Введение к работе
Актуальность работы. Выбор предметной области исследования обосновывается низкой эффективностью функционирования отечественного сахаропроизводящего комплекса (СПК), где в процессах заготовки и хранения сырья теряется от 10 до 30 % сахара, содержащегося в свекле. В условиях крупнотоннажного предприятия это может приводить к потере от 15 до 20 тонн сахара в сутки при суточной переработке свеклы 3000 тонн.
Причиной высокого уровня потерь является несовершенство планирования и управления технологическими процессами роста, хранения и переработки свеклы. По опыту передовых зарубежных предприятий выбор рациональной схемы ведения процессов производства сахара позволяет сократить потери в два раза. Проблему следует решать на основе применения математического моделирования и создания современных информационных технологий (ИТ).
Особенностью функционирования отечественного СПК является использование двух альтернативных видов сырья - сахарной свеклы и сахара-сырца, необходимость длительного хранения свеклы и одновременное осуществление трех процессов преобразования сырьевого ресурса - рост, хранение, переработка свеклы. Условия, благоприятствующие каждому из этих процессов, смещены во времени и улучшение показателей одного из процессов всегда приводит к ухудшению характеристик других. Разрешение возникающих конфликтных ситуаций возможно на основе решения динамической задачи оптимального планирования сырьевого обеспечения предприятия во времени и статической задачи определения оптимального объёма ресурсов с использованием математических моделей роста и хранения свеклы.
Попытки создания ИТ ресурсного обеспечения на отечественных предприятиях до сих пор не реализованы в полной мере по причине отсутствия комплексного подхода в решении задач, низкой адекватности математического описания процессов роста и переработки свеклы, отсутствия модели хранения свеклы, несовершенства моделей оптимизации. Разработку ИТ в данном случае целесообразно проводить на основе системного моделирования, позволяющего рассматривать процессы функционирования производства комплексно, во взаимосвязи между собой и с внешней средой.
Разработка и внедрение новых ИТ позволит существенно повысить эффективность функционирования СПК путём увеличения выработки сахара за сезон производства на одном предприятии на 200-300 тонн за счёт сокращения его потерь.
Недостатки существующих ИТ, невозможность разрешить существующие проблемы другими методами в сочетании с экономической значимостью указанной проблемы позволяет считать выбор предметной области обоснованным, а тему исследования - актуальной.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с региональной межвузовской научной технической программой работ Министерства общего и профессионального образования РФ «ВУЗ-Черноземье» по проекту 3.1 «Повышение эффективности работы сахаропроизводящего комплекса Центральночернозёмного региона», научно-региональной программой «Черноземье».
Цель работы.
Целью предлагаемой работы является разработка структурных и параметрических моделей анализа и синтеза процессов функционирования сахаропроизводящего комплекса, алгоритмов и программных средств их реализации, обеспечивающих повышение качества управления и сокращение потерь сахара. Поставленная цель достигается в результате решения следующих задач: -анализ показателей функционирования предметной области исследования, состояния информационных технологий и определение актуальных задач моделирования основных процессов функционирования производства сахара; -синтез структурных моделей взаимодействия отдельных технологических процессов на основе системного моделирования, обеспечивающих формирование комплекса задач планирования и управления и состава моделей для их реализации;
- синтез и анализ моделей отдельных технологических процессов и матема
тических моделей описания основных параметров сахарной свеклы в про
цессе её роста и хранения для системы производства сахара, разработка ал
горитмов их реализации;
-синтез моделей оптимизации сырьевого ресурсного обеспечения сахаропроизводящего комплекса и разработка алгоритмов их реализации;
- разработка структуры программного и информационного обеспечения сис
темы планирования и управления процессами производства сахара;
-практическая апробация полученных результатов в научных исследованиях и на производственных объектах. Методика исследования: решение поставленных задач осуществлялось с использованием методов системного моделирования, стохастического прогнозирования, теории графов, теории исследования операций.
Научная новизна основных результатов диссертационной работы заключается:
-в разработке структурной модели взаимодействия отдельных технологических процессов, позволяющей учитывать комплексный характер влияния разнообразных факторов, распределённых во времени на эффективность функционирования производства сахара;
-в разработке моделей прогнозирования основных показателей сахарной свеклы в процессе её роста и хранения, и температурного метода контроля потерь сахара при хранении, позволяющих формировать исходные данные при решении разработанных балансовых и математических моделей ресурсного обеспечения производства сахара;
в разработке динамической модели оптимального планирования процессов производства сахара, обеспечивающей минимизацию потерь сахара при хранении;
в разработке модели оптимизации объёмов последовательной переработки сахарной свеклы и сахара-сырца.
Практическая значимость работы.
Разработано информационное обеспечение в виде пакета прикладных программ, позволяющего создать в рамках АСУ сахаропроизводящего комплекса подсистему планирования сырьевых ресурсов и реализовать эффективную процедуру поддержки принятия решений при управлении.
Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты работы реализованы в трёх проектах. Разработанные модели, алгоритмы и программные средства использованы в разработанной функциональной схеме подпрограммы АСУ сахаропроизводящего комплекса, предназначенной для решения задач статического и динамического моделирования ресурсного обеспечения, которая прошла апробацию на Алексеевском сахарном заводе Белгородской области. Разработанные математические модели и алгоритмы использованы в качестве математического обеспечения аналитической компоненты информационно-аналитической системы «Информсахар» - региональной информационной структуры ассоциации «Черноземье». Как самостоятельные инструментальные средства модели роста и хранения свеклы используются ВНИ-ИСС им. А.Л. Мазлумова при выполнении научно-исследовательских работ.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертации докладывались на конфе
ренциях: Всероссийской конференции «Информационные технологии и систе
мы» (г. Воронеж, 1995 г.); Всероссийской научно-практической конференции
«Физико-химические основы пищевых и химических производств» (г. Воро
неж, 1996 г.); региональной конференции «Реализация региональных научно-
технических программ Центрально-Чернозёмного региона» (г. Воронеж, 1996 и
1997 г.); II республиканской электронной научной конференции «Современные
проблемы информатизации» (г. Воронеж, 1997 г.); конференции «Школа по мо
делированию автоматизированных технологических процессов» (г. Новомос
ковск, 1997 г.); международной научно-технической конференции «Прогрес
сивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (г. Воро
неж, 1997 г.); региональной конференции «Материалы региональной научно-
технической программы «ВУЗ-Чернозёмье» (г. Воронеж, 1999 г.); Ш всерос
сийской научно-технической конференции «Информационные технологии и
системы» (г. Воронеж, 1999 г.); на научных конференциях профессорско-
преподавательского состава и научных работников Воронежской государствен
ной технологической академии и Воронежского государственного технического
университета. ;
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 16 публикациях.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 166 страницах, списка литературы из 115 наименований и 3 приложений, содержит 26 рисунков и 12 таблиц.