Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие современного производства тесным образом связано с рациональным использованием природных ресурсов и охраной окружающей среды от загрязнения. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов - одна из наиболее актуальных проблем современности, правильное и масштабное решение которой в значительной степени определяет улучшение условий жизни настоящего и будущего поколений, поступательное и экологическое безвредное развитие всех отраслей народного хозяйства.
Рациональная стратегия природопользования должна быть реализована на основе комплексного подхода. Концентрируя основное внимание на проблеме комплексного функционирования производства и природопользования, можно указать на три основных направления развития техники и технологии производства и природопользования.
Первое - целенаправленное изменение структуры производства и потребления, развитие эффективных в экономическом и экологическом отношении технологий производства, основанных на принципах малоотходное и безотходности, малого потребления дефицитных природных ресурсов, малого количества отводимых отходов, вредных для окружающей среды.
Второе - создание эффективных технологий обработки и обезвреживания отходов с целью возможности их безопасного отведения в окружающую среду и дальнейшей их утилизации.
Третье - целенаправленное изменение структуры и свойств природного объекта для сохранения и улучшения ресурсного потенциала, повышение его устойчивости к антропогенному воздействию в сочетании с реализацией рационального регулирования режимов изъятия природных ресурсов и режимов отведения отходов.
Рассматривая перечисленные выше направления стратегии природопользования можно сформулировать концепцию о том, что при реализации стратегии взаимосвязанного, комплексного управления по всем трем перечисленным выше направлениям цели производства и природопользования достигаются более эффективно по сравнению с ограниченной стратегией изолированного управления производством, очистными сооружениями и природными объектами.
Концепция взаимосвязанного и согласованного развития указанных выше трех сфер в противовес имеющему место изолированному подходу является фундаментом для успешного достижения целей рационального промышленного производства и охраны природной среды. Эффективная стратегия достижения таких целей - взаимосвязанное развитие техники и технологии производства и природопользования. Отсюда вытекает необходимость реализации концепции взаимосвязанного оптимального управления производством и природопользованием. Практическая реализация данной концепции обеспечивает достижение заданных целей наилучшим способом по сравнению с имеющим место изолированным подходом и определяет актуальность поставленной проблемы.
Работа выполнялась в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 14.11.96 г. "Об утверждении федеральной целевой программы "Социально-экологическая реабилитация территории Самарской области и охрана здоровья ее населения"; с государственной НТП "Ресурсосберегающие и экологически чистые процессы в металлургии и химии" на период 1990-1995 гг.; целевой НТП О.Ц.047 "Автоматизация в отраслях народного хозяйства на базе микропроцессорной техники, машин, оборудования и технологических процессов во всех звеньях производства" на период 1985-1990 гг.; целевой комплексной НТП 0.80.02 "Создать и ввести в эксплуатацию системы автоматизированного произ-
управления в народном хозяйстве на основе интеграции автоматизированных систем управления различного уровня, применения вычислительной техники и микропроцессорных средств" на период 1985-1990 гг. Цель работы:
развитие стратегии комплексной автоматизации локальными природо-промышленными объектами с учетом взаимосвязи технико-экономических факторов;
определение места и роли современного экологического мониторинга в системах автоматизированного управления локальными природо-промышленными комплексами;
разработка методологии моделирования и расчета процессов распространения загрязнений в тропосфере, гидросфере и литосфере с учетом влияния метеорологических факторов;
формулировка подхода к управлению природо-промышленными комплексами с помощью интеллектуальных систем, основанных на знаниях;
решение конкретных задач по совершенствованию математического обеспечения и программно-алгоритмической реализации систем экомо-ниторинга и автоматизированного управления природо-промышленными комплексами;
практическое применение полученных теоретических результатов и алгоритмов, при реализации систем управления локальными природо-промышленными комплексами.
Методы исследования:
- полученные результаты базируются на общих методах оптимального
управления, математических методах теории измерения и обработки экс
периментальной информации, теории принятия решений, теории иден
тификации, теории систем искусственного интеллекта, методов приклад
ного программирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложены основные принципы комплексной автоматизации контроля и управления природо-промышленными комплексами типа "химическое производство - окружающая среда" с учетом взаимосвязи технико-экономических и экологических факторов;
разработана стратегия управления природо-промышленным комплексом на основе симбиоза двух подходов: технологического, предусматривающего вмешательство в ход производственного процесса, и кибернетического, предусматривающего управление эмиссионной активностью основных источников загрязнений путем совокупности организационно-технических мероприятий;
сформулирован подход к управлению природо-промышленными комплексами на базе применения интеллектуальных систем, основанных на знаниях, и построена проблемно-ориентированная экспертная система для прогноза состояния и принятия решений по управлению природо-промышленным объектом " химическое производство - окружающая водная среда";
решены методические вопросы определения места и роли современного экологического мониторинга в системах автоматизированного управления локальными природо-промышленными комплексами. В рамках системы экомониторинга предложена классификация и систематизация качественных и количественных форм описания распространения загрязнс-
ний в трех основных видах природных подсистем: тропосфере, гидросфере и литосфере.
разработана методология моделирования и расчета процессов распространения загрязнений атмосферы выбросами газоперерабатывающего завода с учетом влияния метеорологических факторов;
решен ряд конкретных задач по совершенствованию математического обеспечения и программно-алгоритмической реализации систем экомо-ниторинга и автоматизированного управления природо-промышленными комплексами: а) оценка надежности и повышение достоверности измерительной информации в системах экомониторинга и АСУ природо-промышленными комплексами; б) построение алгоритмов управления природо-промышленными комплексами на основе функций чувствительности и косвенной оценки переменных состояния объекта; в) разработка методов решения жестких систем дифференциальных уравнений при численном моделировании управляемых объектов природо-промышленных комплексов.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
реализована система автоматизированного управления природо-промышленным комплексом типа " химическое производство - окружающая водная среда" на базе консультативной экспертной системы, построенной с помощью математического аппарата теории нечетких множеств. Разработаны функциональное, информационное, математическое и программное обеспечение экспертной системы. Корректность предложенного подхода проверена на модельных примерах и подтверждена экспериментально при обработке реальных данных функционирования локального природо-промышленного комплекса " отделения десорбции и гидролиза в производстве карбамида - сточные поды";
предложена техническая реализации автоматизированной системы экологического мониторинга и управления загрязнением воздушной среды в рамках локального природо-промышленного комплекса "Астраханский газоперерабатывающий комбинат - окружающая воздушная среда". Функции подсистемы верхнего уровня реализованы на персональном компьютере IBM PC, на нижнем уровне системы располагаются датчики производила фирмы MBL Environmental System;
разработанные принципы, методы, алгоритмы и программное обеспечение внедрены в системе оперативно-диспетчерского управления (ОДУ) Россошанским комплексом по производству аммиачной селитры, в ОДУ Северодонецкого НПО "АЗОТ", на производстве капролактама Черкасского НПО "АЗОТ", в системе управления ПО "Южуралникель" и сушильного отдела производства термочувствительных элементов (г. Сергиев Посад), в системах коммерческого учета нефтепродуктов на Бакинском и Херсонском НПЗ, в АСУ ТП газоперерабатывающего завода (г. Аксарайск).
Апробация работ. Основные положения диссертационной работы докладывать на 12-ти Всесоюзных и Международных конференциях:
-
IV Всесоюзное совещание по автоматическому управлению. Тбилиси 1968 г.
-
Всесоюзная научно-техническая конференция по итогам научно-исследовательских работ за 1968-1969 г. г.Москва.
-
Межвузовская конференция по теории и принципам построения цифровых машин и цифровых интегрирующих машин. Ленинград 1969 г.
-
Всесоюзное научно-техническое совещание "Автоматическое регулирование технологических процессов и параметров электрической и тепловой энергии. Минск 1971 г.
-
Советско-финский симпозиум по системам управления. Тбилиси 1973 г.
-
Всесоюзный семинар "Методы построения информационно-управляющих программ для ЧВМ". Киев 1973 г.
-
Всесоюзная конференция "Математическое моделирование сложных химико-технологических систем". Ереван 1982 г.
-
Всесоюзная научная конференция "Методы кибернетики химико-технологических процессов". Таллинн 1984 г.
-
Всесоюзная научная конференция "АСУ ТП в энергетике, химии, металлургии". Москва 1987 г.
Ю.Всесоюзное совещание "Новейшие исследования в области теплофизиче-ских свойств". Тамбов 1988 г.
11.11 Всесоюзная конференция "Автоматизация и роботизация в химической промышленности". Тамбов 1988 г.
12.Всесогозная конференция "АСУ ТП в энергетике, химии, металлургии". Москва 1991 г.
Публикации. Результаты, отражающие содержание диссертационной работы, изложены в 51 публикации.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитируемой литературы. Общий объем работы составляет 376 страниц машинописного текста, 85 рисунков, 21 таблиц и 254 наименования литературных ссылок.