタの分流率
【表12】
【0036】(2)運転パターン 2 ・熱回収率 本発明のシステムによる結果:0.6779 従来の設
計結果:0.7047 ・単位面積の熱回収量(kcal/Hm2) 本発明のシステムによる結果:1.764×104
来の設計結果:1.913×104 ・関係Streamの温度
【表13】 ・関係Streamの流量
【表14】 ・各スプリッタの分流率
【表15】
【0037】この例では従来の設計結果より、本発明の
システムで設計した熱交換器網の熱回収率が若干低くな
っているが、これは従来の設計は制約を侵しているのに
対し、本発明のシステムによる設計は制約を満たしてい
るからである。
【0038】以上例で説明したように、熱交換器網の構
造と制限があたえられたあと、本発明のシステムは熱交
換器の最適な伝熱面積と各運転パターンにおける最適な
分流率を提供している。
【0039】
【発明の効果】本発明のシステムを用いることにより、
プロセスの設計時間が短縮でき、新しい熱交換器網など
の新規設計、および既存の熱交換器網などの既存システ
ムに対し、その最適な運転ポイントを見つけることがで
きる。
【0040】各種の分野向けのプロセスシミュレータと
組み合わせることによって、本発明のシステムは様々な
プロセスの設計に適用でき、対象のプロセスに熟練して
いなくても最適解が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】遺伝的アルゴリズムによる探索の説明図であ
る。
【図2】本発明のシステムの概略図である。
【図3】本発明の実施例において対象とした熱交換器網
の図の左上部分図である。
【図4】本発明の実施例において対象とした熱交換器網
の図の右上部分図である。
【図5】本発明の実施例において対象とした熱交換器網
の図の左下部分図である。
【図6】本発明の実施例において対象とした熱交換器網
の図の右下部分図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入出力インターフェイス手段と遺伝的ア
    ルゴリズムにより作動する探索手段、および前記探索手
    段と設計対象のプラントに適合するシミュレータとのデ
    ータ交換手段を備えたことを特徴とするプラント設計シ
    ステム。
JP5303318A 1993-11-09 1993-11-09 プラント設計システム Pending JPH07134700A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5303318A JPH07134700A (ja) 1993-11-09 1993-11-09 プラント設計システム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5303318A JPH07134700A (ja) 1993-11-09 1993-11-09 プラント設計システム

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JPH07134700A true JPH07134700A (ja) 1995-05-23

Family

ID=17919528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5303318A Pending JPH07134700A (ja) 1993-11-09 1993-11-09 プラント設計システム

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JP (1) JPH07134700A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001043261A (ja) * 1999-03-09 2001-02-16 Agency Of Ind Science & Technol デジタルシステム、デジタルシステムのクロック信号調整方法および、その調整方法で実行する処理プログラムを記録した記録媒体
US6658581B1 (en) 1999-03-29 2003-12-02 Agency Of Industrial Science & Technology Timing adjustment of clock signals in a digital circuit
WO2020188805A1 (ja) * 2019-03-20 2020-09-24 日揮グローバル株式会社 熱交換器群の設計方法及び処理プラント

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001043261A (ja) * 1999-03-09 2001-02-16 Agency Of Ind Science & Technol デジタルシステム、デジタルシステムのクロック信号調整方法および、その調整方法で実行する処理プログラムを記録した記録媒体
US6658581B1 (en) 1999-03-29 2003-12-02 Agency Of Industrial Science & Technology Timing adjustment of clock signals in a digital circuit
US6993672B2 (en) 1999-03-29 2006-01-31 Agency Of Industrial Science & Technology Timing adjustment of clock signals in a digital circuit
WO2020188805A1 (ja) * 2019-03-20 2020-09-24 日揮グローバル株式会社 熱交換器群の設計方法及び処理プラント
JP6799726B1 (ja) * 2019-03-20 2020-12-16 日揮グローバル株式会社 熱交換器群の設計方法及び処理プラント
US11879687B2 (en) 2019-03-20 2024-01-23 Jgc Corporation Method of designing heat exchanger group and processing plant

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