Введение к работе
Актуальность работы. Актуальность разработки гибридной экспертной системы для управления процессами коксования определяется сложностью, пожароопапюстью, инерционностью, большим количеством контролируемых различными способами параметров объекта управления и сложностью принятия решения при ликвидации нештатной ситуации, неоднозначностью диапазонов допустимых границ контролируемых (особенно визуально) параметров, сложностью при выборе эмпирических формул для прогнозирования выхода продуктов и состояния объекта по математической модели, что характеризует процесс коксования как объект экспертного анализа.
Тенденции развития современных систем управления химико-технологическими процессами показывают, что они должны быть адаптивными, интеллектуальными. Адаптивность указанных систем обеспечивается возможностью настройки их на: различные типы сырья, вид выпускаемой продукции, аппаратурно-технолопгческое оформление. Опыт управления сложными, инерционными, потенциально опасными объектами, к классу которых относится процесс коксования, показывает, что при управлении и подготовке персонала необходимо учитывать не только требования к протеканию процесса в эксплуатационном режиме, но и передовой опыт высококвалифицированных операторов и знания химиков-технологов, ученых, являющихся экспертами в данной предметной области. Таким образом, разработка для целей управления процессом коксования гибридной экспертной системы, включающей как интеллектуальные компоненты, позволяющие получить семантическое решение неформализованной задачи, так и цифровую математическую модель, является актуальной.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка системы оптимального управления сложным, инерционным, потенциально опасным процессом коксования на базе гибридной экспертной системы, включающей подсистему описания экспертных знаний о процессе, подсистему моделирования объекта управления и изучения, что приводит к повышению качества управления процессом и повышению квалификации управленческого персонала за счет формирования интеллектуальных советов оператору по оптимальному безаварийному управлению в различных режимах функционирования и при различных модификациях процесса.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
исследовать процесс коксования, выделить его особенности как объекта управления и экспертного анализа, и на основе классификации экспертных систем предложить структуру гибридной экспертной системы для целей управления процессом коксования;
для реализации алгоритма оптимального управления разработать математическую модель, критерий оптимальности работы коксовой батареи;
провести анализ методов искусственного интеллекта и выбрать способы реализации алгоритмов сбора и оценки согласованности экспертных знаний, машины вывода, лингвистического процессора для гибридной экспертной системы управления процессами коксования;
провести анализ методик синтеза систем управления и предложить алгоритм синтеза
гибридной экспертной системы для управления сложным, инерционным, потенциально опасным процессом коксования;
разработать гибридную экспертную систему для управления процессом коксования, включающую математическую модель, базу знаний, базу правил, машину вывода, блоки оптимизации и объяснения решений, интеллектуальный интерфейс (лингвистический процессор и блок регламентированного общения);
разработать инструментальные средства адаптации с учетом диагностической модели процесса, позволяющие настраивать гибридную экспертную систему для управления процессом коксования на различное аппаратурно-технологическое оформление, тип сырья и производимой продукции.
Научная новизна
1.Разработан алгоритм синтеза гибридной экспертной системы для целей управления сложным, инерционным, потенциально опасным процессом коксования, позволяющий сформировать структуру, алгоритм функционирования, алгоритмическое и программное обеспечение гибридной экспертной системы.
2.Разработана гибридная экспертная система для управления процессом коксования, включающая математическую модель, базу знаний, базу правил, машину вывода, блоки оптимизации и объяснения решений, интеллектуальный интерфейс (лингвистический процессор и блок регламентированного общения), инструментальные средства проведения процессов управления, обучения оператора и обучения системы, адаптивная по отношению к изменяющимся характеристикам процесса и позволяющая поднять уровень управления за счет выбора оптимальных управляющих воздействий, снижения аварийности и повышения квалификации управленческого персонала.
З.Разработана система оптимального управления сложным инерционным потенциальна опасным процессом коксования на базе гибридной экспертной системы, позволяющая выдать совет управленческому персоналу в виде вектора оптимальных управляющих воздействий и рекомендаций по локализации нештатных ситуаций в режиме "интеллектуального советчика оператора".
Методы исследования. При выполнении работы использовались методы математического моделирования, искусственного интеллекта, элементы теории автоматического управления, информационные технологии разработки автоматизированных систем, основы химической технологии, современные средства объектно-ориентированного программирования.'
Практическая ценность результатов. Разработана структура, алгоритм функционирования, математическое и программное обеспечение гибридной экспертной системы, которая может использоваться для оптимального безаварийного управления процессом коксования в режиме интеллектуального советчика, обучения операторов процесса коксования угольной шихты прк различных его характеристиках (аппаратурно-технологическое оформление, тип сырья, тип кокса) и допускает возможность обучения системы при появлении новых экспертных знаний о процессе. Программное обеспечение зарегистрировано в Российском агентстве по патентам и то-
товарным знакам (РОСПАТЕНТ) 23 марта 2000 г.
Реализация результатов. Основные результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) на кафедрах систем автоматизированного проектирования и управления и технологии нефтехимических и углехимических производств; используются при проектировании наукоемких технологий, проводимых ЗАО НПП "КМК-Инжиниринг".
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на X международной научно-технической конференции "Математические методы в химии и химической технологии", Новомосковск, 1997; XI Международной научно-технической конференции "Математические методы в химии и технологиях", Владимир, 1998; Международной конференции "Современные технологии обучения", Санкт-Петербург, 1998; XII Международной научно-технической конференции "Математические методы в технике и технологиях", Новгород Великий, 1999; V Международной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов" (КХТП-У-99), Уфа, 1999; II научно-технической конференции аспирантов СПбГТИ(ТУ), посвященной памяти М. М. Сычева, Санкт-Петербург, 1999.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем работы. Работы изложена на 193 страницах, состоит из введения, 4 глав, выводов и приложений, содержит 29 рисунков и 8 таблиц, библиографический список включает 128 наименований.