复杂装备如注塑成型装备、大型空分装置和整体气化联合循环装置,在运行中都通过流体介质实现预定功能。这种以流体为介质的工作模式,决定了复杂装备结构复杂、零部件参数多、模块关联耦合、集成度不断增高,为解决复杂装备工艺参数变更频繁化、多工况稳定运行、多装置智能集成的难题,本文提出了基于多域均衡的复杂装备能效优化设计方法,对设计域进行了拓展并细分为:工艺参数域、多工况运维域和装置集成域,分别提出了层次正交优化（Hierarchy Orthogonal Optimization,HOO）、集总参数模型（Lumped Parameter Model,LPM）和模糊监督控制（Fuzzy Supervisory Predictive Control,FSPC）的多域均衡方法,并应用在注塑成型参数优化、大型空分装置和整体煤气化联合循环发电装置中。第1章,指出了研究背景、目的及意义,说明了国内外研究现状及本文框架。第2章,提出了工艺参数域能效优化的层次正交优化方法。复杂装备如注塑成型装置,它涉及多个热塑性流变非均匀参数,传统的多目标优化难以得到工艺参数的最优解。为此,提出了层次正交优化（HOO）方法来解决大量的非均匀参数优化问题。HOO的优点在于,它既可以从大量的非均匀参数中提取显著影响参数,也可以通过在不确定搜索空间中优化提取的显著影响参数来获得全局Pareto前沿解。第3章,提出了多工况运维域能效优化的集总参数模型方法。针对复杂装备中多工况运行环境以及装置之间的耦合关系,为解决复杂装备在多工况下的运行稳定性,提出了一种基于集总参数模型（LPM）的连续过程设计方法。基于连续过程中的物质流和能量流,利用线性规划法在变工况下提取分段集总参数。LPM方法可以解决复杂装备中数千个技术参数的关联耦合问题。为了提高LPM提取参数的精度,采用“先粗后精”的建模方法,利用模糊区间展开可行域。第4章,提出了装置集成域能效优化的模糊监督预测控制方法。针对复杂装备高超调量和低响应性问题,提出了模糊监督预测控制（FSPC）的能量与火用（?,exergy）联合优化方法。通过预先考虑不可测干扰和可测干扰,实现复杂干扰下的鲁棒控制。监控层采用从历史大数据中提取的模糊规则进行精确的控制决策。该方法对安全性高、控制鲁棒性强的节能型近零排放复杂装备具有重要意义。第5章,将提出的HOO、LPM和FSPC方法,分别应用在注塑成型参数优化、大型空分装置和整体煤气化联合循环装置中,实现了基于多域均衡的复杂装备性能强化设计方法及其应用研究。通过HOO方法,温度控制器的注塑能量消耗下降41.85%,翘曲变形量降低了14.2%。利用LPM技术成功地设计了10万等级的大型空气分离装置,单位产氧量（k W/（Nm³O₂））的净电耗设计值降低了6.45%。将FSPC方法应用于整体煤气化联合循环发电装置,系统的超调量仅为4.5197%,净效率由37.6%提高到41.7%,火用效率由36.5%提高到39.2%。第6章,归纳和总结了本文对复杂装备能效优化设计方法的研究成果和结论,并展望了今后进一步的研究方向。