Entwicklung und Anwendung eines innovativen Werkzeugs für die mehrkriterielle Optimierung verfahrenstechnischer Prozesse:
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Aachen
Shaker
2014
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INHALTSVERZEICHNIS
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS VII
SYMBOLVERZEICHNIS IX
INDEXVERZEICHNIS XI
1 EINLEITUNG 1
1.1 MOTIVATION' MATHEMATISCHE OPTIMIERUNG STATT MANUELLER VERBESSERUNG .
. 2
1 2 ZIELSETZUNG DER VORLIEGENDEN ARBEIT . 5
13 KAPITELUBERSICHT 6
14 ABSCHLIESSENDE HINWEISE . 8
2 GRUNDLAGEN DER PROZESSOPTIMIERUNG 9
2 1 GRUNDLAGEN DER VERFAHRENSENTWICKLUNG . 9
2.2 METHODEN PUR DIE AUSLEGUNG VERFAHRENSTECHNISCHER PROZESSE . . 11
2.3 GRUNDLAGEN DER GLOBALEN OPTIMIERUNG . . 13
23 1 MEHRKNTENELLE GLOBALE OPTIMIERUNG . 13
2 3 2 NO-FREE-LUNCH-THEOREM . . 14
2 3.3 OPTIMIERUNGSPROBLEMKLASSEN . 15
2 4 METHODEN DER GLOBALEN NICHTLINEAREN OPTIMIERUNG 17
2 5 PARALLELISIERBARKEIT VON OPTIMIERUNGSVERFAHREN . 20
2 6 EINFACHE EVOLUTIONAERE ALGORITHMEN .21
26 1 SELEKTIONSOPEI ATION 22
2.6.2 MUTATIONSOPERATION . .22
2.6.3 KREUZUNGSOPERATION . . . 22
2 6 4 BEWERTUNGSOPERATION . . . 23
2 6 5 FUNKTIONSWEISE .24
2.6.6 ZUSAMMENFASSUNG UND BEWERTUNG . 25
2 7 EVOLUTIONARE ALGORITHMEN MIT ELITE- UND DIVERSITATSSTRATEGIEN . .
26
2.7 1 NON-DOMINATED SORTING . 27
2.7.2 CROWDING DISTANCE . .27
2.8 KOSTENSCHATZUNG 28
IN
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IY MCHRKRILCRICLLE OPUMIENING VCRFUHRENSLECHNISCHCR PROZESSE
3 STAND DES WISSENS 31
3 I APPARATE- UND PROZESSAUSLEGUNG 32
3.2 BESCHREIBUNG DER INVESTITIONS- UND BETRIEBSKOSTEN 38
3 3 EVOLUTIONAERE ALGORITHMEN 38
3.4 ZUSAMMENFASSUNG 40
4 ABBILDUNG DER OPTIMICRUNGSAURGABE 43
4 I KONZEPT FUER DIE INDIVIDUENAUSWERTUNG . . .43
4.2 KONZEPTIONELLE ERWEITERUNG DES MODELLS DER GRUNDOPERATIONEN . . .44
4.3 ZUGNFL'SMETHODEN 46
4.3.1 ZUGRIFLSMETHODEN AUF ZIELFUNKTIONSMODULE . 47
43 2 ZUGRIFLSMETHODEN AUF NEBENBEDINGUNGSMODULE . 49
5 MASSGESCHNEIDERTES OPTIMIERUNGSVERFAHREN 51
5 I CHARAKTERISIERUNG DER ANFORDERUNGEN 52
5 2 DISKRETISIERUNG DES URBILDRAUMES . 33
5.3 SELEKTIONSOPERATION 54
5 4 MUTATIONSOPERATION 56
5 5 KREUZUNGSOPERATION 59
5.6 ELITE- UND DIVERSITATSBEWAHRUNGSKONZEPT 60
5 6.1 ANALYSE UND BEWERTUNG PUBLIZIERTER ELITE- UND
DIVERSITATSBEWAHRUNGSKONZEPTE . 60
5.6.2 MASSGESCHNEIDERTES ELITE- UND DIVERSITATSBEWAHRUNGSKONZEPT . 65
5.7 BEWERTUNGSOPERATION . .70
5.7.1 KONZEPT DER INTERFACE-FUNKTION .70
5 7 2 KONZEPT FUER DIE INDIVIDUENAUSWAHL 73
5.7 3 KONZEPT PUR DIE DYNAMISCHE FILNESSBERECHNUNG 74
5 8 PARALLELISIERUNG DER INDIVIDUENAUSWERTUNG . 78
5.8 I PARALLELISIERBARKEIT IN MATLAB . 78
5.8.2 MASTER-SLAVE-MODELLE PARALLEHSIERTCR EVOLUTIONAERER ALGORITHMEN .
80
5.8 3 UMSETZUNG DES SYNCHRONEN MASTER-SLAVE-MODELLS 82
5 9 ABBRUCH- UND KONVERGENZKRITERIEN . 83
5 10 ERMITTELTE STANDARDPARAMETRISIERUNG 85
6 ADV:PROCESSOPTIMIZCR 87
6.1 ENTWICKLUNG DES OPTIMIERUNGSWERKZEUGS .87
6.1.1 ANFORDERUNGSKATALOG 87
6 1.2 ABLAUF EINES OPTIMIERUNGSPROJEKTS 89
6.1.3 UMSETZUNG 89
6.2 ENTWICKELTES BCDICNKONZCPT 90
6 2.1 OPTIMIZATION PROJECT . .90
PHILIPP S. ERNST
INHALTSVERZEICHNIS
V
6.2.2 OPTIMIZATION PROBLEM 92
6 2 3 OPTIMIZATION . 93
6.2.4 RESULT ANALYSIS 95
6 2 5 EXCEL EXPORT 96
6 3 ZUSATZWERKZEUGE . 97
6 3.1 REFERENZMODELL . . 97
6 3.2 PROTOKOLLDATEI . 98
7 APPARATEOPTIMIERUNG AM BEISPIEL DER TRENNWANDKOLONNE 101
7 1 BESCHREIBUNG DES TRENNWANDKOLONNE . 101
7 2 ABBILDUNG DES OPTIMIERUNGSPROBLEMS TRENNWANDKOLONNE . . . 102
72 1 VERWENDETES ZIELFUNKTIONSMODUL 102
7.2.2 VERWENDETE NEBENBEDINGUNGSMODULE . . 103
7 3 REFERENZAUSLEGUNG DER TRENNWANDKOLONNE. . . 104
7 4 OPTIMIERUNG DER TRENNWANDKOLONNE . 104
74 1 VORBEREITUNG UND DURCHFUHRUNG DER OPTIMIERUNG . . . 105
7 4 2 ANALYSE UND INTERPRETATION DER OPTIMIERUNGSERGEBNISSE . 106
8 PROZESSOPTIMIERUNG AM BEISPIEL DES STYROIPROZESSES 117
8.1 BESCHREIBUNG DES STYROIPROZESSES . . . 117
8 2 ABBILDUNG DES OPTIMIERUNGSPROBLEMS STYROLPROZESS . . 119
8.2.1 VERWENDETE ZIELFUNKTIONSMODULE . 119
8 2.2 VERWENDETE NEBENBEDINGUNGSMODULE . 120
8.3 REFERENZAUSLEGUNG DES STYROIPROZESSES . . . 121
8.4 OPTIMIERUNG DES STYROIPROZESSES . . . . 125
8.4 I VORBEREITUNG UND DURCHFUHRUNG DER OPTIMIERUNG . 125
8.4 2 ANALYSE UND INTERPRETATION DER OPTIMIERUNGSERGEBNISSE . 125
9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 137
9.1 ZUSAMMENFASSUNG . 137
9 2 AUSBLICK . . .139
LITERATURVERZEICHNIS 143
A IMPLEMENTIERUNG DES MASSGESCHNEIDERTEN EA 151
B VISUALISIERUNG DES OPTIMIERUNGSFORTSCHRITTS 155
C FUNKTIONSUMFANG DES ADV:PROCESSOPTIMIZERS 157
PHILIPP S ERNST
VI MEHRKNTENELLE OPTIMIERUNG VERFAHRENSTECHNISCHER PROZESSE
D VERWENDETE ZIELFUNKTIONS- UND NEBCNBEDINGUNGSMODULE 159
DL VERWENDETE ZIELFUNKTIONSMODULE 159
D.L 1 ZIELFUNKTIONSMODUL .TRENNWANDKOLONNE" . . 160
D 1.2 ZIELFUNKTIONSMODUL .KOLONNE". . . 163
D.1.3 ZIELFUNKTIONSMODUL *KOMPRESSOR" . 165
D.L 4 ZIELFUNKTIONSMODUL *ERHITZER/KUHLER" 166
D 1 5 ZIELFUNKTIONSMODUL .DEKANTER" - . . . 167
D 16 ZIELFUNKTIONSMODUL *STROM" . 168
D I 7 ZIELFUNKTIONSMODUL *OFEN" 169
D 1 8 ZIELFUNKTIONSMODUL *WAERMEUEBERTRAGER" 169
D. I 9 ZIELFUNKTIONSMODUL *REAKTOR" . 170
D 1 10 ZIELFUNKTIONSMODUL *SPLITTER" .171
D2 VERWENDETE NEBENBEDINGUNGSMODULE . 171
D2.1 NEBENBEDINGUNGSMODUL *GLEICHHEIT" .171
D 2.2 NEBENBEDINGUNGSMODUL *WL-WERT" .172
D.2.3 NEBENBEDINGUNGSMODUL *F-FAKTOR" 174
E UEBERSICHT BETREUTER STUDENTISCHER ARBEITEN 177
F LEBENSLAUF 179
PHILIPP S. EMST |
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