模糊型多目标系统动力学模型及其在循环经济产业中的应用

来源 :四川大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zgrgyj1985
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随着国家大力发展循环经济的基本方略的深入,研究循环经济规划的重要性和迫切性已日益显现。决策者希望在循环经济背景和要求下,模拟出未来一段时期内产业的发展,为决策者提供科学和有效的支撑。模拟的要求,让人们选择了系统动力学方法。它与其它模型方法相比更适用于处理类似循环经济产业问题这样的长期性、系统内数据不足以及处理精度要求不高的复杂社会经济问题。循环经济不再是单一看重某项指标,经济指标要看重,环境上的要求更要遵循。循环经济的这一要求,加之系统动力学模型内部分参数数据不充分的特点,选择多目标规划,来对参数进行优化处理。  为了对某一产业链系统深入、详尽地分析,需对其中的参数作更为准确的估计。尤其是面临经济的发展和环境的约束,如何分配原始材料以及确定加工系数变得尤为关键。本文结合各地产业链的实际情况,并根据决策者的发展要求,建立了多目标优化模型,科学的确定分配比例和加工系数。但是,由于现实环境的不确定性,导致很多决策没办法精确求解。例如,能源的消耗系数,有的地域没有做过精确的统计,只能借助相关领域的专家经验数据;国际价格指数的波动,天气状况的好坏,交通运输情况的好坏等等都会影响当地的物价水平。这些都会导致价格、能耗系数以及废弃物的排放系数等具有不确定性,尤其是模糊性。因而,在确定分配比例和加工系数时,需要考虑模糊型环境下的多目标优化问题。  本文在广泛借鉴和吸收国内外研究成果的基础上,以模糊型SD-MOP理论为基础,对模糊型多目标规划模型和算法进行了研究。同时,结合系统动力学模型应用到生猪、煤炭和纺织产业链,考虑在发展循环经济的大背景下,这些地域的相关产业链的经济和环境发展状况。主要工作如下:  (1)本文针对四川某区域的具体情况,对其生猪产业链进行了详细的分析讨论,并考虑了该区域生猪产业链发展循环经济的具体条件和要求,然后针对性地建立了适合该区域发展的系统动力学模型。考虑到该地域决策者一方面追求发展经济,另一方面为了降低能源消耗,故提出了具有经济和环境约束的多目标优化模型进行猪肉分配比例的优化。由于生猪深加工、香肠和腊肉的加工等工序的能耗情况没有统计数据,只能借助相关领域的专家的经验数据,因此该模型中的单位能耗系数被考虑作为模糊变量。同时,本论文还针对模糊参数为LR型模糊变量时,给出了对应的三中确定等价模型,并提供了相应的算法。在实践应用时,将该地域的生猪产业链上的相关数据输入仿真系统,得到三种方案下的该区域生猪产业链经济效益和能源消耗未来发展情况。本论文还针对系统中不同的参数进行了灵敏度分析,找出影响该系统最大的参数,并指出它对系统如何产生影响,为决策者提供科学的依据。本文最后还与传统的系统动力学仿真模拟(即不对分配比例或加工系数进行优化)作了比较,得出了优化模型确确实实对系统参数的设定产生了巨大的作用。  (2)本文对煤炭产业链的划分作了一个系统的总结,并针对四川某区域的具体情况,对其煤炭产业的横向产业链(即煤矿开采和深加工)进行了详细的分析讨论。由于煤炭行业本身是高污染行业,大量的废气物排放会对环境造成极大地破坏。鉴于发展循环经济的要求,本文有针对性地构建了适合该区域发展的煤炭资源循环利用系统动力学模型。此外,考虑到煤炭产业是该地域经济发展的支柱产业,因此在对煤炭深加工系数进行优化时同时考虑了经济效益最大和废弃物排放最小两大目标。由于同时考虑到国际物价指数和国内需求对煤炭产业链中物价的影响,以及本地相关领域专家对价格的估计,因此该模型中的部分产品的单价被考虑作为模糊随机变量。同时,本论文还针对LR型模糊随机变量,给出了对应的三中确定等价模型,并提供了相应的算法。在仿真模拟时,将该地域的煤炭产业链上的相关数据输入仿真系统,得到三种方案下的该区域煤炭产业链经济效益和废弃物排放的未来发展情况。本论文还针对系统中不同的参数进行了灵敏度分析,找出影响该系统最大的参数,并指出它对系统如何产生影响,为决策者提供科学的依据。本文最后还与传统的系统动力学仿真模拟(即不对分配比例或加工系数进行优化)以及考虑了确定型优化模型的系统动力学仿真作了比较,得出了考虑模糊随机环境下的优化模型所获得的参数进行仿真,其结果更符合实际的发展。  (3)传统的纺织产业链的研究,大多停留在对产业链价值提升的探讨。往往忽略了纺织产业链本身是一个高消耗、高污染的行业。在发展循环经济的大环境下,如何高效的利用棉、纱等资源,如何降低能源的消耗是决策者面临的另一难题。本文针对四川某区域的具体情况,对其纺织产业链进行了详细的分析讨论,并考虑了该区域纺织产业链发展循环经济的具体条件和要求,然后针对性地建立了适合该区域发展的系统动力学模型。考虑到该地域决策者一方面追求发展经济,另一方面为了降低能源消耗,故提出了具有经济和环境约束的多目标优化模型进行棉、纱等资源的分配比例的优化。由于棉的深加工、印染、织布、制衣等工序的能耗情况没有具体的统计数据,只能借助相关领域的专家的经验数据,因此该模型中的单位能耗系数被考虑作为双模糊变量。同时,本论文还针对双模糊参数为LR型时,给出了对应的三中确定等价模型,并提供了相应的算法。在实践应用时,将该地域的纺织产业链上的相关数据输入仿真系统,得到三种方案下的该区域纺织产业链经济和能源消耗未来发展情况。本论文还针对系统中不同的参数进行了灵敏度分析,找出影响该系统最大的参数,并指出它对系统如何产生影响,为决策者提供科学的依据。本文最后还与传统的系统动力学仿真模拟(即不对分配比例或加工系数进行优化)以及仅考虑确定型环境的系统动力学仿真作了比较,得出了双模糊优化模型确确实实对系统参数的设定产生了巨大的作用,模拟结果更接近现实的发展情况。  以模糊型SD-MOP理论为核心,本文建立了针对不同产业链的模糊型多目标决策模型,并对具有特殊分布的模糊型变量进行了等价变化得到其确定型决策模型。然后结合多目标决策的相关算法,针对性的设计了更适合解决该产业链的算法,从而找到最优的分配比例或加工系数。最终结合建立的系统动力学模型,根据三种决策方案得到未来该地域相关产业链的经济、环境发展状况。本文的研究工作无疑对模糊型SD-MOP的理论研究和相关应用的研究起到了积极的推动作用。
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