Введение к работе
Актуальность проблемы. Рассматриваемый класс многоструктурных алгоритмических блоков для прогнозирования расчетных показателей (МАБ ПРП) характеризуется наличием или осуществимостью в каждом блоке нескольких прогнозирующих алгоритмических структур. При этом все или некоторые алгоритмические структуры могут объединяться по типу систем с переменной структурой, многоканальных снстЄхМ и многовариантных систем. Расчетный показатель при этом определяется посредством каких-либо преобразований первичных (исходных) количественных данных. Миоговари-антное прогнозирование расчетных показателей (МвПРП) характеризуется наличием в его составе многих вариантов прогнозирующих операторов и прогнозных оценок, притом с эффективным взаимосовмещением и взаимодействием вариантов, индивидуальным и совокупным проявлением. Конструктивным воплощением чего служат МВС - многовариантные структуры, средства, системы и близкие к ним многоструктурные алгоритмические блоки (МАБ).
Целесообразность разработки и использования МАБ ПРП проистекает из: 1) многоструктурной природы временных рядов первичных данных; 2) необходимости получения нескольких вариантов прогноза в целях сравнительного анализа, обучения и испытаний; 3) полезности интеграции различных методов прогнозирования; 4) повышения надежности функционирования прогнозирующих устройств и человеко-машинных прогнозирующих систем.
Настоящая работа выполнена в рамках целевых государственных программ "Металл","Социально-экономические проблемы научно - технического прогресса Кузбасса", региональной программы "Кузбасс ", а также в соответствии с планами разработки автоматизированных систем на Западно-Сибирском и Кузнецком металлургических комбинатах. Её результаты отражены в материалах госбюджетных и хоздоговорных НИР: Создание и развитие Центральной АСУ Запсибмсткомбината (N ГР 79041187, 81093020, 0187.0001998, 0183.0027095, 0183.0066215); Создание и совершенствование подсистем АСУ Кузметкомбината (N ГР 0187.0029906); Алгоритмизация процессов управления объектами и системами металлургического производства (N ГР 0189.0031136); Моделирующие и прогнозирующие системы с многовариантной структурой; Многовариантные технологии и системы в непрерывном образовании.
Цель диссертации: 1.Принципиальные схемы многоструктурных алгоритмических блоков для прогнозирования расчётных показателей (МАБ ПРП). 2.Алгоритмическое обеспечение МАБ ПРП по типовым операциям текущего и ретроспективного оценивания
РП, многовариантной экстраполяции рядов данных, объединения вариантов прогноза и оперативного выбора решений. 3. Многовариантное структурирование "данные - преобразования - данные". 4. Конкретные алгоритмы, программы и методики реализации МАБ ПРП в учебных и рабочих системах автоматизации металлургических объектов.
Основы выполнения работы. Направляющая идея - переход от одноструктурных к многоструктурным алгоритмам прогнозирования расчётных показателей, основанных на объединении различных вариантов, включая их взаимосовмещение и взаимодействие. В качестве теоретических источников выбраны: теория систем с переменной структурой, структурная теория алгоритмов, теория экспоненциального сглаживания и теория прогнозирующего управления. Применены методы: восстановительно - прогнозирующей алгоритмизации, теории и практики многовариантных структур, средств, систем ( МВС ) и комбинированного моделирования. Важная роль отведена набору решений - прототипов по прогнозирующим и обучающим системам, практическому опыту.
Научная новизна диссертации: 1. Прикладное развитие концепции многовариантного прогнозирования применительно к расчетным показателям ( РП ) функционирования различных реальных систем. 2. Совмещение различных методов и алгоритмов прогнозирования РП с пользованием многовариантных структур, многовариантных алгоритмических блоков. 3. Структурирование рядов данных совместно с их преобразованиями в ходе прогнозирования РП. 4. Объединение учебных, научно-исследовательских и производственных задач в связи с прогнозированием и использованием РП.
Практическая ценность. Построение и применение МАБ ПРП открывает новые возможности для повышения точности и надёжности, для создания систем прогнозирующего управления и их применения в практике автоматизации металлургического производства, как и в разнообразной учебной деятельности. Конкретные, системы прогнозирования, включающие МАБ ПРП, прошли модельные, натурно-модельные испытания и рекомендуются в качестве типовых проектных решений не только для предприятий чёрной металлургии, но и для других отраслей промышленности.При этом МАБ могут быть использованы для прогнозирования как нормативных, так и фактических значений расчётных показателей.
Реализация результатов. Разработанные МАБ ПРП нашли учебное, проектное и, частично, производственное применение в системе оперативного раскроя металла на сортовом стане ( прогнозирование коэффициента вытяжки и длины раската); в системе оперативного управления сталеплавильным и прокатным производством
(длительности плавки, прогнозирование коэффициента расхода металла, коэффициента трудности, коэффициента удельного расхода электроэнергии); в системах автоматизированного управления процессами выплавки чугуна и стали ( прогнозирование основности шлака, коэффициента удельного расхода кокса); в системе контроля знаний студентов ( прогнозирование показателя качественной успеваемости). Осуществлена игровая система для обучения прогнозированию расчётных показателей, содержащая многоструктурную нормативную модель деятельности обучаемых.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы рассматривались на нескольких конференциях и семинарах, включая Всесоюзную конференцию по статистическому и дискретному анализу нечисловой информации и экспертным оценкам (Москва, 1984), Всесоюзный семинар "Управление иерархическими активными системами" (Тбилиси, 1986), Всесоюзную научно - практическую конференцию "Социальноэкономические проблемы достижения коренного перелома эффективности развития производительных сил Кузбасса" (Кемерово, 1988), Всесоюзную школу-семинар "Управление большими системами" ( Вильнюс, 1988), Региональную научно - практическую конференцию ( Новокузнецк, 1990), Международную научно-техническую конференцию "Структурная перестройка металлургии: экономика, экология, управление, технология" (Новоузнецк, 1996г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, получено 4 авторских свидетельства.
Диссертация состоит из введения с общим представлением работы, трёх глав, заключения, списка использованной литературы и содержит 180 машинописных страниц основного текста, 73 рисунка и 10 таблиц.
Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту вынесены принципиальные схемы МАБ ПРП, многовариантные структуры экспоненциального сглаживания и экстраполяции, алгоритмы адаптивного объединения вариантов прогнозных оценок РП и оперативного выбора рациональных решений, а также фактически по-тверждённую целесообразность широкого использования МАБ ПРП применительно к металлургическому производству и полученные практические результаты в связи с рабочими и учебными системами автоматизации с доведением разработок до уровня изобретений. Личный вклад автора заключается в непосредственном творческом участии в разработке многоструктурных алгоритмических блоков для прогнозирования РП; постановке и решении задач синтеза и анализа конкретных МАБ ПРП в плане их алгоритмического и программно - технического обеспечения; формировании реали-
зуемых решений в виде изобретений, учебных игр; обработке фактических данных и интерпретации полученных результатов. От внедрения сделанных разработок получен долевой экономический эффект около 200 тысяч рублей (по курсу 1990 г.).