Введение к работе
Актуальность темы. Искусственный графит широко используется в производстве химической аппаратуры, огнеупорных блоков, стеклоуглсрода , электростали, ферросплавов, аиюмтшия, кремния и і .д. Развитие техники и технологии производства этих важнейших для промышленности материалов во многом определяется качеством и стоимостью изделий электродного производства. Поэтому актуальным является повышение качества и снижение себестоимости электродного производства.
Технологический,процесс производства графитированной продукции относится к сложным технологиям, достижение необходимого качества продукции в которых предполагает применение современных методов и средств компьютерной автоматизации. Последняя означает: приоритет автоматизации информационных потоков; компьютерную интеграцию всех функций производственных процессов; наличие обратных информационных связей; реализацию основных принципов проектирования сложных систем (модульность, открытость и т.п.). Интеграция предусматривает единство сред, охватывающих все системы автоматизации и этапы эволюционирования производственного процесса.
Выбор направления автоматизации на этапе концептуального анализа является одним из ключевых вопросов для определения методологии дальнейших работ, приобретаемых компьютерных (программно - технических) комплексов, и т.п. Для моделирования таких сложных, плохо формализуемых систем как технологический процесс производства графитированной продукции необходимо использовать кроме декларативных и алгоритмических процедур интеллектуальные знания в виде логико-лингвистических моделей.
Достижение устойчивости производства (заданного качества продукции, темпов производства и т.п.) в условиях разнообразных и значительных отклонений и возмущающих воздействий связано с обеспечением необходимого уровня управляемости производства. Актуальной является задача эволюционирования действующего технологического процесса от некоторого исходного уровня управляемости к заданному или необходимому.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка объектно-ориентированной среды управления, позволяющей синтезировать необходимый уровень управляемости технологическим процессом приготовления массы для прессования графитированной продукции.
Идея работы заключается в формировании в рамках единой объектно-ориентированной методологии компьютерной информационной среды, обеспечивающей адаптацию управляющих воздействий при заранее неизвестных или изменяющихся в процессе эксплуатации свойствах системы «технологический процесс - средства автоматизации» с помощью гибких обратных связей.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие научные задачи:
анализ управляемости технологическим процессом приготовления массы для прессования графитированиой продукции и определение процедур и структур эволюционирования уровня его управляемости;
объектно-ориентированный анализ, разработка методики и интерпретация технологического процесса в информационную модель;
разработка методики и интерпретация жизненных циклов объектов и связей в модели состояний;
оптимизация информационной модели на основе созданных моделей состояний;
разработка структуры информационной среды адаптивного управления лроцессом приготовления массы для прессования графитироваїшой продукции как совокупности объектных моделей, обеспечивающей компенсацию возмущающих воздействий;
оценка динамики уровня управляемости технологическим процессом в условиях адаптивной информационной среды.
программная реализация объектно-ориентированной среды управления технологическим процессом производства массы для прессования графитиро-ванной продукции на основе компьютерных SCADA-систем;
Новизна научных положений, выносимых на защиту:
-
Методика интерпретации управляемого технологического процесса приготовления массы для прессования графитированной продукции в информационную модель, представляющая собой итеративный алгоритм из семи процедур и позволяющая получать в табличном виде или в виде графовой модели результаты синтаксической н семантической интерпретации указанной системы.
-
Информационная модель управляемого технологического процесса приготовления массы для прессования графитированной продукции, исключающая разрывы информациотгьгх потоков, оптимизированная в пределах области допустимого управления путем генерации множеств ее объектов, связей и атрибутов, порождаемых эволюционированием объектов и связей моделей состояний.
-
Методика шггерпретации жизненных циклов объектов и связей технологического процесса в модели состояний, учитывающая поведение, как в нормальных, гак и в аварийных режимах работы.
-
Принцип создания информационной среды адаптивного управления, заключающийся в реализации объектно-ориентированных моделей, обеспечивающих зволюїщонирование действующего технологического процесса со степенью открытости аь организованностью Rb критическим значением энтропии Е,^ и
уровнем управляемости У ь до уровня управляемости У г, соответствующего но-'
ВЫМ 0С2, Екр2 IfR.2.
-
Методика оценки уровня управляемости технологического процесса, использующая понятия структурной информации, критического значения энтропии, уровня организации и открытости, определешше через совокупность множеств элементов информационной модели, и позволяющая прогнозировать устойчивость системы при заданной степени ее открытости.
-
Структура объектно-ориентированной среды адаптивного управления, позволяющая с помощью габких обратных связей осуществлять адаптащпо управления к выявленным возмущениям.
Практическая ценность работы:
-
Разработана методика интерпретации технологического процесса во множество объектов, связей и атрибутов информационной модели.
-
Получена структура классов и объектов информационной модели опти-' мальная по критериям качества абстракции: связности, зацепления и глубины дерева наследования.
-
Сформулированы критерии отклика состояний объектов на известные или выявленные возмущения, позволяющие идентифицировать динамические объекты и связи информационной модели.
-
Получено полное множество моделей состояний управляемого технологического процесса приготовления массы для прессования графитировашюй продукции, полученное в результате интерпретации жизненных циклов входящих в него объектов.
-
Разработана структура адаптивного взаимодействия шіформациоішой модели и регламента технологического процесса в процессе информационной интерпретации.
-
Разработана методика построения объектно-ориентированной среды адаптивного управления технологическим процессом приготовления массы для прессования графитированной продукщш в компьютерной SCADA-систёме.
Методы исследования. Использованы следующие методы: объектно-ориентированного анализа и синтеза, статистического анализа, теории множеств, теории графов, теории оптимизации, теории интерпретации.
Внедрение основных реіультятоп диссертационной работы.
Предложенные модели, методы и программное обеспечение используются Научно-исследовательским технологическим институтом Южно-Российского
ского института) и научно-исследовательской лабораторией АООТ «Новочеркасский электродный завод» в процессе решения задач автоматизации технологических производств, в учебном процессе на кафедре «Автоматизации и управ-леїшя технологических процессов и производств» химико-технологического фа-
культета Южно-Российского государственной технического университета (Новочеркасского политехнического института). Разработаны методические материалы для обучения бакалавров, специалистов и магистров направления «Автоматизация и управление» по дисциплинам «Моделирование систем управления», «Системный анализ», «Автоматизация технологических процессов и производств», а также дня курсового и дипломного проектирования.
Реализация работы. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления «Разработка теоретических основ и принципов построения автоматизированных технологий и оборудования для химических, пищевых и консервных производств» ЮРГТУ. Отдельные части работы выполнены в соотвег-ствии с планом важнейших совместных работ на 1999-2000 г. Южно-Российского государственного технического университета (НПИ) и АООТ «Новочеркасский электродный завод».
Апробация работы. Основные положения и результаты, полученные в диссертационной работе, опубликованы в четырнадцати печатных работах, доложены, обсуждены и получили положительную оценку на трех ежегодных научно-технических конференциях студентов и аспирантов НГТУ (Новочеркасск, 1997 г, 1998 г., 1999 г.), региональной научно-технической конференции «Управление в технических, социально-экономических и медико-биологических системах» (Новочеркасск, 2000 г.), трех международных научно-технических семинарах «Основные проблемы и пути совершенствования электродной технологии» (Новочеркасск, 1997 г., 1998 г., 1999 г.), международной конференции «Математические методы в химии и технологиях» (Владимир, 1998 г.), международной конференции «Новые технологии управления движением технических объектов» (Новочеркасск, 1999 г.).
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемых источников из 103 наименований, содержит 137 страниц основного текста, включает 21 рисунок и 17 таблиц.
