Введение к работе
Актуальность работы. Проблема повышения эффективносп
произ-водства, экономии материальных и трудовых ресурсов имес первостепенное значение в условиях перехода Казахстана на рыночньи отношения. Одним из путей решения этой проблемы является разработк; принципиально новых технологий, машин и оборудования для действующих і вновь создаваемых импортозамещающих производств.
Требованием сегодняшнего дня является создание и внедреіиі завершенных технологий в которых комплексно решены вопрссь экономики, технологии, экологии и автоматизаіпги. Если вопросы экономии! технологии и (в последшга годы) экологии решаются в комплексе, то і разработке систем управления приступают в конце цепочки: идея —; исследования -» проектирование —> внедрение —> тиражирование, т.е. иг стадии проектирования, а то и после внедрения.
Такой подход приводит к удорожанию систем управления, посколік) в самой "природе" новой технической системы не учитываются вогнись повышения ее управляемости. Иногда это приводит к серьезным аварийна ситуациям, связанным с человеческими жертвами и экологический* катастрофами. Наиболее яркий пример этому чернобыльский реактор — і самой конструкции которого не были предусмотрены меры самоуправлепш і аварийном режиме и все функции по управлению в аварийных ситуация?, е этом случае целиком ложатся на систему управления и обслуживающий персонал.
Недостатком традиционных методов создания автоматизированная систем управления является их недостаточная системность. Системный подход требует при возникновении каких-либо проблем (например, если не удается создать надежную, экономичную и эколопгпгую систему управлеши). повысить уровень системности задачи, т.е. перейти от "системы" в "надсистеме" и попытаться изменить сам обьект управления. Такой подход позволяет синтезировать практически новую техническую систему (т.е. создать новую автоматизировашгую технологию).
При создании новых автоматизированных технологий (в соответствии с системным анализом) следует применять комплексный подход — рассмотрение вопросов автоматизации требуется перенести со стадій проектирования на стадию "рождения" идеи, т.е. необходимо, чтобы в момент рождения идеи, в новой технической системе (ТС) уже присутствовата возможность управления ею. Повышение управляемости объекта автоматизации позволит использовать при разработке систем унравлетя стандартные и дешевые средства обеспечения: информационнее, математические, программные и технические. Кроме того, это значителыо снизило бы вероятность возникновения аварийных ситуаций.
Методологической основой для всей работы является одно из основны положений системного анализа — повышение управляемости объект автоматизации ведет к повышению эффективности системы в дело\ поскольку все системы, в том числе и технические, в своем ЭВОЛЮЦИОШЮ] развитии стремятся к самоорганизации и самоуправлению.
Комплексный, системный подход к созданию новых автоматизированны технологий (включающий этапы: "рождение" идеи, проведение исследовани новой технологии, синтез САУ, проектирование и внедрение новой ТС тиражирование разработок) требует объединения знаний, полученных области создания технологий и в области синтеза систем управления.
Вопросы объединения знаний из разных областей науки и техник
являются предметом изучения новой междисциплинарной науки "социальна
когнитология", в соответствии с которой эффекты интеллектуальног
взаимодействия и аккумулирования знаний, накопленных в обществе,
сочетании с синергетическим эффектом могут дать т.п. когнитивный эффект
используемый для радикального продвижения в области решения сложны
задач, к которым можно отнести и задачу создания новы
автоматизированных технологий.
Целью настоящей диссертации является разработка теоретически основ, комплексных (когнитивных) методов и средств создания новы автоматизированных технологий в цвегной металлургии, позволяющи повысить их эффективность.
Идея работы заключается в использовании закономерности развита технических систем в сторону повышения управляемости, самоуправления самоорганизации" с применением когнитивных методов на всех этапа создания автоматизированных технологий от синтеза ТС до тиражирован!! новых разработок.
Научные положений, разработанные лично диссертантом, н и новизна:
-
Концепцій создания автоматизированных технологий в цветпо металлургии, новизна которой заключается в применении системної анализа и когнитивного подхода на всех этапах создания, начиная от этаг "рождения" идеи и до ее внедрения и тиражирования, что позволяет короткие сроки создавать эффективные, управляемые и безоиаснь технологии.
-
Метод анализа управляемости ТС, новизна которого состоит в синте: моделей принятия решений с использованием теории искусственно! интеллекта (ИИ) для определения факторов, критериев и общей оценк управляемости обьекта.
-
Метод синтеза принципиально нового технического решения, новизі которого заключается в разработке процедуры формирования ограниченної списка наиболее сильных изобретательских приемов, стандартов и эффектов і информационного фонда ТРИЗ (Теория решения изобре-тательских задач
Такие списки позволяют более эффективно использовать информационный фонд ТРИЗ при синтезе пргащипиально новых техническігх решений.
4. Метод синтеза автоматизированной технологии переработки
материалов в шпкотемпературной плазме, новизна которого заключается в
разработке математических моделей, основанных на пршгятых допущений и
известных исследований по изучению взаимодействия частиц и газа в
тепловом поле. Предложены уравнения описывающие: движение частиц в
газовом потоке, теплопередачи между газом и частицей, изменение диаметра
частиц . в результате испарения, характеристики плазменной струи.
Разработанные модели позволяют определять оптимальные конструктивные и
режимные характеристики плазменной установки по переработке различного
вида сырья.
5. Метод синтеза автоматизированной технологии
гидрометаллургической переработки полидисперсного сырья в кипящем слое,
новизна которого состоит в разработке математических моделей,
описывающих процессы гидродинамики в слое с учетом уменьшения диаметра
частиц, растворения основного металла и примесей, гидролиза примесей и
коагуляцию частиц гидроокисей, процессы флокулообразоватш.
Разработанные модели позволили определить геометрические размеры
аппаратов кипящего слоя, оптимальные и аварийные режимы работы
оборудования и синтезировать высококачественную комбинированную
систему управления.
6. Метод проведения функционально-стоимостного анализа (ФСЛ.)
новых автоматизированных технологий с целью их тиражирования дія
переработки отходов, полупродуктов и сырья цветной металлургии, новизна
этого метода заключается в синтезе моделей принятия решений о
целесообразности использования новой технологии для переработки того или
иного материала.
7. Метод функцианально-стоимостного анализа автоматизировангон
технологии переработки материалов в низкотемпературной плазме, новизна
которого состоит в разработке моделей принятия решения об оценке факторов,
критериев и общей оценки целесообразности переработки того или иного
материала в низкотем-пературной плазме.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
созданием и внедрением новых, эффективных и хорошо управляемых
технологий;
Я разработкой технических решений, защищенных авторскими свидетельствами и патентами;
созданием и защитой перед ГЭК техническігх решений,
предложенных студентами..
Научное значение работы состоит в разработке теории, методов и средств создания новых автоматизированных технолопіи, что является дальнейшим
развитием теории автоматизированного управления технологическими процессами в цветной металлургии.
Практическое значение работы состоит в разработке:
методики создания новых хорошо управляемых технологий в цветной металлургии с использованием информационного фонда ТРИЗ и анализа управляемости технических систем (некомпыотерная версия);
структуры экспертной системы анализа управляемости и синтеза новых технических систем (ЭС АСТС) и формировании ее базы знаний;
методики повышения управляемости ТС с частичным изменением существующей технологии («прямые методы»);
программной "оболочки" информационно-поисковой сиетемь сырьевых ресурсов, отходов и полупродуктов цветной металлургии РК которая является базой данных для ИС ФСА, и может стать основой для создания "электронного кадастра" сырьевых ресурсов цветной металлурги: республики (передана в НЦ КПМС РК);
- новых, управляемых технологий в цветной металлургии, защищенных
авторскими свидетельствами СССР и патентами РК /4,14-28,40,41/;
Реализации выводов и рекомендаций работы осуществлена путем их внедрения на предприятиях цветной металлургии и использования научно-исследовательскими, проектными и учебными институтами.
- Технология выщелачивания цинковых огарков в аппаратах кипящегс
слоя внедрена на Константиновском заводе "Укрципк" с экономическим
эффектом свыше 180 тыс. долл. США в год;
- Алгоритм управления процессом нейтрального выщелачивания
цинковых огарков в аппаратах кипящего слоя принят Алматинским ПКБ АСУ
для включения его в состав специального математического обеспечения ACV
Г11КС завода "Укрцинк";
- Технология переработки свинцовых шламов в низкотемпературной
плазме прошла полупромышлешше испытания на Жезказганском
медьзаводе, ожидаемый годовой эффект составил около 500 тыс. долл. США е
год;
Автоматизированная полупромышленная технология обжиге
коттрельной пыли внедрена на Балхашском медьзаводе;
- Технология переработки свинцовых пылей 3-их полей СЭФ е
низкотемпературной плазме прошла полупромышленные испытания на РГП
"Жезказганредмет", ожидаемый экономический эффект - 220 тыс. долл. США в
год;
Система транспортировки агрессивных жидкостей с кислотостойкими центробежными насосами, внедренна на РГП "Жезказганредмет", с экономическим эффектом 42 тыс. долл. США в год;
Интеллектуальная система функционально-стоимостного анализа (ИС ФСА) применения низкотемпературной плазмы в цветной металлургии передана в научно-исследовательскую лабораторию энергообмена Алма-
тинского энергетического института для проведения анализа сырьевых ресурсов Казахстана на предмет целесообразности переработки их в плазме;
В КазНТУ включены в учебный план специальности 3603 дисциплины: "Основы инженерного творчества" и "Системы управления с искусственным интеллектом" - рабочие планы которых основаны на результатах исследований, полученных в диссертации;
В УІІАТвузе при КазНТУ в учебный план специальности: "Автоматизация технико-экономических процессов" включена дисциплина: "Экспертные системы", в рабочей программе которой использованы некоторые результаты (в частности методика проведения ФСА, модели принятия решений и т.п.), полученные автором при работе над диссертацией;
- Результаты исследований, полученные в диссертации, используются в
ряде учебных пособий автора, курсовом и дипломном проектировании, при
проведении практических, самостоятельных, лабораторных занятий и НИРС.
Связь темы диссертации с государственными программами н с планом работы института.
В качестве ответисполнителя темы автор принимал участие в создании головного образца автоматизированного гидрометаллургического це>а Константиновского завода "Укрцинк", выполнявшейся МИСиС в соответствии с целевой комплексной научно-технической программой ОЦ. 024, задание 01.22 (Постановление ГКНТ и Госплана СССР Ы476-ГК/429-П1 ст 12.12.80). В качестве исполнителя темы, выполнявшейся КазПТИ в соответствии с целевой комплексной программой ОЦ 026, принимал в 1981-8 г.г. участие в НИР: "Создание и внедрение АТК на медьзаводе ДГМК". 3 качестве руководителя темы: "Основные принципы и методолога применения низкотемпературной плазмы для пиро- и гидрометаллургическіх гтроговодств цветной металлургии Казахстана", в 1993-96 г.г. принимав участие в целевой комплексной программе МН-АН РК:"Физико-химическк процессы и механизмы переноса низкотемпературной плазмы в многофазньх :редах". По заданию Фонда науки РК в качестве научного руководителя в 1994-97 г.г. выполняет НИР: "Теория, методы и средства создания новьх штоматизированных технологий в цветной металлургии". С 1997 года в качестве руководителя темы выполняет хоздоговорно НИР: "Исследоваше поведения осмия при переработки свинцовых пылей и шламов в низкотемпературной плазме". В 1997 году по заданию НЦ КПМС Р участвует в разработке методов расчета новой гидрометаллургической технологии переработки полидисперсного сырья в кипящем слое. Автор бьп гаучным руководителем ряда х/д тем по внедрению изобретений, гс зошедших в план работы института и выполнявшийся в частном порядке.
Апробация работы. Основное содержашіе работы и ее отдельное положения докладывались и были одобрены на Краевой конференции: 'Применение экономико-математических методов и ЭВМ в АСУ" (?. Красноярск, 1979 г.); Республиканском совещании: "Автоматический контроль
и управление в цветной металлургии" (г. Ташкент, 1982 г.); V Всесоюзной конференции по строению и свойствам металлургических и шлаковых расплавов (г.Свердловск, 1983 г.); Краевой конференции: "Совершенствование технологии производства цветных металлов" (г.Красноярск, 1986 г.); VI Всесоюзной конференции по строению и свойствам расплавов (г. Свердловск, 1986 г.); региональной конференции молодых ученых (г. Рудный, 1988 г.); XXIII научно-методической конференции КазПТИ (г. Алматы, 1993 г.); Международной научно-практической конференции "Рынок и высшее образование" (г.Алматы,1993 г.); Международном научно-проктическом семинаре /'Средства автоматизации" (г.Минск, 1994 г.); IV Всероссийской конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии" (г..Ярославль,1994г.); Юбилейной научно-технической конференции КазНТУ: "Актуальные вопросы совремешюй науки и техники" (г. Алматы, 1994 г.); Юбилейной научно-технической конференции КазНТУ: "Актуальные вопросы преподавашш гумунитарных дисциплин в техническом универсигете" (г. Алматы, 1994 г.); Юбилейной научно-технической конференции АЭИ "Энергетика, связь и высшее образование в современных условиях" (Алматы, 1994г.); Международной научно-практической конференции: "Состояние разработки и проблемы внедрения прогрессивных технологий добычи и переработки рудного сырья" ( Алматы, 1995 г.); Республиканской научно-методической конференции:"Актуальные проблемы высшей школы"(Алматы, 1996г.); Международной научно-практической конференции: "Современные проблемы информатики, управления и создания информационных технологий и - систем" (Алматы, 1997 г.); Первом международном конгрессе: «Экологическая методология возрождения человека и планеты Земля» (Алматы, 1997 г.); Республиканской научно-практической конференции: "Актуальные проблемы высшей школы в современных условиях" (Петропавловск, 1997 г.); Республиканской межвузовской научно-методической конференции: «Новые технологии обучения и контроля знаний студентов» (Алматы, 1997 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 60 научных работ, получено семнадцать авторских свидетельств СССР и пять патентов РК. подготовлено восемь отчетов по научно-исследовательской работе, зарегистрированных в КазГОСИНТИ.
Обьем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шесть глав и заключения, содержит 46 рисунка и 10 таблиц, список литературы и: 209 наименований и 13 приложений (всего 325 страниц).