Введение к работе
Актуальность темы. Современное промышленное производство выдвигает новые требования к системам управления многостадийными производствами. Эти требования обусловлены внедрением новых приоритетных направлений, определенных государственной политикой в России. Одно из таких направлений - развитие информационно-телекоммуникационных технологий, которые являются неотъемлемой частью автоматизированных систем управления (АСУ) производством крупных промышленных предприятий. Использование новых модулей АСУ для многостадийных производственных процессов способствует повышению эффективности функционирования агрегатов и обеспечивает снижение доли продукции пониженного качества.
Многостадийная технология получения непрерывнолитой заготовки, с точки зрения управления, является сложным объектом. Для таких технологий необходима система, позволяющая в режиме реального времени выполнять мониторинг качества получаемой продукции и обеспечивающая интеллектуальную поддержку принятия решений при управлении производством.
При разработке и внедрении новых модулей, дополняющих существующие АСУ производства, появляется необходимость использования графической информации, получаемой в ходе оценки качества готовой продукции и полуфабрикатов.
В области теории и практики использования графической информации и принятия решений в условиях АСУ производств накоплен значительный положительный опыт. Вопросы получения, обработки и сегментации изображений отражены в трудах зарубежных и российских исследователей. Труды Гонсалеса Р., Вудса Р., Шапиро Л., Стокмана Дж. и других определили развитие математической теории в области улучшения и сегментации графической информации. В области принятия решений на основе древовидных структур можно отметить труды Quinlan J.R., Janikow C.Z., Hastie T., Tibshirani R., Friedman J., Берестневой О.Г. и других. В области практического использования теории нечетких множеств и нечеткой логики следует выделить труды Zadeh L.A., Esposito F., Malebra D., Semeraro G., Дюличевой Ю.Ю. и других.
Однако, несмотря на проведенные исследования и значительное число публикаций в области АСУ производства непрерывнолитой заготовки, остаются актуальными следующие проблемы:
отсутствие автоматизированных систем, позволяющих обеспечить контроль за технологическими процессами, входящими в технологическую цепочку, на основе информации о качестве выпускаемой продукции;
отсутствие методик сбора и обработки графической информации о качестве металлургической продукции по низкоконтрастным изображениям с элементами нерегулярной формы;
отсутствие пакетов прикладных программ для интеллектуальной поддержки принятия решений в АСУ многостадийным производством, построенных на основе адаптивных нечетких деревьев с динамической структурой, учитывающих значения атрибутивных признаков качества получаемой продукции.
Цель работы - сокращение доли непрерывнолитой заготовки пониженного качества при использовании автоматизированной системы интеллектуальной поддержки процессов управления многостадийным производством, построенной на основе адаптивных нечетких деревьев с динамической структурой.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
теоретико-информационный анализ АСУ производством непрерывнолитых заготовок для определения источников, способов получения и методов обработки графической информации;
разработка математического обеспечения для анализатора качества непрерывнолитой заготовки, включающего формализованное описание границ областей на изображении темплета, алгоритмы улучшения и сегментации изображения темплетов, нечеткую древовидную структуру классификации дефектов заготовки по качественным и количественным характеристикам объектов нерегулярной формы;
разработка математического и программного обеспечения для модуля принятия решений о коррекции заданий технологических процессов в условиях функционирования автоматизированной системы интеллектуальной поддержки управления многостадийным производством непрерывнолитой заготовки на основе адаптивного нечеткого дерева с динамической структурой;
разработка организационно-технических решений для эксплуатации автоматизированной системы интеллектуальной поддержки управления производством непрерывнолитой заготовки, включающих организацию рабочих мест технологов, выбор аппаратной платформы для функционирования программного анализатора, оценку предполагаемой экономической эффективности функционирования разработанных модулей.
Объект исследования - АСУ производством качества непрерывнолитой заготовки, получаемой при многостадийной организации металлургического производства.
Предмет исследования - информационное, математическое и программное обеспечение системы управления производством непрерывнолитой заготовки, включающее математическое описание графической информации, адаптивные нечеткие деревья с динамической структурой для интеллектуальной поддержки принятия решений об оперативной коррекции управляющих воздействий.
Научную новизну составляют:
-
-
математическое описание низкоконтрастного изображения, включающее формализованное описание границ областей на изображении темплета, методику улучшения и сегментации изображения темплетов, нечеткую древовидную структуру классификации дефектов заготовки по качественным и количественным характеристикам объектов нерегулярной формы;
-
структура автоматизированной системы интеллектуальной поддержки процессов управления многостадийным производством, отличающаяся от ранее используемой наличием новой информационной связи о качестве получаемой заготовки;
-
методика принятия решения для коррекции управляющего воздействия на каждой стадии производства непрерывнолитой заготовки, построенная с использованием адаптивного нечеткого дерева с динамической структурой.
Практическая значимость работы заключается в разработке алгоритмов и программных модулей, обеспечивающих информационную связь с учетом оценки качества непрерывнолитой заготовки прямоугольного и квадратного сечения. Программные модули опробованы в ИТЦ «Аусферр» и ЗАО «Консом», лаборатории физико-механических и металлографических испытаний толстолистового и сортового проката ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
Новизна и значимость технических решений подтверждены свидетельствами о государственной регистрации программ для ЭВМ. Научные аспекты исследований нашли отражение в учебно-методическом материале и используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2012 гг. по государственным контрактам П2402 от 18.11.2009 г., при финансовой поддержке грантов Правительства Челябинской области (2011 и 2012 гг.) и ректора ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
Основные положения, выносимые на защиту:
-
-
-
функциональные модели производства непрерывнолитой заготовки, полученные в ходе проведения теоретико-информационного анализа, отображающие структуру управления, позволяющие выполнить построение методики сбора и подготовки информации для автоматизированной системы интеллектуальной поддержки;
-
математическое описание низкоконтрастного изображения образца и методика классификации элементов нерегулярной формы изображения, построенной на основе леса нечетких деревьев, позволяющая снизить влияние человеческого фактора в системе экспертной оценки качества заготовки;
-
структура автоматизированной системы интеллектуальной поддержки процессов управления многостадийным производством, позволяющая использовать существующую программно-техническую базу АСУ производства и внедрить в нее систему мониторинга качества получаемой продукции;
-
программные модули для классификации дефектов непрерывнолитой заготовки, построенные на основе адаптивных нечетких деревьев с динамической структурой, позволяющие повысить достоверность экспертной информации, поступающей в систему управления производством, достоверность принятия решения о коррекции управляющего воздействия в технологической цепочке производства непрерывнолитой заготовки.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на международных научных конференциях «Инженерная поддержка инновации и модернизации» (Екатеринбург, 2010, 2012); «Перспективы развития информационных технологий» (Новосибирск, 2011); «Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и социальной сферах» (Магнитогорск, 2011); «Современные металлические материалы и технологии» (Санкт-Петербург, 2011); «Проблеми інформатики i моделювання» (Украина, Харьков, 2011, 2012); «Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье (MicroCAD-2012)» (Украина, Харьков, 2012); «International Conference on Applied Physics and Mathematics» (Индия, Ченнаи, 2011, 2012); «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике» (Санкт- Петербург, 2012); «Теория и практика тепловых процессов в металлургии» (Екатеринбург, 2012); «ГрафиКон'2012» (Москва, 2012); «The 2nd International Conference on Electronics, Communications and Control» (Китай, Чжоушань 2012).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 6 статей в изданиях из Перечня ВАК, глава в коллективной монографии, 11 статей в зарубежных изданиях, 9 статей в сборниках научных трудов и материалах международных и региональной научных конференций, 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 170 страницах, в том числе: основной текст на 130 страницах, 18 таблиц, 105 рисунков, библиографический список из 117 наименований на 14 страницах, приложения на 26 страницах.
Похожие диссертации на Автоматизированная система интеллектуальной поддержки процессов управления производством непрерывнолитой заготовки
-
-
-
