Формализация задач управления комплексной утилизацией латексных стоков и отработанных сорбентов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Корчагин, Михаил Владимирович

• Корчагин, Михаил Владимирович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Корчагин, Михаил Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТОВ И МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРИ УТИЛИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

1.1 Анализ объектов управления в производстве эластомерных композиций при использовании промышленных отходов в качестве вторичных ресурсов

1.1.1 Отработанные сорбенты массовые отходы производства

1.1.2 Источник вторичных ресурсов — эмульгирующие компоненты СВ

1.1.3 Латексные стоки источник дефицитных полимерных ресурсов

1.1.4 Озонолиз - экологически совершенная модификация латексных систем

1.2 Аппаратурное оформление процессов получения эластомерных композиций при использовании промышленных отходов

1.2.1 Жидкофазное наполнение эластомерных систем

1.2.2 Обезвоживание эластомерных композиций систем на основе отходов производств

1.3 Деструктивные методы защиты окружающей среды

1.4 Рекуперативные методы защиты окружающей среды

1.5 Анализ технологий сбора и обработки информации в задачах управления объектами утилизации эластомерных отходов 26 1.5.1 Метрологические особенности сбора экологической информации

1.5.2 Хранение информации и организация банков данных в экологически ориентированной кибернетике

1.5.3 Методы агрегирования информации для поддержки принятия решений

2 РАЗРАБОТКА МОРФОЛОГИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ВТОРИЧНЫХ РЕСУРСОВ

2.1 Структуризация информации о процессах получения наполненных ПС при использовании ОИС

2.1.1 Деструктивная структурно-функциональная схема получения наполненных ПС

2.1.2 Рекуперативная структурно-функциональная схема получения наполненных ПС

2.1.3 Деструктивная структурно-функциональная схема получения высоконаполненных ПС

2.1.4 Деструктивная структурно-функциональная схема получения высоконаполненных модифицированных ПС

2.2 Структуризация информации о процессах получения наполненных ПС при использовании ОАУ

2.2.1 Частично рекуперативная структурно-функциональная схема получения наполненных ПС

2.2.2 Рекуперативно-деструктивная структурно-функциональная схема получения наполненных ПС

2.2.3 Рекуперативная структурно-функциональная схема получения модифицированных наполненных ПС

2.2 Комплексные структурно-функциональные схемы

3 СИНТЕЗ И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНЫХ АЛГОРИТМОВ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ

ПС ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

3.1 Экспертное ранжирование

3.2 Система управления технологической подготовкой процесса утилизации промышленных отходов

3.3 Функциональная структура СППР в ХТС

4 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ГИБКОЙ ХТС

4.1 Синтез многомерной информационной модели в управлении ХТС

4.2 Системы обработки информации для оптимизации состояний ХТС

4.2.1 Аналитическая система коллективной экспертизы технологических решений

4.2.2 Система инфографического анализа ХТС

4.3 Интерфейсы управления ХТС для получения наполненных ПС 129 , 4.3.1 Интерфейсы входных данных получения высоконаполненных ПС при использовании ОАУ

2.2.1 Деструктивная и частично рекуперативная структурно-функциональная схема получения высоконаполненных ПС

2.2.2 Структурно-функциональная схема при получении высоконаполненных ПС

2.2.3 Комплексная структурно-функциональная схема при получении высоконаполненных ПС

2.4 Структурно-параметрическое представление выбора технологического решения в интеллектуальных ЭС

4.3.2 Интерфейсы выходных данных

5 ЭКОНОМИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ И ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ

ПЕРЕРАБОТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

5.1 Схема интегрированного управления производством в переработке промышленных отходов

5.2 Оценка эколого-экономической эффективности производственного планирования

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формализация задач управления комплексной утилизацией латексных стоков и отработанных сорбентов»

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Защита окружающей среды в условиях возрастающего синергетического эффекта техногенного воздействия крупнотоннажных производств синтетических каучуков, нефтехимии, энергетики требует создания новых рычагов для восстановления экологического равновесия.

Генезис технологий рациональной утилизации промышленных отходов традиционными методами не позволил на сегодняшний день достичь устойчивой экологической ситуации. Промышленному внедрению новых комплексных объектов утилизации препятствует конфликт экологической и экономической эффективности. В условиях рыночной экономики переработка промышленных отходов, как объект финансовой ответственности, не является центром инвестиций и инноваций, т. к. отсутствуют механизмы формального управления, а сроки окупаемости экологических проектов зачастую не удовлетворяют потенциальных инвесторов.

Формализация задач совместной утилизации промышленных отходов с различных производств затрагивает ряд важных взаимосвязанных и взаимоисключающих проблем:

• максимальное устранение негативного воздействия на окружающую среду при минимальных затратах;

• использование рекуперативных или деструктивных методов при очистке сточных вод;

• минимальное потребление энергоресурсов при максимальном наполнении;

• обеспечение ресурсосбережения при создании высоких эксплуатационных показателей изделий на основе отходов с различных производств;

• получение технологичных продуктов и создание экологически безопасного метода их переработки;

• эффективное модифицирование полимерной фазы наполненной ПС при обеспечении производственной и экологической безопасности.

Управление объектами утилизации осложняется неполнотой информации и отсутствием информационных моделей, характеризующих системные связи и отношения, закономерности функционирования данных объектов и процессов. Актуальной задачей является разработка методов управления, имеющих высокую эколого-экономическую эффективность в условиях нечеткой и неполной исходной информации об отходах.

Исследования проводились в рамках госбюджетной НИР «Разработка и совершенствование математических моделей, алгоритмов регулирования, средств и систем автоматического управления технологическими процессами» (№ г.р. 01960007315).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является синтез и анализ формальных систем выбора и принятия решений в задачах управления комплексной утилизацией промышленных отходов.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. Декомпозиция системных связей и анализ закономерностей функционирования объектов совместной утилизации промышленных отходов с учетом особенностей предприятий нефтехимической промышленности, ориентированные на повышение эффективности управления с использованием современных методов сбора и обработки информации;

2. Системный анализ и формализованная постановка задач оптимального управления совместной утилизацией отходов для их развития и реализации в виде гибкой ХТС;

3. Синтез интеллектуальной ЭС, СТПП и СППР, агрегированных в едином информационном пространстве;

4. Программная реализация и апробация ЭС, СТПП, СППР как формальных систем выбора и принятия решений в задачах управления и производственного планирования комплексной утилизации промышленных отходов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Выявлены бинарные отношения конфликта деструктивных и рекуперативных стадий комплексной утилизации отработанных сорбентов и латексных стоков в производстве наполненных ПС, которые позволили формализовать в виде гиперструктурного графа топологическую модель ХТС, отличающуюся от известных инвариантностью аппаратурного оформления.

2. На эколого-экономическом уровне иерархии управления ХТС рассмотрены конфликтующие критерии оптимизации экологической и экономической эффективности выбора в СТПП технологических решений, представляющих собой, в отличие от известных, стратегии последовательных воздействий в виде вектора управления, составляющими которого являются: соотношение компонентов в наполненной ПС, модификация полимерной фазы и степень снижения воздействия на окружающую среду.

3. На эколого-технологическом уровне ХТС логико-лингвистическое моделирование позволило синтезировать СППР, отличительной особенностью которой является идентификация целевых параметров утилизации промышленных отходов (эффективность очистки СВ по ХПК и качество наполненной ПС, оцениваемое пластичностью по Карреру и вязкостью по Муни) в зависимости от степени наполнения ПС и соотношения утилизируемых промышленных отходов.

4. Синтезирована ЭС экстраполяции оценок технико-экономических показателей утилизации промышленных отходов, позволившая выделить конфликтующие рекуперативные и деструктивные стадии получения ПС и показать, что синергетический эколого-экономический эффект не зависит от природы конфликта, а является результатом управления.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

Практическая значимость работы состоит в комплексной иерархической реализации ЭС, СТПП, СППР в задачах управления утилизацией промышленных отходов, формализованных в структурно-параметрическом и инфографическом описании для ХТС, на экологическом, экономическом и технологическом уровнях иерархии многомерной информационной модели.

ЭС, нечеткая база правил получения ПС с разной степенью наполнения в зависимости от соотношения утилизируемых промышленных отходов в СППР, бизнес моделирование производственного планирования утилизации промышленных отходов апробированы в опытно-промышленных условиях, что подтверждается актами испытаний на ОАО «Балаковорезинотехника», Воронежском филиале ФГУП НИИСК, ООО «СОВТЕХ» программных продуктов и полученных ПС с использованием автоматизированной обработки экспертной информации.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты работы докладывались на: международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ-19 (Воронеж, 2006), ММТТ-21 (Саратов, 2008), VIII Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза 2008), VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Информационные технологии и математическое моделирование» (Анжеро-Сунженск, 2008), VII Всероссийской научно-практической конференции «Молодежь и современные информационные технологии» (Томск, 2009), а также на отчетных научных конференциях Воронежской государственной технологической академии 2005, 2006 гг.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Корчагин, Михаил Владимирович

Выводы:

1) Анализ расширенного множества состояний как неотъемлемой части единого информационного пространства позволяет рассматривать совокупность гиперструктуры ХТС и СУ как сложную техническую систему, для которой характерны нечеткость и неопределенность на разных уровнях иерархии управления в условиях конфликта технологических подсистем;

2) Нечетко-множественный подход и методы экстраполяции экспертных оценок дают возможность организовать обработку информации в морфологическом пространстве технологических решений, сохраняя адекватности идентифицированных альтернатив и формируя в сознании эксперта-эколога целостный образ альтернативы;

3) Экспертиза требует сравнения альтернатив на лингвистической шкале, где необходимость численных оценок отсутствует, это упрощает применение коллективного выбора с использованием небольшой, обозримой для экспертов, выборки;

4) Бинарные отношения конфликта технологических подсистем расширяют возможности инфологического синтеза и анализа ХТС за счет применения структурно-топологических и энтропийных оценок синергетиче-ского эффекта в ХТС.

3. СИНТЕЗ И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНЫХ АЛГОРИТМОВ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ПС ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

ЗЛ Экспертное ранжирование

Специфика сложноформализуемых и неформализуемых задач синтеза ХТС рассматривается в разделе 1.5. Структурно- параметрический синтез ХТС по мнению многих исследователей требует прежде всего переработки экспертной информации, а не проведения вычислительных процедур.

СППР служат информационной платформой для принятия технологических решений в ХТС. Требования к СППР могут быть сформулированы с учетом специфики синтеза ХТС переработки промышленных отходов технологическими подсистемами, рассмотренным в разделе 2.1 — 2.3:

• реализация полного цикла обработки нечеткой экспертной информации;

• формирование решений в режиме реального времени, или максимально оперативном режиме, в котором время подготовки решения не превышает одни сутки;

• интеграция с корпоративными системами управления производством, как на уровне интерфейса между модулями, так и на уровне поддержки корпоративных баз данных.

СППР базируется на базе правил поведения системы, которые сформулированы в форме, приближенной к естественному языку, на основании экспертных оценок в соответствующей области знаний.

В разделе 2.4 отмечены характерные особенности экстрполяции экспертных оценок в зависимости от численности экспертной группы. Необходимое и достаточное число экспертов для априорного ранжирования технологических альтернатив определялось по формуле: t2a

N = — (3.1.1) где Ei - задаваемая до начала опроса предельно допустимая ошибка, г Е J выражаемая в долях среднего квадратичного отклонения ст: Е, =-- 5 г а

2>/ / показатель достоверности для заданной доверительной вероятности получаемого результата, Е - абсолютная погрешность.

Отбор шести наиболее компетентных экспертов из числа опрошенных проводился по взвешенному критерию <Pj е j = \.N з использованному в [189]: б

Р) = (3.1.2) где: Ху - численная величина /-го признака у j-го эксперта; gy - значимость /го признака (табл. 3.1.1), N- число экспертов.

4.3аключение

Разработана программная реализация метода автоматического регулирования процесса приготовления коагулянта при очистки латексных стоков.

В результате выполнения данной работы были определены оптимальные значения настроек цифрового регулятора для модели заданной структуры.

Было также проведено исследование переходных процессов в полученных системах цифрового регулирования. Были определены их основные характеристики и параметры. Все они с достаточной точностью удовлетворяют требуемым критериям качества.

Использование схемы автоматического контроля и регулирования в производстве синтетического каучука и латекса при очистке сточных вод, содержащих нескоагулированный латекс, позволит решить следующие задачи:

Реализация схемы автоматического контроля и регулирования процесса очистки латексных стоков с использованием отходов производства позволит обеспечить экологическую безопасность производства и получить дополнительный источник вторичных ресурсов.