Введение к работе
Актуальность проблемы. Снижение материальных и энергетических затрат при производстве продукции в металлургии может быть достигнуто за счет создания принципиально новых технологий и агрегатов, а также оптимизации существующих процессов. Важную роль при этом имеет эффективная реализация задач управления металлургическими объектами на основе автоматизированных систем в среде новых информационных технологий.
Особенность работы заключается в применении методов тео
рии самоорганизации для расчета управляющих воздействий, согла
сованных с внутренними свойствами системы. Металлургические
процессы рассматриваются как открытые сложные и нелинейные
объекты, реализация задач управления которыми требует разработки
новых численно-аналитических, методик, инструментальных систем
расчета и моделирования. .
Настоящая работа выполнена в рамках межвузовской целевой научно-технической программы "Металл", целевой государственной программы "Социально-эконолшческие проблемы научно-технического прогресса Кузбасса", региональных программ "Кузбасс" и "Высшая школа Кузбасса", а также в соответствии с планами хоздоговорных работ с Западно-Сибирским и Кузнецким металлургическими комбинатами.
Цель работы. Разработка численно-аналитических методик и создание инструментальных систем для расчета управляющих воздействий применительно к металлургическим процессам с самоорганизацией в рамках задач управления объектами с сосредоточенными и распределенными параметрами.
Методы выполнения работы. Математическое моделирование и вычислительные эксперименты на ЭВМ, планирование промышленных экспериментов, методы теории обобщенных функций, модели и методы теории самоорганизации, разработка алгоритмов и программирование расчетных задач на ЭВМ в среде новых информационных технологий.
Основные задачи, решаемые в работе.
-
Разработка методик математического описания и расчета управляющих воздействий применительно к металлургическим объектам с самоорганизаций.
-
Создание инструментальных систем для численно-аналитического исследования объектов и решения задач управления.
-
Разработка математических моделей и исследование закономерностей динамических процессов в металлургических системах.
-
Практическое приложение методик, алгоритмов и моделей для определения режимов управления некоторыми металлургическими объектами и создание автоматизированных систем обучения.
Научная ііошізіїа
-
Методика аналитического описания явлений самоорганизации в гетерогенных металлургических системах, разработанная на основе методов теории обобщенных функций.
-
Методика численно-аналитического исследования на ЭВМ нелинейных динамических систем с подчинением.
-
Алгоритм численного расчета опытов для этапов последовательного планирования эксперимента путем формирования оптимального плана, включающего ранее накопленную информацию о функционировании объекта.
-
Математические модели процессов газовыделения, протекающих в подовых сталеплавильных агрегатах и эмульсионных системах.
-
Численно-аналитическая методика расчета управляющих воздействий для объектов с распределенными параметрами в среде новых информационных технологий.
Практическая значимость работы. Полученные результаты могут быть использованы: в автоматизированных системах управления металлургическими объектами; при решении задач оптимизации технологий; в системах обучения студентов и специалистов различных организаций и производств. Разработанные методики, алгоритмы и инструментальная система позволяют осуществлять исследование сложных нелинейных объектов, определять режимы управления"на основе математических моделей и накопленной информации о функционировании объекта.
Реализация результатов.
. 1. Определены режимы функционирования и соотношения параметров элементов агрегата нового непрерывного металлургического процесса на принципах самоорганизации, которые использованы при проектировании опытной установки и отладке новых технологий на ОАО "ЗСМК".
2. Методика и алгоритмы расчета опытов для этапов последовательного планирования экспериментов использованы для разработки режимов термовременной обработки чугуна в индукционных печах ОАО "ЗСМК".
-
Математическая модель конвективного теплообмена и численно-аналитическая методика расчета управляющих воздействий для объектов с распределенными параметрами использованы для определения режимов управления продувкой стали в ковше, которые внедрены в составе АСУ УПСЛ в ЭСПЦ № 2 АО "КМК". Получен долевой экономический эффект.
-
Автоматизированные тренажерно-обучающие системы внедрены в учебный процесс в ряде средних специальных учебных заведений Украины, АО "КМК" и Сибирской государственной горнометаллургической академии.
-
Инструментальная система моделирования используется в Сибирской государственной горно-метачлургической академии для обучения навыкам решения инженерных задач в среде новых информационных технологий.
Апробация.
Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях и совещаниях: Всесоюзный научно-практический семинар "Опыт использования распределенных систем управления технологическими процессами и производством" (Новокузнецк, 1986); Всесоюзная научно-практическая конференция, "Социально-экономические проблемы достижения коренного перелома эффективности развития производительных сил Кузбасса" (Кемерово, 1988); Научно-техническая конференция "Проблемы энерго- и ресурсосберегающих технологий в черной металлургии" (Новокузнецк, 1989); Второе Всесоюзное совещание "Применение ЭВМ в научных исследованиях и разработках" (Днепропетровск, 1989); Второе Всесоюзное совещание "Базы физико-химических и технологических данных для оптимизации металлургических технологий" (Курган, КМИ, 1990); Региональная научно-практическая конференция (Новокузнецк, 1990); Всесоюзное совещание "Моделирование физико-химических систем,и технологических процессов в металлургии" (Новокузнецк, 1991); Международная научно-техническая конференция "Структурная перестройка металлургии: экономика, экология, управление, технология" (Новокузнецк, 1996).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 21 печатная работа, в том числе одно авторское свидетельство.
Структура п объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, содержит 135 страниц основного текста, список литературы из 123 наименований и приложения.
Предмет защиты и ли ный вклад автора. На защиту выносятся методики: аналитическогсописания явлений самоорганизации в гетерогенных металлургических системах; численно-аналитического исследования на ЭВМ нелинейнгх динамических систем с подчинением; расчета управляющих воздействий для объектов с распределенными параметрами в среде новых чнформационнъгх технологий, алгоритм численного расчета опытоз для этапов последовательного планирования эксперимента, а также математические модели процессов газовыделения, теплообмена и результаты определения режимов термовремешюй обработки, обработки стали в ковше, режимов функционирования и соотношений параметров элементов агрегата нового непрерывного металлургического процесса.
Личный вклад автора заключается в математической постановке задач описания и управления металлургическими объектами с самоорганизацией, аналитическом описании динамических процессов с разрывными характеристиками, разработке численных алгоритмов решения поставленных задач, реализации алгоритмов в табличном процессоре Excel, проведении вычислительного эксперимента. От внедрения предложенных режимов обработки стали в ковше получен долевой экономический эффект 110 млн. руб. в год в ценах 1995 года.