Введение к работе
Актуальность проблемы." На пути интенсификации многоуровневых производственных систем (ШС) существенное значение придается создания и внедрению интегрированных АСУ (ИАСУ). З повьппеїши оффєк -тивности таких систем важная роль отводится оптимизационным задачам, среди которых центральное место занимают взаимосвязанные задачи перспективного, текущего, оперативного планирования и управления основным производством. Последние задачи с учётом реальных ситуаций являются динамическими, распределенными некоторым обра -зом по уровням иерархии, вырэненным как в технологической струк -туре,так и во времени. Во взаимосвязи они составляют задачу многоуровневого календарного планирования и управления (КПУ) ШС. Экономический эффект, получаемый от внедрения этих задач, во многом зависит от качества используемых моделей и эффективности алгоритмов их анализа.
3 существующей практике планирования и управления и в создаваемых АСУ производством на верхних уровнях широко используют детерминированные балансовые модели, построенные на базе технологических коэффициентов (ТК) - коэффициентов выпуска и затрат (KB и КЗ),а на нижних уровнях - регрессионные модели, построенные на базе режимных параметров. Однако известные модели недостаточно учитывают возможности варьирования ТК, многовариантности решаемых задач КПУ, поражцаемке наличием ситуационных параметров,характеристики и характер нестяционарности объектов отдельных уровней ШС и крайне недостаточно учитывают специфические и структурные особенности последних, их межуровневые связи, характер неопределенности в прогнозе контролируемых возмущений и исходной информации, осо -бенности человека, участвующего в принятии решений, и др. По ука -заиным причинам известны модели имеют низкое качество и поэтому решения, принятые на базе этих моделей, либо плохо реализуются, либо вовсе нереэлиэуются, что приводит к большим экономическим потерям.
Известные алгоритмы статической и динамической оптимизации разработаны для решения задач оптимального планирования и управления объектами отдельных уровней ШС и недостаточло учитывают особенности моделей КПУ последних и требования АСУ, и поэтому часто оказываются малоэффективными.
В связи со сказанным проблема систематизации и обобщения из-
_ 4 -
вестных результатов и разработки на их основе качественных коде -лей, высокоэффективных алгоритмов и иерархических структур многоуровневого ШУ ШС особенно при переменных ТК (НТК) представляется актуальной. Предлагаемая диссертация посвящена исследованию данной проблемы,представляющей интерес как в теоретическом, так и в прикладном аспектах.
Для.решения проблемы в последние годы сложились определенные предпосылки. Здесь следует указать на развитие в трудах A.Id.Алек» сеева, Ы.Аоики, Б.Н.Буркова, В.И.Глушкова, А.А.Воронова, Л.С.Лес-. дона, К.В.Меерсва, М.Ыесаровича, Б.С.Михалевича, Н.Н.Моисеева, А.А.Первозванского, Л.Г.Плискина, И.О.Пирсона, Д.А.Поспелова, Г.С.Поспелова,Д.И,Розоноера и др. принципов и методов моделирования и оптимизации больших систем; В.А.Булавского, Ф.Вульфа.Р.Габа-сова, Е.Г.Гольштейка, Дж.Данцига, Ю.Г.Евтушенко, Ю.М.Ермольева, Ю.П.йвакилова, В.Ф.Кротова, Г.И.Островского, И.І.І.Макарова,Н.К.Моисеева, А.И.Пропоя, А.А.Первозванского, Б.Н.Пшеничного,Н.З.Шора и др.методов декомпозиции и решения однокритериальных сложных оптимизационных задач; Ы.А.Айзермана, Р.Бенайюна, В.Л.Золкозича, Ю.Б.Гермейерэ,С.В.Емельянова,О.И.Ларичева,М.Е.Салуквадзе,М. М.Соболя, К.Б.Стюэра и др.принципов и методов многокритериальной оптимизации и принятия решений; Ю.М.Ермольева,А.И.ішшіинского,А.И.Пропоя,3.С Пугачёва, Я.З.Цшікина, Д.Б.Юдина.А.И-Ястремского и др.методов оптимизации в условиях риска и неопределенности.
Цель работы. Целью диссертационной работы является решение проблемы построения качественных моделей и эффективных алгоритмов оптимального планирования и управления ШС с непрерывкой технологией.
Поставленная цель предусматривает решение следующих научно-практических задач:
параметрической и многокритериальной структурной идентификации ТЭ ШС;
разработки типовых одноуровневых и многоуровневых моделей оптимального планирования и управления производством и эффективных алгоритмов их декомпозиции;
многокритериального интерактивного ситуационного планирования и управления производством;
разработка и реализация программных средств оптимального планирования и управления производством.
Методы исследования.Исследования проведены с использованием
методов теории вероятностей и математической статистики,математического программирования,оптимального управления, векторной опти-' мизации, имитационного моделирования, теории игр, выбора и нечеткого множества, декомпозиции, агрегирования и экспертных оценок.
Научная новизна. Реиена важная научная проблема,связанная с разработкой методологических основ, новых методов моделирования, оптимального планирования и управления в ИАСУ MIC при варьируемых ТК и графиках ремонта оборудования с учётом специфических и структурных особенностей объектов, взаимосвязей задач различных уров -ней,характера исходной информации, ограниченности времени принятия решений и ресурсов ЭВМ, выделенных для анализа каждой задачи,человеческого фактора и г.д. На базе полученных теоретических результатов предложены практические основы создания иерархических структур интерактивного КПУ. При этом получены следующие основные научные результаты:
разработаны общая структура МПС и новые принципы и методы построения детерминированных, стохастических и нечетких моделей её типовых элементов (ТЭ) и областей управляемости ПТК. Предложен метсд двухстадийного моделирования ТЭ и доказано его преимущество перед известными методами;
разработаны общие структуры двух классов моделей /V -блочного наиболее вероятного,гарантированного и смешанного и К*/-блочного (І? < /V ) смешанного КПУ МПС при ПТК и варьируемых графиках ремонта оборудования. Получен ряд утверждений, на основе которых разработаны алгоритмы агрегирования и оценки параметров этих мо -делей. Разработанные структуры являются обшими также в классе моделей КПУ при фиксированных ТК (ФТК) и из этих структур в частном случае получаются все известные модели КПУ и общеизвестная модель двухблочного оптимального планирования. Проведен сравнительный анализ вычислительных аспектов двух разработанных структур моделей;
на основе теории информации введены новые характеристические показатели многоуровневых децентрализованных систем управления и получены формулы их количественной оценки;
разработан комплекс процедур анализа и дооптимизационного сокращения размерностей моделей КПУ, выявления нереализуемых ограничений и узких мест и корректировки несовместных ограничений;
разработаны новые методы и модифицированные алгоритмы декомпозиции одноуровневых и многоуровневых детерминированных и сто-
- б -
хаотических моделей как при скалярном, так к при векторном критериях. Выполнено исследование и обоснован выбор стратегии изменения величины шага в направлении градиента в итерационных алгоритмах. Проведен сравнительный анализ вычислительных аспектов разработанных алгоритмов декомпозиции. Предложены иерархические структуры оптимального КПУ ЮС;
- разработаны новые принципы и методы построения интерактивных систем КПУ и ПЛЇЇ, реализующий алгоритмы формирования и анализа моделей, идентификации, оптимизации и принятия решений. 15 из моду лей разработанного пакета сданы в государственный и отраслевой фон ды алгоритмов и программ СССР.
Научное направление,развиваемое в работе. Совокупность проведенных исследований и полученные результаты являются теоретически обобщением и репением крупной научной проблемы - разработка методі логически основ,принципов,методов и алгоритмов 'моделирования,оптимизации и принятия решений и создание на их основе иерархически: структур одноцелевого и многоцелевого КПУ з ЮС с непрерывным ха рактером производства при варьируемых ТХ и графиках ремонта обору дования,имеющей важное народнохозяйственное значение.
Практическая ценность работы. Теоретические положения разработанных в диссертации принципов.методов,моделей,алгоритмов и структур оптимального КПУ ШС нашли свое воплощение в конкретных АСУ предприятиями,производствами и технологическими процессами,в частности, в ИАСУ ПО "Киямекамскнефтехим", АСУ ПО "Уренгойгаздобь ча", АСУ Ереванским ПО "Наирит" и Волгоградским ПО "Химпром",АСУ ТП дегидрирования этилбензола, производства дивинил-стирольного" каучука Сумгаитского завода СК и Спасской оросительной системы Куйбышевской области. Разработанные положения были использованы в разработке и внедрении подсистем планирования и управления основным производством в указанньрс АСУ.
Полученные результаты также были использованы при расчёте о тимальной годовой производственной программы с разбивкой по квар талам, месяцам и декадам для Сумгаитского П0"0ргсинтез" и Сумгаи ского завода СК.
Экономический эффект,получаемый от внедрения только подсист технико-экономического планирования ПО "Нижнекамскнефтехим", ПО "Уренгойгаздобыча", двух производств Волгоградского ПО "Химпром" Сумгаитского ПО "Оргсинтез".оптимального управления производстве этилбензола, и водораспределения составляет более 1,5миллиона рус
лей в год.
Кроме того, применение разработанных процедур анализа и до-оптимизационного сокращения размерностей моделей КПУ и алгоритмов декомпозиции последних способствует резкому сокращению ресурсов ЭВМ. Это создает реальное условие для использования при разработке АСУ маломощных мини- и микро- ЭВМ и таким образом позволяет резко сократить затраты на её создание и внедрение.
Многие из разработанных алгоритмов и программ сданы в государственный и отраслевой фонды алгоритмов и программ СССР, что создает реальные возможности для их широкого тиражирования и использования другими разработчиками и организациями.
Связь темы с планом научных работ. Диссертационная работа вы
полнена в соответствии с тематическим планом НИШнефтехимавтомат
№ Гос.регистрации тем: 01830003156, СІ830054452, 42532514,
7707030337, 6303.5486, 700372СО, 72052173, 70037195, 7306039,
7402712, 760І4ІІ2, 81069292), вытекающим из Постановлений ЦК IfflCC
и СМ СССР $ 682 от 22.07.80г. Г 396 от 22.05.80г.; координацион
ных планов по проблемам О.Ц.034. ОД.026, утверждённых Постанов
лениями ГКНТ СССР и Госплана СССР соответственно № 515/271 от
29.12.81г., К' 766/133 от 30.12.83г.; постановлениями ГКНТ СССР
№ 400 от 15.10.70 и )Г 542 от 17.12.75г. и плана важнейших рэбот
Минприбора СССР. . t .
В рамках тем » 1581-17; I5SI-9I/940; 1581-48, которые проводились по хоздоговорам соответственно с Ереванским ПО "Наирит", Сумгаитским ПО "Оргсинтез", Волгоградским ПО "Химпром" и по договору о содружестве с Сумгаитским заводом СК.
Автор в первых трех темах был ответственным исполнителем, а в остальных - научным руководителем.
Апробация работы: Основные положения проведенных исследований и результаты внедрения доложены на:
Всесоюзном научно-техническом совещании "Вопросы создания автоматизированных систем управления предприятиями химической про -мышленности в 1972-1975 годах"(Чернигов, 1972); Всесоюзном сове -щании по автоматизации нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности (Баку, 1971); Всесоюзном научно-техническом совещании "Основы разработки и создания «СУП в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности"(Москва,1973); Всесоюзной научно-технической конференции по разработке систем математического обеспечения АСУ (Ташкент,1973); научно-технической
-є -
конференции "Автоматизация в нефтепереработке и нефтехимии" (Сыск,1973); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Создание автоматизированных систем управления .технологическими процессами и предприятиями нефтедобывающей,промышленности" (Сумгаит,1973); Всесоюзном научно-техническом совещании по автоматизации технологи -ческкх процессов в химической промышленности (Северодонецк,1974); Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизированные системы управления технологическими процессами" (Киев,1974); Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Алгоритмическое обеспечение систем управления производственными процессами" (Алма-Ата, 1974); Всесоюзной научно-технической конфереіщии "Опыт разработки,перспективы развития и внедрения АСУ в нефтяной и нефтехимической промышленности" (Сумгаит,1977); Всесоюзном научно-техничзском совещании "Опыт создания и внедрения автоматизированных и автоматических скс тем управления" (Фручзе, 1977); 7-м Всесоюзном совещании по пробле мам управления {Минск,1977); Всесоюзной научно-технической конфе -ренцкк "Теория систем и разработка АСУ" (Дилинан,1979); Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы математического,програм -много и информационного обеспечения АСУ технологическими процессами" (Черновцы,1979); Всесоюзной конференции "Использование мєтодое оптимизации в текущем планировании И оперативном управлении производством" (Москва,1979); Научно-технической конференции "Синтез и проектирование многоуровневых систем управления производством" (Барнаул,І98С); Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы создания и опыт внедрения автоматизированных систем управления нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической цромыылен -нести (Сумгаит,1980); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Информационное обеспечение организационно-технологических автоматизированных систем управления" (Смок,I960); IX Всесоюзном научно-техническом совещании "Создание и внедрение автоматизированных систем управления непрерывными и дискрет;ю-непрерыьными технологи ческими процессами" (Ивано-Франковск,I960); Всесоюзной научно-тех нической конференции "Разработка и внедрение автоматизированных систем управления производственными объединениями и предприятиями (АСУЛ) в химической промышленности" (Москва,I9S0); Всесоюзном совещании "Оптимизационные задачи в автоматизированных системах управления" (Нальчик,1981); Советско-Италышском семинаре по теории иерархических структур (Москва,1933); Республиканском семинаре пс интегрированным автоматизированньгм системам проектирования з хими
ческой технологии (Киев,1983); П Всесоюзной конференции по статистическому и дискретному анализу нечисловой информации и экспертным сценкам (Таллин,1984); У Всесоюзном совещании по управлению многосвязашшми системами (Тбилиси,1934);У Всесоюзной конференции "Математические методы в химии" (Грозный,1965);Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам создания и опыта внедрения автоматизированных систем управления в нефтяной, газовой промыиленности и развитие геофизического приборостроения (Сумгаит, 1985); П Всесоюзной конференции по методам кибернетики химико-технологических процессов (Баку,1987);Всесоюзной научно-технической конференции по микропроцессорным комплексам для управления технологическими процессами (Грозный,1987);У1 Всесоюзной конференции "Математические методы в химии"(Новочеркаеск,1989); XI Всесоюзном совещании по проблемам управления (Ташкент,1969).
Публикация. Основное содержание работы освещено в 81 публикациях,в том числе 48 статьях, 32 тезисах докладов и одной монографии.
Структура диссертации и объём. Диссертация состоит из введения,трех частей,включающих 7 глав,заключения,списка использованной литературы,приложения и актов внедрения результатов. Объём работы 277 страниц машинописного текста, 22 иллюстраций, 22 таблиц, 326 литературных источников.
