Введение к работе
Актуальность темы. Среди множества процессов различных технологий нефтехимической отрасли выделяется класс потенциально опасных (полимеризация, нитрование, магнийорганический синтез и т.д.). На производствах, включающих в свой технологический цикл такие процессы, требуется уделять особое внимание вопросу безопасности, при этом необходимо учитывать все негативные воздействия, способные вывести объект за рамки штатного функционирования. Как показывает статистика, одним из таких факторов является наличие ошибок в управленческих решениях, принимаемых человеком. Последствия некорректных действий оператора можно разделить на две основные группы:
1) ошибки, ведущие к повышению опасности:
несвоевременно принятые решения;
некорректное управление, связанное с неадекватной оценкой сложившейся ситуации;
ошибки, вызванные недостатком опыта принятия решений в ситуациях, близких к аварийной;
2) ошибки, снижающие эффективность производства:
некорректное принятие решений, связанное с недостатком опыта в
управлении конкретной системой;
несвоевременное предупреждение выхода в нештатную ситуацию.
На данный момент установлено много факторов, влияющих на принятие
человеком управленческих решений (характер работы, стрессы,
психологическая нагрузка, состояние рабочего места и т.д.), однако
существуют системы, в которых дополнительные трудности в процесс
управления вносит наличие неопределенностей различного рода. Это может
быть чрезмерная сложность модели объекта, неоднозначность и
неформализованность алгоритмов управления или плавающие границы между описаниями возможных состояний системы.
Одним из процессов нефтехимической отрасли, характеризующихся потенциальной опасностью и обладающих рядом неопределенностей, является полимеризация синтетического каучука в растворе, в связи с чем этот технологический этап выбран основной темой диссертационного исследования.
Анализ работ в данной предметной области показал, что для управления подобными объектами целесообразно использовать средства поддержки принятия решений и системы прогнозирования, а одним из наилучших методов для их построения является аппарат нечеткой логики.
Таким образом, актуальность тематики диссертационной работы продиктована необходимостью разработки методов и алгоритмов прогнозирования и интеллектуальной поддержки при принятии управленческих решений в условиях неопределенности, предотвращающих внештатное функционирование потенциально опасных объектов и не снижающих эффективности производства.
Цель исследования - разработка методов и алгоритмов управления потенциально опасными объектами, способствующих повышению уровня безопасности производства при заданной эффективности. Задачи исследования:
провести анализ исследуемого объекта и выявить проблемы принятия управленческих решений на разных этапах его функционирования;
определить методы разработки систем, способствующих принятию решений на каждом из этапов процесса полимеризации;
получить математическую модель объекта управления, позволяющую определить зависимость основного параметра системы от входных управляющих воздействий;
разработать алгоритм вывода потенциально опасного объекта на регламентное значение основного параметра системы;
разработать метод вывода объекта в рабочую точку пространства параметров для достижения заданного качества готовой продукции;
разработать метод прогнозирования приближения системы к аварийному состоянию на рабочем этапе функционирования потенциально опасного объекта.
Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы системного анализа, математического моделирования, теории нечетких множеств и экспертных систем, анализа временных рядов, элементы теории автоматического управления и основы органической химии.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
Разработан алгоритм вывода объекта на регламентное значение основного параметра системы по заданной траектории, отличающийся учетом неопределенности текущей ситуации.
Разработан метод вывода системы в рабочую точку пространства параметров с последующей передачей управления локальным схемам стабилизации, отличающийся возможностью комплексного использования нескольких каналов управления в зависимости от текущей ситуации на объекте.
Разработан метод прогнозирования приближения системы к аварийному состоянию, отличающийся комплексной оценкой внутренних тенденций системы к смене состояния и текущей ситуации на объекте с учетом ее неоднозначности.
Получена аналитическая модель объекта, отличающаяся большим числом параметров и расширенным диапазоном применения.
Теоретическая и практическая значимость работы. Предложенные в работе методы предотвращения выхода системы в аварийный режим дополняют существующую для процесса полимеризации системную модель управления и не противоречат ее структуре, что повышает безопасность управления рассматриваемой системой. Разработанные алгоритмы реализованы в рамках распределенной системы управления, функционирующей на предприятии. Практическое использование результатов работы позволяет
предотвратить неэффективное ведение процессов и снизить уровень рисков. Основные теоретические и практические результаты работы внедрены в производство на ООО «Тольяттикаучук» (г. Тольятти) и в учебный процесс Воронежского ГАСУ в рамках дисциплины «Имитационное моделирование систем».
Положения, выносимые автором на защиту:
Алгоритм вывода объекта на регламентное значение основного параметра системы по заданной траектории, основанный на аппарате нечеткой логики, обеспечивающий безопасность проведения данной операции с минимизацией потерь энергетических и материальных ресурсов.
Метод вывода системы в рабочую точку пространства параметров с последующей передачей управления локальным схемам стабилизации, включающий в себя два последовательных этапа и способ их согласования и гарантирующий на этапе синтеза выпуск продукции заданного качества.
Метод прогнозирования приближения системы к аварийному состоянию, позволяющий лицу, принимающему решения, при необходимости вернуть объект в рамки нормального функционирования или, если это невозможно, заблаговременно остановить процесс.
Аналитическая модель объекта, позволяющая экспериментальным способом определить зависимость основного параметра системы от принимаемых управленческих решений и формализовать метод вывода системы в рабочую точку.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 65-й всероссийской научно-практической конференции на базе Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (Воронеж, 2010 г.) и на 66-й научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов университета с участием представителей исследовательских, проектно-конструкторских, строительных и общественных организаций (Воронеж, 2011 г.).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 10 научных работах, из них 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателем предложены: [1] - способ определения параметров исходной выборки системы прогнозирования и модифицированный метод R/S-анализа для коротких временных рядов; [3] -метод прогнозирования приближения системы к аварийному состоянию, позволяющий в совокупности оценивать текущую ситуацию на объекте и внутренние тенденции системы; [4,5] - организация программного обеспечения с определением точек входа в алгоритм аварийной последовательности для своевременного выхода из нештатной ситуации; [6] - способ минимизации экономических потерь путем целенаправленного вывода объекта за рамки штатной ситуации; [8] - метод вывода потенциально опасного объекта управления в рабочую точку пространства параметров.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка (143 наименований), 8 приложений и содержит 167 листов машинописного текста, включая 64 рисунка и 2 таблицы.
