依據(jù)紙漿性能使采購(gòu)成本最低的廢紙配比優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及造紙的技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種依據(jù)紙漿性能使采購(gòu)成本最低的廢紙 配比優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，我國(guó)造紙行業(yè)的原料現(xiàn)狀已轉(zhuǎn)變?yōu)閃廢紙和木材為主，其中制漿原料中 廢紙所占比例平均已高達(dá)62%，成為造紙工業(yè)中主要的原料。通常造紙廠W混合制漿的方 法來(lái)保證紙漿品質(zhì)，在生產(chǎn)過(guò)程中由于受到諸如客戶要求、原材料市場(chǎng)供應(yīng)和價(jià)格等因素 的影響，需要經(jīng)常改變廢紙的配比。但是，目前造紙企業(yè)僅僅只是依據(jù)長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)進(jìn)行 廢紙配比，使得紙漿的性能指標(biāo)總是波動(dòng)，不利于紙張成品品質(zhì)的穩(wěn)定。
[0003] 目前，已有基于歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)合"大數(shù)據(jù)"時(shí)代的特征，通過(guò)廢紙配比來(lái)預(yù)測(cè)紙 漿性能指標(biāo)的方法產(chǎn)生，且預(yù)測(cè)精度滿足實(shí)際應(yīng)用要求，因此，當(dāng)前亟待提出一種依據(jù)紙漿 性能指標(biāo)優(yōu)化廢紙配比的模型，采用遺傳算法，依據(jù)造紙廠所期望的紙漿性能，使廢紙采購(gòu) 成本最低的廢紙配比優(yōu)化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，基于已有的廢紙配比預(yù)測(cè)紙漿性 能方法，根據(jù)造紙廠所期望的紙漿性能，提供一種同時(shí)使廢紙采購(gòu)成本最低的廢紙配比優(yōu) 化方法，為造紙廠提供一種合理的廢紙配比優(yōu)化的定量化方法，不僅能代替其現(xiàn)行的人工 經(jīng)驗(yàn)方法，而且還能提供使采購(gòu)成本最低的廢紙配比推優(yōu)方案。
[0005] 本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] 一種依據(jù)紙漿性能使采購(gòu)成本最低的廢紙配比優(yōu)化方法，包括下列步驟：
[0007] S1、采集某紙廠廢紙制漿生產(chǎn)線上若干年的廢紙配比和紙漿性能指標(biāo)檢測(cè)歷史數(shù) 據(jù)，確定廢紙紙種M種，紙漿性能指標(biāo)Y個(gè)，建立依據(jù)廢紙配比預(yù)測(cè)紙漿性能的模型；
[0008] S2、獲取當(dāng)前的所述M種廢紙紙種的價(jià)格；
[0009] S3、設(shè)定期望的廢紙配比中的廢紙紙種類型及類型數(shù)量n種、用量范圍和預(yù)期達(dá) 到的紙漿性能指標(biāo)；
[0010] S4、采用遺傳算法，W廢紙的采購(gòu)總成本倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)，分別進(jìn)行指定次數(shù) C次遺傳算法的運(yùn)算，得到廢紙配比結(jié)果；
[0011] S5、根據(jù)上述遺傳算法求得的廢紙配比結(jié)果，分別根據(jù)廢紙采購(gòu)總成本和紙漿性 能指標(biāo)，擇優(yōu)選擇廢紙配比結(jié)果。
[0012] 進(jìn)一步的，所述步驟S4具體為：
[0013] 步驟S41、將所述步驟S3中確定的n種廢紙用量比例Xi設(shè)為種群的個(gè)體，即將個(gè) 體的染色體編碼為狂1，X2, . . .，Xn);
[0014] 步驟S42、選定所述遺傳算法中種群規(guī)模的數(shù)量S和進(jìn)化代數(shù)J，其中所述種群規(guī) 模的數(shù)量S的選定原則是在4n到6n之間，所述進(jìn)化代數(shù)J的選定原則是不超過(guò)100代；
[0015] 步驟S43、選定交叉概率和變異概率，其中，所述交叉概率的選定范圍為0.5~ 1. 0,所述變異概率的選定范圍為0. 001~0. 05 ;
[0016] 步驟S44、隨機(jī)生成一個(gè)種群的個(gè)體，使得滿足各廢紙種用量Xi限定的所述用量 范圍，并使用所述廢紙配比預(yù)測(cè)紙漿指標(biāo)模型檢驗(yàn)生成的所述種群的個(gè)體，若不符合所述 預(yù)期達(dá)到的紙漿性能指標(biāo)，則重新再隨機(jī)生成一個(gè)種群的個(gè)體，直至滿足要求，重復(fù)個(gè)體的 初始化，直到種群的個(gè)體數(shù)量達(dá)到種群規(guī)模的數(shù)量時(shí)即完成第一種群個(gè)體的初始化；
[0017] 步驟S45、W廢紙成本的倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)F00計(jì)算個(gè)體的適應(yīng)度值，從所述 第一種群中W-定概率選擇優(yōu)良個(gè)體組成第二種群，采用輪盤(pán)賭選擇方法，對(duì)個(gè)體進(jìn)行選 擇，個(gè)體的適應(yīng)度函數(shù)和被選中的概率如下；
[0020]其中斯是各廢紙種的采購(gòu)成本，Gi是個(gè)體i被選中的概率，F(xiàn)i是個(gè)體i的適應(yīng)度 值，N是種群規(guī)模；
[0021]步驟S46、從所述第二種群中隨機(jī)選擇兩個(gè)染色體，根據(jù)所述交叉概率決定上述兩 個(gè)染色體是否進(jìn)行交叉，如果進(jìn)行交叉，再隨機(jī)選擇染色體的交叉位置，并通過(guò)交叉算子進(jìn) 行交叉，如果不進(jìn)行交叉，則直接轉(zhuǎn)至下一步驟S47 ;
[0022] 步驟S47、從所述第二種群中隨機(jī)選擇一個(gè)染色體，根據(jù)所述變異概率決定上述染 色體是否進(jìn)行變異，如果進(jìn)行變異，再隨機(jī)選擇染色體的變異位置，并通過(guò)變異算子進(jìn)行交 叉，如果不進(jìn)行變異，則直接轉(zhuǎn)至下一步驟S48 ;
[0023] 步驟S48、檢驗(yàn)經(jīng)過(guò)染色體交叉或/和變異的種群的個(gè)體是否符合所述紙漿性能 指標(biāo)范圍要求，若不符合，則重新返回步驟S46執(zhí)行交叉和變異，若符合，則完成此次進(jìn)化；
[0024] 步驟S49、檢驗(yàn)所述種群的個(gè)體是否達(dá)到所述進(jìn)化代數(shù)J，若沒(méi)有達(dá)到，則返回步 驟S45,若達(dá)到，則記錄配比結(jié)果；
[00巧]步驟S410、再重新執(zhí)行W上步驟S44至步驟S49,直至完成第C次遺傳運(yùn)算。
[0026] 進(jìn)一步的，所述交叉算子如下：
[0027] Xpi= (l-b)X,i+bXii
[002引 Xpj.= Xu+Xki-a-b)Xki-bXii
[0029] ，
[0030] (l-b)Xii+bXki [00引]Xqj=X1戶Xii-(l-b)Xii-bXki
[0032] 其中，第k個(gè)染色體Xk和第1個(gè)染色體Xi在i，j位置交叉產(chǎn)生新的染色體Xp和 Xq，b是[0，1]區(qū)間的隨機(jī)數(shù)。
[0033] 進(jìn)一步的，所述變異算子如下：
[0034]
，
[003引 f(g) =r2(l-g/GmJ2，
[003引其中，X。是第i個(gè)染色體的第j化Xmax、Xmin分別是第j位的上下限，r、r2都是 [0, 1]區(qū)間的隨機(jī)數(shù)，f(g)是非均勻變異系數(shù)，g是當(dāng)前進(jìn)化代數(shù)，Gm"是最大進(jìn)化代數(shù)。
[0037] 進(jìn)一步的，所述紙漿性能指標(biāo)的個(gè)數(shù)Y，1《Y《4。
[0038] 進(jìn)一步的，所述進(jìn)行遺傳算法運(yùn)算的指定次數(shù)C，1《C《3。
[0039] 進(jìn)一步的，所述廢紙紙種類型的數(shù)量M等于廢紙紙種的總種類數(shù)，所述期望的廢 紙配比中的廢紙紙種類型的數(shù)量n，n的取值范圍為1《n《M。
[0040] 進(jìn)一步的，所述種群規(guī)模的數(shù)量S，S的取值范圍4n《S《6n，所述進(jìn)化代數(shù) J《100。
[0041] 進(jìn)一步的，所述廢紙配比預(yù)測(cè)紙漿性能的模型W廢紙配比作為輸入?yún)?shù)，W紙漿 性能指標(biāo)作為輸出參數(shù)，其預(yù)測(cè)精度誤差范圍保證在5%W內(nèi)。
[0042] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0043] 1)采用本發(fā)明方法優(yōu)化得到的廢紙配比能夠滿足紙廠提供的具體紙漿指標(biāo)的要 求，解決了紙廠廢紙配比難W確定的難題，并能適用于W不同種類紙漿為原材料的紙廠。
[0044] 2)本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)有的廢紙配比預(yù)測(cè)紙漿性能方法，通過(guò)成本的最小來(lái)確定各種廢 紙配比，從而得出優(yōu)化后的廢紙配比方案，使得企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)具有積 極的指導(dǎo)意義。
【附圖說(shuō)明】
[0045] 圖1是本發(fā)明中依據(jù)紙漿性能使采購(gòu)成本最低的廢紙配比優(yōu)化方法流程圖；
[0046] 圖2是本實(shí)施例步驟S4中關(guān)于采用遺傳算法優(yōu)化廢紙配比的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，W下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì) 本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[004引 實(shí)施例
[0049] 請(qǐng)參見(jiàn)附圖1，附圖1是本實(shí)施例中依據(jù)紙漿性能使采購(gòu)成本最低的廢紙配比優(yōu) 化方法流程圖。本發(fā)明W某紙廠廢紙制漿生產(chǎn)線上若干年（本實(shí)施例采用2011年一2013 年的=年數(shù)據(jù)）的廢紙配比和紙漿性能檢測(cè)數(shù)據(jù)為例，模擬廢紙配比優(yōu)化過(guò)程，具體如下：
[0050] 步驟S1、建立廢紙配比預(yù)測(cè)紙漿指標(biāo)模型
[0051] 采集某紙廠廢紙制漿生產(chǎn)線上若干年（本實(shí)施例采用2011年一2013年的S年數(shù) 據(jù)）的廢紙配比的記錄和相應(yīng)時(shí)段的紙漿性能指標(biāo)檢測(cè)歷史數(shù)據(jù)，確定廢紙紙種M(本實(shí)施 例中優(yōu)選M= 10)種，紙漿性能指標(biāo)（本實(shí)施例中優(yōu)選Y= 1)個(gè)（本實(shí)施例中，該紙漿性 能指標(biāo)即為粗漿塔出口處的紙漿白度），W廢紙配比作為輸入、紙漿性能指標(biāo)作為輸出，采 用支持向量機(jī)建立廢紙配比與紙漿指標(biāo)的預(yù)測(cè)模型，其預(yù)測(cè)精度誤差范圍在5%W內(nèi)。
[0052] 步驟S2、獲取當(dāng)前各廢紙紙種的價(jià)格Pi
[0053] 根據(jù)步驟S1中確定的10種廢紙紙種，獲取W上10種廢紙紙種的價(jià)格Pi,其中i = 1,2，…10。具體見(jiàn)下表中所示：
[0054]
防)5引步驟S3、設(shè)定預(yù)期要求（廢紙紙種類型、用量范圍、紙漿性能指標(biāo))
[0056] 設(shè)定期望的廢紙配比中的廢紙紙種類型及類型數(shù)量n種、用量范圍W及所預(yù)期達(dá) 到的紙漿性能指標(biāo)。
[0057] 在本實(shí)施例中，根據(jù)步驟S1和S2中提供的數(shù)據(jù)，現(xiàn)確定本步驟的預(yù)期要求如下： [005引選擇使用4種廢紙（即n= 4);廢紙A、廢紙F(tuán)、廢紙G、廢紙J，其中廢紙A的使用 量要大于50%，紙漿性能指標(biāo)（粗漿塔出口處紙漿的白度）要求大于42%ISO。
[0059] 步驟S4、采用若干次（一次或者多次，在本實(shí)施例中優(yōu)選的兩次）遺傳算法，W廢 紙的采購(gòu)總成本倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)，得到優(yōu)化的廢紙配比結(jié)果。具體過(guò)程如附圖2所示：
[0060](步驟S41)種群個(gè)體的編碼；將步驟S3中確定的n種廢紙用量比例Xi設(shè)為種群 的個(gè)體，即將個(gè)體的染色體編碼為狂1，X2, . . .，Xn);
[0061] 在本實(shí)施例中將步驟S3中確定的4種廢紙用量比例Xi設(shè)為種群的個(gè)體，即將個(gè) 體的染色體編碼為狂1，X2,X3,X4)，該里的個(gè)體就是指廢紙配比；
[0062](步驟S42)種群規(guī)模和進(jìn)化代數(shù)的選定：遺傳算法中種群規(guī)模的選定原則是在4n 到6n之間，進(jìn)化代數(shù)的選定原則是不超過(guò)100代；
[0063] 在本實(shí)施例中，由于根據(jù)上述步驟S3中廢紙紙種類型n= 4種，因此，群規(guī)模選定 為20,進(jìn)化代數(shù)為50代。
[0064](步驟S43)交叉和變異概率的選定：交叉概率的選定范圍為0. 5~1. 0,變異概率 的選定范圍為0. 001~0. 05 ;本實(shí)施例中優(yōu)選的交叉概率選定為0. 6,優(yōu)選的變異概率的選 定范圍為0.01。
[0065](步