Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Одной up важных проблем современного развития математического аппарата управления сложними технологическими системами применительно к процессам химического синтеза является создание аигооитмических средств воспроизведения и анализа информации о характере протекания полимериаационных процессов и , определения на ее основе свойств синтезируемых внсои-омолскулярн^х соединений в рампах антоматирироганцых систем различного уровня.
В гашетической теории полимеризации основной харктеристикой синтезируемых полимеров, например синтетических каучуков. считается функция молекулярно-массового распределения (ММР), статистические параметры которого влияют на качество конечного продукта как прямо, например полидисперсность, так и косвенно, то есть позволяют оценить такие показатели, как вязкость по Муни, жесткость по Дефо, пластичность по Карреру. Поэтому вычисление функции ММР, ее исследование в рамках модели и использование результатов моделирования в контуре управления технологическими процессами в настоящее-время представляют накбслыжй теоретический и практический интерес .
С повшшй теории управления пронесен полимеризации являются основной функциональной компонентой сложных химико- технологических систем и характеризуются наличием и взаимодействием факторов и эффектов различной природы, которые с одной стороны являются источниками неконтролируемых возмущений, а с другой - причиной принципиально вероятностного характера самих процессов как на параметрическом, так и на структурном уровнях. Все это требует проведения дополнительных исследований в области моделирования, идентификации и оптимизации параметров существующих технологических процессов синтеза полимеров.
Таким образом, актуальность темы диссертационной работы продиктована необходимостью повышения эффективности полимериеационных процессов за счет использования в системах автоматизированного управления специальных инструментальных средств математического моделирования и управлений объектами, учитывающих структурную и параметрическую нестационарность системы.
Тематика диссертационной работы связана с реализацией разделов комплексной региональной программы "Черноземье", а также соответствует научному направлению ВГТУ "САПР и системы автоматизации производства".
_ 2
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является разработка инструментальных программных средств моделирования, идентификации и управления стохастическими процессами полимеризации.
Исходя из данной цели, в работе решались следующие основные задачи:
выбор и обоснование законов распределения параметров математических моделей полимеризационных процессов на различных уровнях моделирования;
построение и исследование статистических моделей полимеризационных систем в условиях дрейфа структурных параметров;
разработка и программная реализация алгоритмов численного моделирования процессов полимеризации на основе техники Монте-Карло; разработка алгоритмов структурной идентификации моделей исследуемых систем в условиях нечеткости входной информации;
создание инструментальных программных средств генерации случайных последовательностей и анализа их качественных характеристик;
разработка программно-алгоритмического комплекса моделирования, идентификации и оптимального управления полимеризацией бутадиенового каучука СКД.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ основаны на использовании теории математического моделирования, теории вероятностей, математической статистики, вычислительной математики, химической кинетики, компьютерных технологий.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА основных результатов диссертационной работы: разработано формализованное описание полимеризационных процессов, обеспечивающее в рамках соответствующих математических моделей воспроизведение комплекса внутренних и внешних неконтролируемых источников возмущений;
разработана комплексная статистическая модель полимеризационных процессов, обеспечивающая динамическое воспроизведение внешних неконтролируемых источников возмущений;
предложена имитационная модель процессов полимеризации, отражающая структурные особенности объекта управления, обусловленные внутренними источниками возмущений, и позволяющая провести оценку влияния структурных параметров на качество процесса;
разработаны вычислительные процедуры Монте-Карло в составе системы моделирования и идентификации, отличающиеся использованием статистических или временных характеристик елементарних кинетичес-
ких стадий, предложены способы увеличения точности и. скорости ВЫ числений;
разработан алгоритм адаптивной структурной идентификации объекта управления, базирующийся на реализации методов теории нечетких множеств и отличающийся включением в процедуру идентификации результатов имитационного моделирований.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Предложенные в работе модели и алгоритмы положены в основу подсистемы верхнего уровня управления процессами синтеза полимерен заданного качества, содержащей компоненты моделирования и математического описания объектов сто-хастичекой природы.
Разработан пакет прикладных программных средств, содержащий функциональные компоненты решения прямой и обратной задачи моделирования для процессов с параметрической и структурной неопределенностью; адаптивной структурной идентификации моделей в условиях нечеткости входной информации; генерации случайных последовательностей, отвечающих заданному закону распределении, и анализа их качественных характеристик; вычисления оптимальных статических режимов ведения технологических процессов.
Предлагаемый программный комплекс может быть использован как для решения прикладных производственных задач, так. и при проведении научных исследований и в учебном процессе.
Использование результатов работы в производстве позволяет получить экономический эффект за счет повышения качества продукции и экономии знергоресурсов.
РЕАЛИЗАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в виде пакета нршеладных программ, внедрены в учебный процесс на кафедре ABC ВГТУ в рамках лабораторного практикума, а также использовались в научных исследованиях по реализации разделов комплексной региональной программы "Черноземье", экспериментально проверены на АО "Ефремовс.кий завод синтетического каучука" в составе подсистемы верхнего уровня управления производством СКД с ожидаемым годовым экономическим эффектом ISO млн. рублей в ценах января 1996 г.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты докладывались и обсуждались на IV Всероссийской научной конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии" (Ярославль, 1994), Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1994), Всерос-
4 сийской научно-практической конференции "Черноземье-95" (Воронеж* 1995), Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспече ние высоких технологий в технике, образовании и медицине" (Воро неж. 1995), X научно-технической отраслевой конференции "Состояни и пути повышения надежности видеомагнитофонов" (Воронеж, 1996) Российском молодежном научном симпозиуме "Молодежь и проблемы ин формационного и экологического мониторинга" (Воронеж, 1996), Все российском совещании-реминаре "Математическое обеспечение высоки технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1996).
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано 14 пе чатных работ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит и. введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 139 наимено ваний и содержит 140 страниц машинописного текста, "2 рисунка, ! таблиц и приложения на 42 страницах.