优化设计中的社会期望系统：坐标框架与多目标函数

在最优化设计中，资金、和污染三个量形成三维坐标系，它们三者视为独立变量。每一个工程项目都有明确目标，特别是能源工程，肯定有一个最低工程支出预算。然而，它们三者往往其中一个减小时会导致另外一个增加。这就是帕累托优化的算法提出的前提。

建立一个简单的模型来连接各部分参数，并满足效率的条件。使的效率达到最高值，会降低损耗带来的成本，但也增加了一部分设备投资成本，因为需要制造新的设备。过分追求高效率会使换热设备的受热面积接近无限大小，导致设备的资金支出过高，虽然会使污染排放减少。

三维特性曲线在直角坐标系中，展示出三个独立参量最低值的指标。

通过三个参量的最优系数配置帕累托最优解。帕累托最优系数以一个简单的解析形式来表示。投资、资金和效率变化带来的相关污染，三个独立相关参数需要谨慎选择。

优化过程是每个工程活动中最常见的问题。事实上，设计只是将优化过程限制在现实世界中。其中一个最好的例证是在Bejan等（1996）的书中，其中将“设计”和“优化”的标题列在一起。很多参考文献可以找到这种写法。

1998年，一个标志性的事件发生在罗马尼亚尼普顿的北约高级研究所的暑期学校中（BejanandMamut，1999）。

作为一项规则，优化问题需要建立在复杂的模型基础上，在这里仅仅依靠计算机模拟和分析解法而得出解决方案是不可能实现的。通常来说，优化只能有一个目标函数，能源成本（COE）或熵收益或损失最小化。着重考虑资源缺乏或者减轻污染的问题，并将其转化成的资金成本（Bejanetal，1996）的问题，使污染和后续整体成本最小化。但是现实的生活中，优化过程有时候被迫使用独立多目标函数，一个数值减少可能会引起另一个数值的增加。如何找到作为决策基础的最优方案，这正是Wilfredo帕累托方法发挥作用的时候（vonNeumannandMorgensten，1947；Steuer，1986）。

在能源项目中，最重要的目标是使三个目标函数最小化：、货币支出、污染排放。我们认为它们是相对独立的。

Yantovsky已在（1994年，第62页）提到：使用三维体系来表述这三个目标函数的“社会价值期望”。他说：“为了描述能源供应需要考虑许多量。”(www.xing528.com)

根据Yantovsky思想，最好的是三个方法：“能源的货币成本、比消耗总量、污染及对人类的风险……如果我们独立考虑这三个值并以它们各自为轴心解决，可以找到一些妥协性的解决办法……任何决策者都希望提出一个最佳问题的方法。在这里，可以用到著名的帕累托优化方法。”

然而，在当时没有处理这些量的解析模型。现在，有分析方法的分支——“经济学”分析法，这不仅考虑流的成本，而且考虑上级生产者，生产设备投资（Yantovsky，1994）。经济学分析法类似于生命周期分析，该生命周期分析法由Cornelessen（1997）和Gong及Wall（1997）详细解释过。这些工作都是我们的优化问题提出的背景。我们更愿意使用“经济学”这个名字，来突出其与一般经济学的相似性。

本节的目标是基于一个简单的模型利用能量目标（火电站、锅炉房、精炼厂等）的效率来连接消耗、资金投入和污染，来展示帕累托最优化程序在三目标函数（能量三维悖论）中的应用。

我们要清楚地表明我们的方法与之前知名的解决电力系统问题的优化方法（Makarovetal．，1998；Song，1999）的不同之处。

我们认为现阶段不存在，只有在设计未来能源系统时才有可能使用该方法；因此，每个部分的资金投入消耗都是非常重要的。

我们认为不仅仅是电力，而且热和化学能量消耗及转移活动，都应该使用单位进行评估。

我们要同时考虑三个最重要的目标函数。它们在三维直角坐标系中表示得非常直观，命名为“社会期望系统”，作为社会设计师的目标是尽可能使这三者的值最小。

需要对能源系统中的一些外部条件进行改变，这可能会引入一些不确定的和额外的消耗（Makarovetal．，1998），该内容已经超出了本章的范围。最近发现的现代优化技术（Song，1999），如模拟退火算法、遗传算法、神经网络算法、模糊逻辑、拉格朗日松弛变量法和克隆蚁群法等将会作为帕累托优化算法的一些研究主题。