Введение к работе
Актуальность темы. Современное металлургическое производство характеризуется повышением требований к качеству продукции, снижению ее себестоимости и улучшению экологической обстановки. Изделия из стали (например, метизы) получают, главным образом, горячей обработкой давлением (прокаткой, штамповкой, ковкой и др.) стальных слитков и заготовок, после которой значительное число изделий подвергают еще и термической обработке в пламенных или электрических печах при высокой температуре. Металл, соприкасаясь с атмосферой печи, взаимодействует с газами - окислителями, в результате чего происходит окисление и около 5 -г 6 % получаемой стали теряется в виде окалины, которая к тому же вызывает порчу поверхности оборудования и часто является причиной брака изделия. Помимо окисления, газы печной атмосферы вызывают обезуглероживание стали, которое также приносит большой ущерб, т.к. вследствие обезуглероживания качество поверхностного слоя стали значительно ухудшается.
Такие проблемы могут быть решены путем организации производства метизов с нагревом стали в контролируемых атмосферах типа защитной азотно - водородной атмосферы (ЗАВА). Благодаря фундаментальным работам большого круга ученых, достигнуты значительные успехи в области совершенствования получения контролируемых атмосфер и обеспечению на их основе процесса обработки метизов с безокислительным и необезуглероживающим нагревом. Наибольший вклад в развитие теории и технологии получения защитной азотно - водородной атмосферы для метизного производства внесли работы ученых А.И. Ващенко, А.Г. Зеньковского, А. Е. Лифшица, Л.А. Шульца, Б.М. Эстрина, Ю. И. Шумяцкого, ВЛ. Чинокалова, В.З. Смакотина, В.А. Ложкина, И.М. Фомина, Ю. М. Брунзеля, Н.Г. Рябова, Р. А. Юдина и др.
Практически большинство реализованных в промышленности технологий ориентированы на процессы получения ЗАВА многостадийными, высокоэнергоемкими и экологически опасными методами разложения аммиака, которые реализованы на газозащитных стациях (ГЗС) в составе металлургических предприятий. В настоящее время разработана новая технология получения ЗАВА путем смешения азотно - водородной смеси (ABC), поставляемой с производства аммиака, и азота высокой чистоты. Однако возникают сложности с обеспечением строго определенного качества и объема атмосферы, ее низкой себестоимости, а также с организацией непрерывности процесса поставки. Существующий процесс управления таким производством ЗАВА практически не автоматизирован и не может решить эти задачи. Поэтому в настоящее время разработка метода, позволяющего создать систему поддержки принятия решений (СППР) с использованием современных средств вычислительной техники и аналитических средств измерения, когда компоненты ЗАВА возможно получить из разных источников нескольких (расположенных на значительном удалении друг от друга) предприятий
Череповецкого промышленного комплекса, для реализации
вышепредставленных задач, представляется весьма актуальной.
Объект исследования: процесс получения защитной азотно - водородной атмосферы в производстве метизов.
Предмет исследования: математическое обеспечение системы поддержки принятия решений в процессе получения защитной азотно - водородной атмосферы в производстве метизов.
Целью диссертационной работы является разработка метода и алгоритмов обработки информации в системе поддержки принятия решений в процессе получения защитной азотно - водородной атмосферы в производстве метизов, позволяющих установить параметры технологического процесса, обеспечивающие заданные качество и объем атмосферы; оценивать доходность этого процесса и эффективность выбора логистической схемы.
К основным задачам, решаемым в работе, относятся:
- проанализировать методы и алгоритмы поддержки принятия решений в
процессе получения ЗАВА в производстве метизов;
-разработать метод обработки информации в системе поддержки принятия решений, основанный на использовании математических моделей процесса получения ЗАВА в производстве метизов и движения потоков денежных средств этого процесса;
- разработать алгоритмы обработки информации в системе поддержки
принятия решений, позволяющие рассчитать расходные показатели по сырью;
оценить доходность процесса получения ЗАВА в производстве метизов и
эффективность варианта логистической схемы (источников сырьевых
ресурсов);
- провести экспериментальное исследование метода и алгоритмов
обработки информации в системе поддержки принятия решений процесса
получения ЗАВА в производстве метизов.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались теоретические основы термодинамики процесса получения защитной атмосферы; методы системного анализа, теории нечетких множеств, а также методы математического моделирования. Достоверность полученных результатов подтверждена путем сопоставления результатов расчетов по созданной математической модели, реализованной с помощью пакета моделирующих программ ChemCad 5.2 фирмы «Chemstations Inc.» и табличного процессора MS Excel, с опытными данными действующего производства и строгим математическим подходом, использованным в работе.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту, заключаются в следующем:
-
Предложена структурная схема системы поддержки принятия решений, основанной на обработке технологической и экономической информации с целью повышения качества ЗАВА в производстве метизов при одновременном снижении затрат на ее получение.
-
Разработан метод обработки информации в системе поддержки принятия решений, основанный на использовании математических моделей
процесса получения ЗАВА в производстве метизов.
3. Разработаны алгоритмы обработки информации, обеспечивающие заданное качество и объем ЗАВА в производстве метизов, и позволяющие произвести оценку вариантов логистических схем с помощью использования обобщенного показателя эффективности.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
-
Предложена технологическая схема получения ЗАВА в производстве метизов, отличающаяся от применяемой экономией энергоресурсов, уменьшением риска остановок и аварий производства, повышающая экологическую безопасность и обеспечивающая использование полупродуктов существующих производств аммиака и азота высокой чистоты.
-
Создана компьютерная модель, реализующая разработанный метод и алгоритмы обработки информации в системе поддержки принятия решений процесса получения ЗАВА в производстве метизов.
-
Разработана методика оценки доходности процесса получения ЗАВА в производстве метизов на основе современных экономических показателей: чистого дисконтированного дохода, внутренней нормы доходности, дисконтированного срока окупаемости.
Реализация результатов работы. Разработанный метод и алгоритмы обработки информации в системе поддержки принятия решений частично внедрены и используются на Череповецком предприятии ОАО «Северсталь-метиз», Череповецком металлургическом комбинате (ЧерМК) ОАО «Северсталь» и ОАО «Череповецкий «Азот» при получении и использовании ЗАВА в термических процессах производства метизов. Внедрение их будет проведено при очередном ремонте промышленных производств.
Материалы исследования используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Череповецкий государственный университет» и ФГБОУ ВПО «Череповецкий филиал Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (Институт менеджмента и информационных технологий - ИМИТ)» при проведении занятий по дисциплинам «Математическое моделирование и алгоритмизация многоуровневых иерархических систем», «Математическое моделирование в экономике», а также в курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на международных, всероссийских и межвузовских конференциях: на IV, V и VI «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (Вологда, 2008 -2010 гг.); Восьмой всероссийской научно - технической конференции «Вузовская наука - региону» (Вологда, 2010 г.); 6-й международной научно-технической конференции «Информатизация процессов формирования открытых систем на основе СУБД, САПР, АСНИ и систем искусственного интеллекта» (ИНФОС -2011; Вологда, 2011 г.) и на постоянно действующем научно - техническом семинаре кафедры программного обеспечения
вычислительной техники и информационных систем Череповецкого государственного университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 176 наименований и приложений. Работа содержит 152 страницы, 33 рисунка и 17 таблиц. Приложения включают 5 страниц.
