Введение к работе
-3-
Актуальность проблемы. Обеспечение качества проката представляет собой стратегическую цель развития металлургического производства, являющегося основой государственной промышленности. Решение данной проблемы базируется на методах математического моделирования и автоматизированного управления. Применяемые в настоящее время математические модели, построенные методами регрессионного анализа и используемые в качестве квазиде-терминировагшой основы для управления качеством, недостаточно адекватно отражают реальную ситуацию. Производственные процессы более адекватно описываются с использованием стохастического подхода, так как по своей природе являются случайными процессами из-за недостаточности информации о происходящих в металле превращениях, ошибок, возникающих при измерениях данных о процессе и отработке управляющих воздействий. Таким образом, представляется целесообразной разработка системы управления качеством проката с учетом реальной стохастической природы объекта управления, что позволит повысить качество управления и снизить долю бракованной и беззаказной продукции.
Целью работы является разработка системы управления качеством проката с учетом случайной связи распределений технологических факторов и свойств, позволяющей с заданной вероятностью формировать технологию производства продукта с необходимыми для потребителя свойствами. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:
-разработка моделей, адекватно описывающих взаимосвязь технологических факторов и характеристик качества с учетом стохастической природы объекта, пригодных для решения задач управления качеством продукции;
-разработка эффективных методов синтеза стохастических моделей технологии и свойств, идентификации их параметров и адаптации системы;
-разработка методов определения диапазонов значений технологических факторов, обеспечивающих с заданной вероятностью требуемые значения показателей качества;
-разработка алгоритмов решения задач моделирования и управления с учетом стохастической природы объекта;
-разработка структуры системы управления качеством проката;
-разработка средств программной поддержки системы управления качеством проката;
-реализация системы на ЭВМ, проверка ее эффективности на массиве реальных производственных данных.
Научная новизна результатов диссертационной работы:
Для описания связи свойств проката и технологии производства с учетом случайного характера значений свойств и технологических факторов предложено в математической модели определять соответствия между законами распределения, а не между значениями факторов и откликов, разработана методика построения такой модели и средства ее программной поддержки.
Сформулирована задача управления качеством проката с учетом стохастического характера связи между свойствами продукции и технологией производства, определены вид и способ формального представления ограничений на область определения задачи, критерии оптимальности и методы решения.
Определены методы и разработана программная поддержка идентификации законов распределения значений характеристик качества и технологических факторов по эмпирической информации, снимаемой с технологического процесса.
Разработаны и реализованы принципы построения автоматизированной системы, обеспечивающей такое управление технологией, при котором гарантируется получение требуемых свойств продукции с заданной вероятностью.
Практическая значимость работы. Разработанные в диссертации принципы позволяют синтезировать системы, обеспечивающие с заданной вероятностью получение продукта данного качества при данных распределениях технологических величин, и, в конечном итоге, решать задачу управления многоэтапными технологическими процессами с учетом действительного стохастического характера значений технологических факторов и показателей качества. В итоге повышается предсказуемость результатов производства, качество управления технологическим процессом и гарантируемость придания продукции заданных свойств. Разработан программный комплекс, реализующий решение задач построения и идентификации моделей объекта со стохастической связью входа и выхода, прогноза значений выходных величин по входным и расчета управляющих воздействий таким процессом с учетом особенностей, вносимых нечеткостью моделей и ошибками измерений. Программный комплекс может быть использован в производстве для исследования влияния входных величин на выходные в случае их стохастической связи, для синтеза систем управления технологическими процессами такого типа; в учебном процессе -для изучения вопросов идентификации и управления сложными объектами.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в виде пакета прикладных программ, внедрены в учебный процесс на кафедре АСУ ЛГТУ в рамках лабораторного практикума, использовались в научных исследованиях по хоздоговорной НИР по теме 9163 «Разработка пакета программ для выбора рациональной технологии производства проката с целью ее совершенствования» (1991г., номер госрегистрации 01.92.0008836, руководитель д.т.н. Кузнецов Л. А.), госбюджетной НИР «Исследование и разработка новых информационных технологий для САПР многоэтапных производств продукции с наследственным механизмом формирования ее свойств» (1991-1995 гг., номер
госрегистрации 01.92.0006421, руководитель д.т.н. Кузнецов Л. А.); использовались при создании системы автоматизированного проектирования сквозной технологии производства листовой продукции, которая представлялась в 1991 году в экспозиции павильона «Металлургия» ВДНХ СССР в тематической выставке «Научно-технический прогресс в черной и цветной металлургии», где была удостоена серебряной медали.
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Автоматизация информационных и производственных процессов» (Куйбышев, 1989); на областной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Липецкой области» (Липецк, 1993); доклад с положениями научных исследований был представлен на международной конференции «Tenth International Conference on Systems Engineering» (Великобритания, Ковентри, 1994).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из девяти частей, в том числе введения, пяти содержательных разделов, заключения, библиографического списка из 133 наименований, 5 приложений и содержит 119 страниц машинописного текста, а также 8 рисунков, 18 таблиц - всего 208 страниц.