378 优化设计方法-目标
378 优化设计方法-目标
背景
优化设计的目的是使一个或几个性能指标（目标）达到最佳，但一个装置或过程可能有多个性能指标，不同指标可能不是一类量，无法直接加合（如制冷量、成本），有些指标可能随影响因素的变化趋势相矛盾（如活性成分提取过程中，提高搅拌速度，可能有助于提高提取速率，但杂质含量也可能相应增加），这些问题在优化开始时都需要适当处理。
下面以开放型热泵气扫式膜蒸馏装置浓缩药液为例，简要分析处理思路，装置的原理示意如下图。
目标优选
开放型热泵气扫式膜蒸馏装置的性能指标如浓缩速率（产水速率）、分离效率、装置能耗、节能倍率、装置成本、装置尺寸、装置重量、装置寿命、装置噪声等，优化时通常需要进行分析整合。
如分离效率，只有选择的膜适宜，未出现亲水化或破损导致渗漏，分离通常没问题，困此可不必进行优化。
此外，装置尺寸、装置重量、装置寿命、装置噪声等指标也类似，只要合理选材和设计，通常能满足要求，可不作为优化目标（特定情况除外，如装置安放在实验室，对噪声有较高要求而常规设计无法满足时，也需要进行优化）。
装置能耗和节能倍率是两个强相关的指标，可以选择节能倍率作为代表。
综上，可选择节能倍率、浓缩速率、装置成本（此处以膜面积为代表，实际还包括热泵部件、风机、料液泵等）作为优化的基本目标。
目标变化规律
目标变化规律分析的目的是掌握各指标随典型影响因素的变化趋势，为指标整合提供参考。
如提高料液温度时，装置浓缩速率会增加，但节能倍率会降低。
如增加膜面积时，料液浓缩速率增加，但装置成本也增加。
优化目标整合方法
根据优选指标随关键因素的变化规律，可对优化指标进行整合，部分方法如下。
指标合并。如把浓缩速率和装置成本两个指标合并为一个单位膜面积料液浓缩速率，即产水量/（小时.平方米膜面积）。
限定部分指标。如限定膜面积不大于5m2，料液浓缩速率不低于10kg/h，在此条件下优化节能倍率。
也可限定节能倍率不低于4.0，料液浓缩速率不低于10kg/h，优化最小膜面积等。
目标归一化处理。如把各指标都折合为经济指标。此例中，装置成本本身就是经济指标（元）；由料液浓缩速率可得出浓缩产品生产速率（kg/h），结合浓缩产品销售收益（元/kg），可得出料液浓缩速率的经济指标（元/年）；装置节能倍率也可结合料液浓缩速率得出装置能耗（kW），结合电价（元/kWh）得出经济指标（元/年），归一化得到的总经济指标可为三年收益、五年收益、十年收益等。
以三年收益为例，其值为三年浓缩产品销售收益-装置成本-三年装置能耗费用。
以三年收益为优化目标，即可得出三年收益最大化的一组装置参数。
上述归一化处理方法在实际应用时还需考虑很多因素，如装置成本还有热泵部件成本等，运行费用除耗电费用外，还有更换膜的费用等。