何小荣  教授,博士生导师 

       HE Xiaorong  Professor of Chemical Engineering

地址:清华大学化学工程系过程系统工程研究所

电话:+86-10-62784572

传真:+86-10-62770304

电子邮件:hexr@tsinghua.edu.cn
 

基本情况  行政与学术兼职  荣誉与获奖  教学与科研  重点项目介绍 代表性著作  英文版

 

 

基本情况:

 

1970年3月

毕业于清华大学动农系

1973年~1979年

清华大学化工系化学工程教研组

1979年~至今

清华大学化工系系统工程教研组

其间

1987.3~1988.4

美国Carnegie Mellon University 访问学者

1993.11~1994.4

丹麦科技大学,访问学者

 

行政职务和学术兼职

1. 1993年~1996.10担任教研组副主任和实验室主任;
2. 1996.10~2005.7 任过程系统工程研究所副所长、教研组主任;
3. 1999.6~至今担任中国系统工程学会过程系统工程学术委员会副主任委员;

 

荣誉与获奖

Ø  国家级奖

1985年获国家科学技术进步奖三等奖,第3完成人

Ø  省部级奖

1.   1980年北京市科技进步一等奖,第3完成人

2.   1986年获北京地区优秀软件三等奖,第1完成人

3.   1988年国家教委科学技术进步奖二等奖,第2完成人

4.   1994年获国家教委优秀学术专著优秀奖, 3完成人

5.   19955月获国家教委科技进步三等奖,第4完成人

6.   1999获国家教委科技进步三等奖,第2完成人

7.   1998年获中国石化总公司科技进步三等奖,第1完成人

8.   1999年获中国石化总公司科技进步三等奖,第1完成人

9.   2001年获中国石化总公司科技进步一等奖《常减压计算包》专题第1完成人

10.  2002年获北京市科技进步二等奖,第2完成人

11.  2004年获中国石油和化学工业协会科技进步一等奖,第2完成人

12.  2005年获北京市科学技术二等奖,第2完成人

13.  2008年获中国石油和化学协会科技进步一等奖,第1完成人。

Ø  校级奖

1. 1993年获清华大学基础性研究成果奖

2. 1996年获1995年度"清华之友-优秀教师奖励金"二等奖

3. 1997年获清华大学成果证书

4. 1999年获清华大学科技成果证书

5. 1999年获清华大学科技成果推广应用效益奖

6. 2002年获2001年度清华大学科技成果推广应用效益显著专项奖。

教学与科研

讲授课程

研究方向 已完成科研项目 在研项目


Ø 讲授课程:

曾主讲《化工原理》,《线性代数》,《计算机算法语言》,等.
   
1984年至2005年主讲《化工过程优化》。

 Ø  人才培养:

培养博士生7名,硕士生20

Ø  研究方向:

化工过程建模、模拟与优化,包括:
    人工智能技术在过程工业中的应用、过程工业中软测量技术的开发与应用、计算机辅助分子设计、数据挖掘和知识发现、供应链优化


Ø  已完成科研项目:

1. 换热网络的优化综合

2. 化工过程系统智能化的研究

3. 金山1#常减压换热流程改造

4. 85攻关项目:FCC分馏系统模拟与优化

5. 95攻关项目:常减压计算包

6. 自然科学基金重点项目:化工系统工程与智能化

7. 子波分析与动态过程建模及故障诊断

8. 基金资助项目:能量回收系统的结构柔性研究

9. 中石化基础研究项目:石油化工神经网络的方法研究

10.进口原油加工分配优化辅助决策系统

11.催化裂化柴油凝点在线检测系统

12.稳定汽油蒸汽压人工智能在线检测系统

13.常压塔优化控制软件支持系统

14.酮苯脱蜡溶剂回收系统节能技改可行方案

15.大港石化公司常减压数据处理与侧线质量模型的研究与开发

16.GK-V型裂解炉模拟分析系统

17.中油大港石化公司炼油厂生产计划优化软件系统

18.裂解炉原料重质化的研究与工艺优化

19.乙烯生产中关键过程的改造和优化

20.间歇生产优化调度建模及其求解算法的研究

21.沧州炼油厂气体分馏装置质量模型

22.间歇生产优化调度建模及其求解算法的研究

23.兰州石化生产计划优化系统

24.甲苯氧化过程优化软件

25.中国石化巴陵分公司生产计划优化

26.高等学校博士学科点专项科研基金项目。

重点科研项目介绍:

 

Ø  换热网络的优化综合技术

为了降低炼油厂常减压装置的能耗,提高换热网络的热回收率,清华大学化学工程系过程系统工程研究所自70年代起针对炼油厂的节能改造任务,研究换热网络的最优综合方法。先后给中石化燕山总公司东方红炼油厂和齐鲁石化总公司炼油厂的常减压装置进行了换热网络的改造,取得了明显的节能效果,获得巨大的经济效益。
    换热器网络由数十台换热器组成,相互制约,结构复杂。以往由于设计方法和计算技术不够完善,对节能问题重视不够,因此换热网络的热回收率一般较低。近年来由于电子计算技术的应用和对节能要求的提高,国内外都致力于换热网络最优综合方法的研究。据文献报道,方法大致可分为两类:一类是把换热网络最优综合问题化为纯数学上的最优化问题,进行求解。由于要引入大量的简化条件,以致计算结果与实际最优解有较大的出入。另一类方法是直接分析最优系统的必要条件,从中导出最优综合的规则。这类方法由于避免了复杂的组合,计算量较小,有发展前途。对于有众多约束条件的现有网络的改造,现有方法都有一定的局限性,不尽适用。此外这些方法仅用单一的技术经济指标作为目标函数,没有考虑运行稳定性和可靠性等综合指标,因此在实际运行中常会遇到困难。本工作运用系统工程的理论,在第二类方法的基础上,针对现有网络的改造任务,提出了以技术经济指标和灵敏度要求同时作为目标的换热网络的最优综合方法和工业网络灵敏度分析的方法;分析了网络结构与灵敏度的关系,总结出了考虑灵敏度要求的冷、热流匹配规则;建立了换热网络的模拟系统,可以进行系统模拟分析和工况预测;通过对网络进行灵敏度分析,可定量估计模拟参数不确定性的影响,据此可实现设计裕量的合理分配,避免了平均施加设计裕量的经验作法。从而开发了一套既适用于新建网络,也适用于现有网络改造的较为完善的换热网络的优化设计方法。
    对齐鲁石化总公司炼油厂改造后的换热网络进行了标定。结果表明各项技术指标均达到设计要求,具有换热效果好,阻力降合适,操作适应性强,运行稳定等优点。换热终温由原来的250℃左右提高到300℃以上,空气预热温度从34℃提高到175℃以上,换热网络的热回收率由66%提高到80%以上,能耗降低了25%,约7万大卡/吨原油。年处理量为200万吨/时,一年可节约的能量折合燃料油为1.4万吨,在一年内就能回收全部改造费用。
    该成果曾获国家科学技术进步奖三等奖,北京市科技进步一等奖。

Ø
  生产计划优化(GIOPIMS)系统

GIOPIMS(Graphic I/O Petro-chemical Industry Modeling System)系统主要用于石化企业制定最优生产计划,并根据原料和市场变化及时调整生产计划,使石化企业始终在高效益生产方案下运行。国内外同类系统通常采用书写数学方程式或Excel表格方式建模,本系统遵循人性化设计思想与理念,提出和实现一种崭新的完全图形化、可视化建模系统。与国内外同类系统相比,GIOPIMS系统具有:
(1)首次实现了石化企业生产计划的完全图形化、可视化建模,突破了国内外同类系统抽象繁琐的数学符号、数学表格和数学方程式的建模方式,提供了一种所见即所得的“傻瓜式”建模工具。
(2)首次提出和应用分解集成技术,解决了石化企业生产计划图形化建模中复杂流程绘制及集成的关键技术难题。   
(3)首次提出和实现生产计划优化模型发生无可行解和不合理解时的基于知识的启发式逐级侦破策略,指导用户快速修复模型,提高优化模型的使用率,弥补了国内外同类系统的缺陷。
    GIOPIMS系统2005年通过由甘肃省科技厅主持的,以中国石化王基铭院士和徐承恩院士为主任和副主任的专家委员会鉴定。鉴定意见认为‘该系统界面友好,操作简便,功能强大,在石化企业生产计划优化的完全图形化方面达到国际领先水平,在技术上达到国际先进水平。
    通过GIOPIMS系统的研究,已出版40万字的专著1部,发表论文20篇,国际、国内大会报告3次。
    GIOPIMS系统于2004年9月在中国石油兰州石化公司应用,至今已连续稳定运行4年,仅三年(2005-2007)就取得13132万元的经济效益。
    2006年12月,在GIOPIMS系统的基础上,开发了GIOCIMS(Graphic I/O Chemical Industry Modeling System)系统开始在中国石化巴陵分公司纯化工企业推广,自2007年8月成功投入使用,已取得很好的经济效益。
    GIOPIMS系统在技术开发与工程应用中解决了关键技术难题,取得重大技术突破,完全掌握了核心技术,目前已处于大规模稳定应用阶段。
    GIOPIMS系统总投资不足国外同类系统的10%,可以打破此类系统依赖进口的局面,对提升国内石化企业的经济效益、管理水平和提高与国外系统的竞争力具有重要意义。
    该成果获2008年中国石油和化学协会科技进步一等奖。
   

代表性著作:

Ø  编写教材、专著:

1. 石油化工企业生产优化管理 清华大学出版社 1990.8 第三作者;内容提要
2. 化工中的优化方法 化工出版社 1992.8 第二作者 全国统编教材; 内容提要
3. 过程系统工程词典 烃加工出版社 2001。4 编委、编者; 内容提要
4. 化工过程优化 清华大学出版社 2003.2 内容提要

5. 炼油化工一体化图形建模优化系统. 北京:烃加工出版社2006.1 内容提要

 

Ø  发表论文(近5年)

1.         C.F. Li, X.R. He, B.Z. Chen, et al. Maximum profit analysis in the LP model of production planning in petrochemical industry. PSE ASIA 2005 The 3rd International Symposium on Design,Operation and Control of Chemical Processes. Seoul Korea, August 1819 , 2005,p154156.

2.         Z. Gong, C.F. Li, X.R. He, et al. Optimal resources utilization in petrochemical enterprises based on GIOPIMS. PSE ASIA 2005 The 3rd International Symposium on Design,Operation and Control of Chemical Processes. Seoul Korea, August 1819, 2005, p447451.

3.         Y. Guo, X.R. He, et al. Prediction of secondary processing units’ production rates of side cut by BPNN-PCA. PSE ASIA 2005 The 3rd International Symposium on Design, Operation and Control of Chemical Processes. Seoul Korea, August 1819, 2005, p495498.

4.         Y. Guo, X.R. He, et al. Study on variable cost of production planning optimization in refinery. PSE ASIA 2005 The 3rd International Symposium on Design. Operation and Control of Chemical Processes. Seoul Korea, August 1819, 2005,p675678.

5.   何小荣,李初福,陈丙珍等. 石化企业生产计划图形建模优化系统. 第十届全国信息技术化工应用年会. 吉林市松花湖,  2005.8.34 Pj1j8.

6.   何小荣. 石化企业炼油化工一体化优化,大连棒槌岛, 2005.8.228.232005年过程系统工程SCMMES技术论坛.P97p110.

7.   李初福 何小荣 张秋怡等. 石化企业图形化生产计划优化系统的开发及其应用. 石油炼制与化工, 2005.10,Vol.36 No.10: P4548.

8.   李初福 何小荣 陈勃等. 炼油企业供应链管理中实沸点切割点的优化 化工学报, 2005.11,Vol.56 No.11: P21422145.

9.   郭彦, 李初福, 何小荣. 基于GIOPIMS软件的炼油生产增效. 清华大学学报(自然科学版), 2005.12, Vol.45,No.12: P16611663.

10.  刘朝玮, 李初福, 何小荣. 石化企业生产计划图形建模优化系统的动态格式报表的设计和实现. 计算机与应用化学, 2006.2,Vol.23,No.2 :133136.

11.  任世明, 李初福, 张玉坤, 何小荣. 甲苯苯甲酸分离流程模拟.2006年资源节约型企业信息支撑技术交流会论文集。安徽黄山, P319324.

12.  蒋东, 何小荣. 脱丙烷塔进料组成的预测. 化工学报, Vol.57 No.613901394.

13.     C.F. Li, X.R. He, B.Z. Chen, et al. Integrative optimization of refining and petrochemical plants. 16th European Symposium on Computer Aided Process Engineering and 9th International Symposium on Process Systems Engineering W. Marquardt, C. Pantelides (Editors) 2006 Published by Elsevier B.V., P20392044.

14.  李初福, 何小荣, 陈丙珍等. 石化企业最优生产计划中的效益曲线分析. 清华大学学报(自然科学版)2006Vol. No.9: 16011603

15.  龚真直,李初福,何小荣. 生产计划图形建模优化系统(GIOPIMS)及其应用. 2006年中国石化经济年会10.1310.18,四川成都, P53P59.

16.     C.F. Li, X.R. He, B.Z. Chena, et al. Infeasibility diagnosis on the linear Programming model of production planning in refinery. Chinese Journal of Chemical Engineering, Oct.2006,Vol.14 No.5:P569573

17.  李初福,何小荣,龚真直等. 需求不确定下炼油企业生产计划优化. PSE2006年会论文集2006.11.8-10 会议地点:天津·滨海新区天津万丽泰达酒店及会议中心,P62-P66,

18.  王如强,何小荣, 陈丙珍等. 常减压蒸馏装置生产计划与过程操作的优化集成. PSE2006年会论文集, 2006.11.8-10 会议地点:天津·滨海新区  天津万丽泰达酒店及会议中心,P529-535.

19.  张玉坤, 李初福, 何小荣. 甲苯液相催化氧化过程稳态模拟. 化工进展Vol. 25,No.12: P14811483.

20.  王如强, 何小荣, 陈丙珍. 炼油厂初馏塔生产计划与工艺的优化集成. 石油炼制与化工, 2007.01,Vol.38 No.1:54-58,

21.  刘朝玮,李初福,何小荣. 基于可变加工成本的炼油厂生产计划优化模型. 清华大学学报(自然科学版), Vol.47,No.3 : p404-407.

22.  郭彦, 李初福, 何小荣. 采用神经网络和主成分分析方法建立催化重整装置收敛预测模型. 过程工程学报,Apr.2007,vol.7 No.2 :366-369.

23.  蒋东, 王如强, 何小荣. 炼油厂气分装置生产计划与工艺条件的优化集成. 清华大学学报(自然科学版), Vol.47No.6:870-873.

24.  李初福, 王如强,何小荣. 化工企业生产计划图形建模优化系统开发及应用. 计算机与应用化学, 2007.10Vol.24,No.10: 1389-1392

25.  蒋东, 何小荣, 陈丙珍. 液化天然气流程模拟系统的研究与开发. 天然气工业, 2007.11, 106.

26.  张玉坤, 李初福, 何小荣. Simulation and Optimization in the Process of Toluene Liquid-phase Catalytic Oxidation. Chinese Journal of Chemical Engineering, February 2008, Vol.16,No.1:36-38.

27.  王如强, 何小荣, 陈丙珍. 常减压蒸馏装置生产计划与工艺的优化集成. 清华大学学报, 2008, 48(3): 401-404.

28.  李初福,何小荣,陈丙珍等. A Hybrid Programming Model for Optimal Production Planning under Demand Uncertainty in Refinery, Chinese Journal of Chemical Engineering, 2008,No.2.

29.     R.Q.WANG, C.F. Li, X.R. He, et al. A Novel Close-loop Strategy for Integrating Process Operations of Fluidized Catalytic Cracking Unit with Production Planning Optimization. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2008.06.

30.     R.Q.WANG, C.F. Li, X.R. He, et al. Chemical Production Planning Optimization with Optimal Management of Purchase and Inventory, the Journal of Chemical Engineering of Japan, 2009.

内容摘要:

    本书作者在清华人学多年从事化工系统工程的教学,并在石油化工生产与管理的理论研究和实践方面获得了丰硕的成果。
   
    作者在本书中精炼地阐述了有化企业优化管理的基本原理、具体方法和最新进展,列举了优化管理的具体实例和一些通用程序,并介绍了作者提出的一些新思想、新概念和新模拟。
   
    全书共分九章,第一章概论:第二章第I等级优化模型,第三章石油、化工企业优化管理的数学基础,第四章线性规划软件,第五章灵敏度分析在I级优化徘产中的应用;第六章I级优化中的多目标决策,第七章II 子系统的模拟:第八章II级子系统的操作调优,第九章考虑II级信息反馈的I级优化模型及求解策略。
   
   
读者对象:化工和石油院校高年级学生和研究生、石油化工企业的技术人员和管理人员。

本书由清华大学出版社出版,1990

 

内容摘要:


    本书由成都大学邓正龙教授主编,清华大学化工系何小荣教授编写了第三章和第五章。

    本书由浅入深地介绍化工中常用最优化方法的基本概念,基本原理和常用方法的计算步骤。通过20多个化工实例介绍了化工中优化问题的分析,数学模型的建立及最优化方法的具体应用。全书共分六章:概论;单变量函数最优化;无约束多变量问题最优化;线性规划;带约束非线性问题最优化;化工复杂系统的优化基础。书后附有常用优化方法的计算框图。
   
    本书作为化工类工程和工艺专业高年级学生"化工中的优化方法"课程的教材,也可供化工类研究生,化工工程技术人员和管理干部学习参考。

该书由化学工业出版社出版

 

内容摘要:

    词典主编为成思危教授,副主编为陈丙珍(常务)、杨友麒(常务)、胡仁安和刘正庚教授,清华大学化工系另有2位编委和5人参与撰稿。
   
    过程系统工程是在系统工程、化学工程、过程控制、计算数学、信息技术、计算机技术等学科的边缘上产生的一门综合性学科,它以处理物料-能量-信息流的过程系统为研究对象,其核心功能是过程系统的组织、计划、协调、控制和管理,它广泛地应用于化学、冶金、建材、食品等过程工业中,目的是在总体上达成技术上及经济上的最优化。

    这本辞典共分为9章,包括通论、过程系统模拟、过程系统综合、过程系统优化、过程控制、过程运营、过程工业计算机集成制造系统、人工智能在过程系统工程中的应用、技术经济评价方法等,共1200多个词条,基本上涵盖了过程系统工程的主要领域。出版这本辞典的目的是宣传并普及过程系统工程的基本知识,并提供一部简明而实用的工具书。

    其读者对象是过程工业领域内大专以上文化程度的中青年工程技术人员及管理人员。编委会在确定编辑方针时,希望这本辞典能达到以下几点基本要求:
    1.完整性:能反映过程系统工程学科的全貌,覆盖面应尽量完整。
    2.系统性:词条应按本学科内在的系统性来分类,尽量做到互相关联。
    3.科学性:逻辑清晰,释义准确。词条名称一律按国家自然科学名词审定委员会正式公布或国家标准规定命名,但个别在本学科中已约定俗成的名词仍予以保留。
    4.通俗性:词条解释应简明易懂,尽量避免使用深奥怪僻的词语。

 

该词典由中国石化出版社出版,2001


内容摘要:


    本书从化工中经常遇到的几种不同类型的优化问题入手,简捷地介绍了优化的基本概念、基本理论,无约束单变量、多变量优化方法(特别是近年来深受广大科技工作者欢迎和喜欢使用的遗传算法(Genetic Algorithm Method))和线性规划、约束非线性规划。约束问题求解方法中详尽的论述了SQP法。
   
    优化方法的应用是单独作为一章来论述的,包括BP神经网络的原理、方法步骤以及在炼油厂FCC装置优化操作和在线不可测被控参数预测中的应用;反应器、分离序列和换热网络的优化综合;生产计划优化以一个炼油厂为实例,从工艺流程分析、建模、求解和结果分析开始,直到形成一个实用软件所需要的功能介绍,使用说明、运行环境、安装调试和结果输出这样一个优化软件开发的全过程。
   
    本书既可以作为化工类高年级本科学生《化工过程优化》课程的教材,也可供研究生和工程技术人员学习和参考。

本书由清华大学出版社出版,2003

内容摘要:


    本书在充分论述实现石化企业炼油化工一体化优化的必要性、优化空间、效益来源和主要研究内容的基础上,提出了炼油化工一体化优化应从管理入手的理念。着重阐述了作为其技术支持的GIOPIMS系统,即可视化交互式图形建模系统。这一系统允许用户通过可视化界面对实际生产单元一对一地建立图形化模型。这种基于克隆技术的建模方法不需要用户有专业的数学规划知识及计算机语言的相关专业知识,只需通过窗口界面输入相关的物性数据和工艺过程参数,系统内部就可自动产生模型并求解,从而解决用户所关心的数学建模问题。这一系统和方法重用性和适应性好,具有强大的纠错功能、矛盾约束侦破功能、不合理解的自动诊断功能、丰富的输入输出功能和不同方案经济效益分析对比功能。

另外,本书对炼油二次加工装置和乙烯裂解装置的收率、生产装置加工成本的建模原理、方法,模型的求解算法等也都作了详尽的论述。对GIOPIMS系统的运行环境、安装调试和工业应用都作了说明。

    本书可供石化企业从事炼油、化工生产计划优化和炼油化工一体化优化的领导者、组织者和工程技术人员学习和参考,也可作为高等院校石油化工类高年级本科生和研究生学习系统优化时的辅助教材。

本书由中国石化出版社出版 2006.1