Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния разработок в сфере автоматизации вращающихся цементных печей 13
1.1. Анализ вращающейся цементной печи как объекта автоматизации 13
1.2. Исследование подходов к моделированию сложных технологических процессов 27
1.3. Постановка цели и задач исследования 35
2. Модифицированная методика построения автоматизированных систем управления сложными технологическими процессами на базе нечетких диаграмм поведения узлов второго ранга 37
2.1. Модификация методики построения автоматизированных систем управления сложными технологическими процессами на базе нечетких диаграмм поведения узлов первого ранга 37
2.2. Получение новых моделей изменения технологических переменных цементной печи 47
2.3. Модели технологических узлов «Температура материала в зоне сушки» и «Температура вторичного воздуха» 58
2.4. Модели технологических узлов «Концентрация кислорода в отходящих газах» и «Гранулометрический состав клинкера» 66
2.5. Модель технологического узла «Температура отходящих газов» 73
2.6. Выводы 78
3. Разработка модели процесса обжига клинкера на основе нечетких диаграмм поведения второго ранга 80
3.1. Формализация взаимодействия узлов цементной печи в виде нечетких диаграмм второго ранга и выявление межузловых взаимосвязей 80
3.2. Построение укрупненных моделей технологических узлов 90
3.3. Создание модели процесса обжига клинкера на основе совокупности взаимодействующих узлов 92
3.4. Получение продукционных правил новой конструкции «ЧТОБЫ-ПРИ НУЖНО» 94
3.5. Выводы 100
4. Программная реализация полученных моделей и создание советующей системы управления цементной печью 101
4.1. Разработка структуры автоматизированной советующей системы управления цементной печью 101
4.2. Реализация алгоритмов автоматизированной советующей системы управления цементной печью 103
4.2.1. Блок обработки входных данных 103
4.2.2. Логический блок 105
4.2.3. Описание интерфейса советующей системы управления цементной печью 108
4.3. Тестирование и проверка адекватности полученных моделей и программного средства 110
4.3.1. Методы математической статистики для оценки адекватности моделей технологических переменных 110
4.3.2. Оценка адекватности с использованием коэффициента ранговой корреляции Спирмена 112
4.3.3. Опытно-промышленные испытания советующей системы управления цементной печью №1 ЗАО «Осколцемент» 116
4.4. Выводы 118
Основные выводы и результаты работы 120
Список литературы 122
Приложение А. Акт опытно-промышленных испытаний 137
Приложение Б. Акт внедрения в учебный процесс 138
Приложение В. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 139
Приложение Г. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 140
Приложение Д. Фрагмент листинга программы советующей системы управления цементной печью 141
- Исследование подходов к моделированию сложных технологических процессов
- Модели технологических узлов «Температура материала в зоне сушки» и «Температура вторичного воздуха»
- Получение продукционных правил новой конструкции «ЧТОБЫ-ПРИ НУЖНО»
- Оценка адекватности с использованием коэффициента ранговой корреляции Спирмена
Введение к работе
Актуальность. Цементная промышленность является важнейшей
отраслью производства строительных материалов. Цемент – один из главных компонентов строительных материалов и находит широкое применение при производстве бетона, железобетона, в асбестоцементной, нефтедобывающей и других отраслях промышленности. Свойства цемента позволяют на его основе создавать специальные конструкции – различные строительные блоки, панели, элементы фундаментов, плиты, балки и многие другие изделия, которые требуются при возведении промышленных объектов, строительстве зданий, сооружений.
За последние десятилетия объем мирового производства цемента
неизменно растет, что отражает позитивные изменения спроса в странах с
развивающейся экономикой. В цементной промышленности России
функционирует 63 цементных предприятия, в числе которых 57 заводов полного цикла производства, из них 20 заводов сухого способа. Линиями мокрого способа оснащено 31 предприятие, преимущественно с печами длиной 185 и 170 м. Как видно, несмотря на растущую с каждым годом долю производства цемента по энергосберегающим технологиям, в частности сухому и комбинированному способу, мокрый же способ производства по-прежнему остается ведущим и превышает половину объема от общего выпуска цемента.
Но при этом заводы, работающие по мокрому способу, остро нуждаются в проведении мероприятий по модернизации с целью повышения уровня автоматизации, оптимизации производственных и сопутствующих затрат для поддержания конкурентоспособности на рынке цемента, поскольку проблема автоматизации процесса обжига клинкера остается по-прежнему не разрешенной. Одним из таких путей является совершенствование систем и способов управления производственными и вспомогательными процессами.
Ошибки управления непосредственно сказываются на режимах работы оборудования, что отрицательным образом влияет на качество цемента и технико-экономические показатели производства, приводя к повышению себестоимости продукции.
Не решена задача создания системы управления, которая бы позволила комплексно управлять процессом обжига клинкера, чтобы добиться большей стабильности и производительности, снизить влияние человеческого фактора.
Предлагаемая диссертационная работа посвящена решению этой актуальной задачи.
Объектом исследования является система автоматизации
технологического процесса обжига клинкера во вращающейся цементной печи, работающей по мокрому способу производства.
Предмет исследования составляют модели, алгоритмы и методы автоматизированного управления процессом обжига клинкера во вращающейся печи.
Цель работы – обеспечить повышение эффективности работы вращающейся цементной печи, работающей по мокрому способу производства, за счет применения советующей системы управления на основе нечетких диаграмм поведения узлов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
-
Модифицировать методику построения автоматизированных систем управления сложными технологическими процессами на базе нечетких диаграмм поведения узлов первого ранга.
-
Выявить значимые технологические переменные (узлы) вращающейся печи, построить их модели в виде нечетких диаграмм второго ранга и формализовать взаимодействие технологических узлов.
-
Сформировать продукционные правила новой конструкции «ЧТОБЫ-ПРИ-НУЖНО».
-
Создать модель процесса обжига цементного клинкера и разработать структуру советующей системы управления вращающейся печью.
-
Создать автоматизированную советующую систему управления вращающейся цементной печью на основе нечетких диаграмм поведения ее узлов второго ранга в виде программного продукта.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы методы теории автоматического управления, нечетких множеств, графов и систем логического управления, конечных автоматов и помеченных сетей Петри, математического моделирования, нечеткой логики, цифровой фильтрации и сглаживания, статистической обработки информации.
Достоверность обеспечивается корректностью и непротиворечивостью результатов работы положениям теории автоматического управления, методам нечеткой логики, подтверждается положительными результатами опытно-промышленных испытаний в условиях реального производства на ЗАО «Осколцемент».
Научную новизну работы составляют:
– модифицированная методика построения автоматизированных систем
управления сложными технологическими процессами, позволяющая
разрабатывать системы управления технологическим процессом обжига клинкера на основе нечетких диаграмм поведения узлов, отличительной особенностью которой является возможность построения моделей изменения технологических переменных в форме нечетких диаграмм поведения второго
ранга, обеспечивающих более высокий уровень детализации изменения
процесса;
– модели изменения технологических переменных в форме нечетких
диаграмм поведения второго ранга, отличающиеся от моделей в форме
нечетких диаграмм первого ранга возможностью описания характера
изменений переменной;
– формализованное представление процесса взаимодействия технологических
узлов вращающейся печи с учетом их взаимного влияния, позволяющее
сократить количество продукционных правил;
– модель процесса обжига клинкера на основе совокупности
взаимодействующих узлов, охватывающая больший объем информации о
технологическом процессе по сравнению с существующими аналогами;
– продукционные правила новой конструкции «ЧТОБЫ-ПРИ-НУЖНО»,
обладающие свойством учета цели в совокупности с дополнительными
сведениями о технологических условиях и параметрах объекта управления, что
существенно отличает их от традиционной формы «ЕСЛИ-ТО».
Практическая значимость работы заключается в:
– повышении эффективности процесса обжига клинкера (около 1 %) за счет
возможности выявления нарушений технологического цикла, в том числе
нештатных и аварийных ситуаций, что приводит к снижению количества
переводов вращающейся цементной печи на «тихие» и «средние» хода.
– программном продукте – советующей системе для конкретного
производства цементного клинкера;
– возможности использования разработанных алгоритмов и программных средств на других промышленных объектах, например, в химической и металлургической промышленности.
Внедрение результатов исследований:
– полученный программный продукт рекомендован к внедрению на ЗАО
«Осколцемент» (г. Старый Оскол);
– разработанные модели и алгоритмы внедрены в учебный процесс при
подготовке бакалавров и магистров по направлениям «Автоматизация
технологических процессов и производств» и «Управление в технических
системах».
На защиту выносятся:
– модифицированная методика проектирования и создания систем управления на основе нечетких диаграмм поведения второго ранга;
– модели изменения технологических узлов в форме нечетких диаграмм поведения второго ранга и формализация взаимодействия технологических
узлов;
– продукционные правила конструкции «ЧТОБЫ-ПРИ-НУЖНО»;
– модель процесса обжига в печи мокрого способа на основе совокупности
взаимоувязанных узлов и структура советующей системы управления;
– советующая система управления цементной печью на основе нечетких
диаграмм поведения ее узлов.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Диссертационные исследования соответствуют паспорту специальности
05.13.06 – «Автоматизация и управление технологическими процессами и
производствами» (строительство и ЖКХ) по областям исследования п. 4 –
«Теоретические основы и методы математического моделирования
организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация», п. 15 – «Теоретические основы, методы и алгоритмы интеллектуализации решения прикладных задач при построении АСУ широкого назначения (АСУТП, АСУП, АСТПП и др.)».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на X Всероссийской НПК с международным участием (Старый Оскол: 2013), на семинаре «Оптимизация технологических процессов помола сырья и цемента. Ресурсосбережение и стабилизация требуемого качества. Современные комплексы для упаковки и отгрузки цемента потребителям» (Старый Оскол: 2013), на юбилейной МНТК молодых ученых, посвященной 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород: 2014), на Региональной научно-практической конференции по программе «УМНИК» (Белгород: 2015), на семинаре «Опыт строительства новых цементных заводов. Проблемы и пути их решения» (Калуга: 2015), на МНТК «Математические методы в технике и технологиях» – ММТТ-29 (Санкт-Петербург: 2016), на МНПК «Наукоемкие технологии и инновации-XХII научные чтения» (Белгород: 2016), а также на ежегодных научно-практических семинарах кафедры «Техническая кибернетика» (2013 – 2017 гг.).
Связь работы с научно-исследовательскими и опытно-
конструкторскими работами и научно-техническими программами.
Диссертационная работа выполнена в рамках соглашения между БГТУ
им. В.Г. Шухова и ЗАО «Осколцемент» (г. Старый Оскол), гранта БГТУ
им. В.Г. Шухова Минобрнауки РФ по Программе стратегического развития
ГОУ ВПО 2012 – 2016 гг. (№ 2011-ПР-146), гранта РФФИ «Разработка
интеллектуальных систем управления сложными технологическими
процессами на основе советующих систем с техническим зрением» (проект №14-41-08016 «р_офи_м»), а также Государственного задания 2.1396.2017/ПЧ.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 24 работах (три научные статьи – в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ, три статьи – в изданиях, индексируемых SCOPUS и Web of Science). Получены два свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.
Личный вклад соискателя состоит в следующем:
Все разделы диссертационной работы написаны лично автором. Результаты исследований получены им самостоятельно, либо при его непосредственном участии.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы приложений. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, включающего 12 таблиц, 79 рисунков, список литературы из 139 наименований и приложения на 16 страницах.
Исследование подходов к моделированию сложных технологических процессов
Значительное количество различных факторов, которые изменяют протекающие во вращающейся печи процессы, в совокупности со сложными взаимосвязями, приводит к тому, что создание адекватной математической модели является затруднительной задачей. Отсутствие необходимого количества информации о характере функционирования объекта и протекающих в нем процессах, невозможность оценки уровня достоверности такой информации, сказывается на точности и адекватности построения модели при помощи традиционного математического аппарата. При этом большая часть информации, которая необходима для математического описания, существует в форме представления специалистов, работающих на объекте управления [5, 92, 93, 97].
Поскольку применение способа описания систем в виде дифференциальных уравнений не представляется возможным для вращающейся печи, работающей по мокрому способу, рассмотрим другие способы построения математических моделей для сложных технологических объектов [48, 89, 96].
При моделировании технологических процессов и алгоритмов управления широкое распространение получил математический аппарат сетей Петри (с учетом различных модификаций). Описание сети Петри формально задается в виде пятерки [57, 79]: N= P, T, I, O, M На рисунке 1.2 показано графическое представление Сети Петри.
С целью расширения области применения сетей Петри были получены различные модификации, с помощью которых значительно увеличился круг охватываемых задач [107]. Наиболее часто встречающиеся модификации сетей Петри [43, 64, 102, 109, ПО, 122]:
ординарные сети Петри, где разноименные вершины соединяются одной дугой;
обобщенные, с кратными дугами между вершинами;
ингибиторные, в которых используются новый тип дуги для расширения логики срабатывания переходов;
вложенные сети Петри, в этих сетях фишки в позициях сети сами могут быть сетями Петри;
сеть Мерлина;
нечеткая сеть Петри, маркировка такой сети отражает степень истинности высказываний, соответствующих позициям сети;
индикаторная сеть;
помеченная сеть Петри.
С учетом всех достоинств и преимуществ применения сетей Петри, их объединяет общий недостаток, который проявляется в задачах автоматизации технологических процессов - изначально сети Петри ориентированы на работу с логическими переменными, поэтому модификации сетей Петри призваны задавать алгоритмы обработки логической информации. Именно непрерывность процессов ограничивает возможность применения сетей Петри и построенных на их основе логических контроллеров.
Если невозможно получить математическое описание объекта в количественных терминах, традиционные подходы оказываются неприменимыми. При этом методы математического моделирования успешно применяются для исследования механических, гидравлических, электрических, энергетических систем, но попытки распространения таких методов на такие области, как химико-технологические процессы, связанные с обжигом, плавкой, катализом, не приводит к нужному результату в силу усложнения математического описания данного класса объектов [83].
С другой стороны, поведение таких слабо структурируемых объектов весьма успешно может прогнозировать человек, обслуживающий технологический процесс. Благодаря своему интеллекту, человек, располагая неполной и/или нечеткой информацией, может оперировать не только с количественными, но и с качественными неформализованными понятиями. В результате человек довольно хорошо может справляться с неопределенностью и сложностью процесса управления технологическими объектами [2, 3, 82].
Поэтому построение моделей, которые сочетают в себе достоинства традиционных математических приемов и возможность использования интеллектуальных возможностей, приближенных к человеческим, является очень важной задачей. С этой точки зрения целесообразно рассмотреть подходы для создания автоматизированных систем управления на основе нечетких диаграмм поведения, которые были предложены в [7, 68].
Понятие «диаграмма поведения узла» и принципы ее построения были впервые введены профессором В.З. Магергутом. Основные положения данной теории были опубликованы в [68]. Рассмотрим кратко суть предложенных определений в следующей последовательности:
1) декомпозиция объекта управления на технологические аппараты, для которых строятся технологические структуры, которые в свою очередь декомпозируются на узлы (рисунок 1.3). При этом узел – это часть технологической структурной схемы, соответствующая конкретной технологической переменной аппарата i, включая управляющие воздействия, технологические условия и возмущающие факторы, определяющие функционирование данной технологической переменной, а также связи между ними с учетом всех промежуточных параметров;
2) построение первичной логической модели узлов в виде систем уравнений статики и динамики и определяющих их логических условий в виде булевых функций от управляющих воздействий и технологических условий, записываемых для каждого из интервалов изменения выходной координаты узла;
3) переход от технологических структур узлов к их автоматным структурам, отличающимся от исходных тем, что их входами являются лишь управляющие воздействия и технологические условия, а выходами – режимы узла;
4) построение логической модели в виде диаграммы поведения узлов (рисунок 1.4), в основу которой положено понятие «режим», позволяющего характеризовать непрерывный во времени процесс в объекте конечным набором режимов и описать его в виде модельного дискретного процесса.
Логическая модель изменения технологического узла в виде диаграммы поведения формально представляет собой конечный автомат Мили.
Дискретно-детерминированные модели, которые реализуют с помощью математического аппарата теории автоматов, нашли широкое распространение за счет удобства, простоты и с успехом применяются для описания процессов, происходящих в реальных объектах, в автоматизированных системах обработки информации и управления.
Было дано определение, что диаграмма поведения узла – это ориентированный граф, соответствующий графу конечного автомата, вершины которого сопоставлены режимам, определяющим характер изменения выходной координаты узла, а на дугах записаны условия перехода от режима к режиму в виде булевых функций
Модели технологических узлов «Температура материала в зоне сушки» и «Температура вторичного воздуха»
Структуры узлов «Температура материала в зоне сушки» и «Температура вторичного воздуха» представлены на рисунке 2.24 [17, 19, 20, 112].
На узел UTмзс влияют следующие возмущающие факторы – Tотг, Lзс.
Разделение возмущающих факторов по нечетким градациям значений:
1. Температура отходящих газов Tотг (C.) – малая (Тотгм), средняя (Тотгср) и большая (высокая) (Тотгб);
2. Длина зоны спекания Lзс (м)– малая (Lзсм), средняя (Lзсср) и большая (Lзсб). Управляющие воздействия:
1. Степень (процент) открытия шибера дымососа zд1 (%) – низкая (zд1м), средняя (zд1ср), высокая (zд1б);
2. Степень (процент) открытия шибера дымососа zд2 (%) – низкая (zд2м), средняя (zд2ср), высокая (zд2б).
На узел UTвв влияют следующие возмущающие факторы – Nхр – количество, Gran.
Разделение возмущающих факторов по нечетким градациям значений:
1. Количество ходов решеток холодильника Nхр (мин.-1) – малое (Nхрм), среднее (Nхрср) и большое (Nхрб).
2. Гранулометрический состав клинкера на выходе (печи) Gran (см) – небольшой размер гранул – Granм, нормальный – Grannom, большой – Granб. Функции принадлежности узлов – «Температура материала в зоне сушки», «Температура вторичного воздуха» показаны на рисунке 2.25.
В соответствии с технологическими условиями для возмущающих факторов и технологических условий смены режима построены технологические структуры рассматриваемых узлов – «Температура материала в зоне сушки» UTмзс , «Температура вторичного воздуха» UT (рисунок 2.26.).
Нечеткие диаграммы поведения второго ранга показаны на рисунке 2.27.
На рисунке 2.27, а: Тм - малое значение температуры материала в зоне сушки, Тср- среднее (нормальное) значение температуры материала в зоне сушки, Тб- высокое значение температуры материала в зоне сушки, Т Є ]Тм, Тср[ -обозначение интервала изменения температуры материала в зоне сушки.
На рисунке 2.27, б: Тм - малое значение температуры вторичного воздуха, ср– среднее (нормальное) значение температуры вторичного воздуха, Тб высокое значение температуры вторичного воздуха, Т Є ]Тм, Тср[ - обозначение интервала изменения температуры материала вторичного воздуха.
Получение продукционных правил новой конструкции «ЧТОБЫ-ПРИ НУЖНО»
Суть классического подхода к построению нечеткой системы управления удобно представить, изобразив систему управления в виде технологического объекта управления (ТОУ), показанного слева, и устройства управления (УУ), показанного справа, выделив в системе технологические переменные, например, «определяющие» то или иное управляющее воздействие Uj на объект (рисунок 3.17) [30].
Слово «определяющие» взято в кавычки, поскольку управляющие воздействия определяют поведение технологических переменных, а не наоборот.
Иначе, управляющее воздействие «определяется» технологическими переменными объекта, то есть .
При этом продукционные правила для управления запишутся, например, в виде: ЕСЛИ – «выше нормы» И – «в норме» И – «среднее» И – «очень высокое», ТО – «несколько увеличить».
Построение продукционных правил вида «ЕСЛИ-ТО» делается для всех управляющих воздействий объекта, по которым планируется им управлять.
Рассмотрим второй вариант алгоритмического подхода [12]. Для пояснения смысла подхода структуру той же системы управления представим теперь в виде ТОУ, показанного справа, и УУ, показанного слева, и несколько изменив ее (рисунок 3.38). Изменения коснутся управляющих воздействий, которые и поступают на ТОУ через виртуальные дискретные исполнительные устройства, показанные в виде размыкающихся ключей, выключение (включение) которых определяется некоторыми технологическими условиями (ТУ), а, кроме того, учтем влияние на технологическую переменную, например, хi влияние других технологических переменных (на рисунке это х2 и хn), возмущающих факторов , например у , и параметров рi объекта (на схеме это показано для параметра р2). Еще раз подчеркнем, что ТУ совместно с управляющими воздействиями U от устройства управления (УУ), соединенных последовательно с ключами ТУ, определяют поведение регулируемых переменных технологического объекта управления (ТОУ). Ввиду важности ТУ поясним их смысл более подробно. Вначале сделаем это на примерах, а затем введем их формализованное описание.
Пусть требуется регулировать уровень воды в баке или управлять им. В бак подают воду через трубопровод, на котором установлен клапан нормально закрытого исполнения. Для наполнения бака водой клапан необходимо открыть, то есть подать на него управляющее воздействие. Но этого недостаточно. Вода пойдет в бак лишь при её наличии в трубопроводе и соответствующем напоре. Это и есть условия, названные ТУ, то есть это технологические условия наличия источника воды и соответствующего давления в трубопроводе, чтобы вода потекла в бак при возникновении управляющего воздействия. Далее представим себе, что ударил сильный мороз, и вода в трубе замерзла. Управляющее воздействие есть – клапан открыт, а вода не течет. Не течет в силу возникшего технологического условия – замерзания воды. То же происходит и при не срабатывании клапана – он не открылся при подаче на него управляющего воздействия. И в том и в другом случаях управляющей технологической переменной на объект, то есть переменной, определяющей уровень воды в баке, как регулируемой переменной, является поток (расход) воды в трубопроводе, через который наполняют бак. А технологическим воздействием на неё управляющую технологическую переменную, является, в первом случае, наличие соответствующего напора (давления) в трубопроводе и источника воды, а во втором – температура замерзания воды или прежнее положение регулирующего органа клапана. Таким образом, под ТУ на понятийном уровне понимаются условия, когда на управляющую технологическую переменную оказывается технологическое воздействие. При этом отсутствовало управляющее воздействие или, напротив, когда управляющее воздействие на нее было оказано, но не возымело эффекта.
Возвратимся к сути второго подхода.
В отличие от первого подхода, в котором за основу было принято исследование зависимости j-го управляющего воздействия – на объект в зависимости от изменения тех или иных технологических переменных, в данном подходе за основу принято исследование поведения конкретной i-й технологической переменной - (1) в функции всех определяющих ее управляющих воздействий, технологических условий, возмущающих факторов и параметров объекта, т.е. в этой структуре (рисунок 3.18) исследуем: ТУ ТУ у , (1) где ( ) вектор параметров.
Иначе, при предлагаемом подходе получаем продукционные правила для нахождения технологической переменной хi в регламентных пределах, путем изменения соответствующих управляющих воздействий и технологических условий с учетом информации по иным технологическим переменным, возмущающим факторам и параметрам объекта, то есть с более глубокой их проработкой.
Пример записи продукционных правил в традиционной форме «ЕСЛИ-ТО» для технологической переменной хi запишется, например, так: ЕСЛИ TУ2 – «обеспечено» И х2 – «среднее», И хn – «высокое», И у1 – «малое», И р2 – «в норме», И TУj – «приведено к требуемому», И U2 – «слегка увеличить», И Uj – «слегка уменьшить», ТО хi – «будет в регламентных пределах».
Это же правило на более понятном для пользователя языке в виде: “ЧТОБЫ-ПРИ-НУЖНО” запишется: ЧТОБЫ хi – “находилось в регламентных пределах” ПРИ х2 – “среднем” И хn – “высоком”, И у1 – “малом”, И р2 – “в норме”, И “обеспеченном” TУ2, НУЖНО TУj – “привести к требуемому” И U2 – “слегка увеличить”, И Uj – “слегка уменьшить”.
В более простых случаях это правило запишется короче в виде: “ЧТОБЫ-НУЖНО”.
Иначе, при применении связок “ЧТОБЫ-НУЖНО” или “ЧТОБЫ-ПРИ-НУЖНО” мы получаем продукционные правила по достижению ЦЕЛИ при определенных УСЛОВИЯХ путем совершения ДЕЙСТВИЙ посредством управляющих воздействий и технологических условий, но теперь с учетом дополнительной информации, т.е. с более глубокой их проработкой за счет учета ТУ, параметров объекта и иных технологических переменных.
Более коротко это можно представить, как правило: “ЧТОБЫ достичь цель ПРИ том или ином условии НУЖНО совершить действие” или еще короче: “ЧТОБЫ (цель) ПРИ (условии) НУЖНО (действие)”.
При традиционной постановке правило можно формулировать так: «ЕСЛИ имеется то или иное условие, ТО необходимо совершить действие, И тогда достигается цель» или короче: «ЕСЛИ (условие), ТО (действие), И (цель)». Однако отметим, что при традиционной формулировке продукционных правил ЦЕЛЬ в явном виде не фигурирует, то есть правила формулируются фактически так: «ЕСЛИ имеется то или иное условие, ТО необходимо совершить действие» или короче: «ЕСЛИ (условие), ТО (действие)».
Второй подход дает преимущества по глубине проработки вопроса, но при наличии исследователей, способных построить нечеткие диаграммы поведения и провести их совместный анализ для выявления и написания продукционных правил управления. Наконец, второй подход ориентирован на использование более понятных для пользователя правил: “ЧТОБЫ-ПРИ-НУЖНО” и “ЧТОБЫ-НУЖНО”, содержащих цель предпринимаемых действий, что позволит писать продукционные правила менее подготовленным пользователям, например, технологам и приведет к более тесному сотрудничеству по созданию систем управления. Наличие целеполагания позволяет выбрать и реализовать наиболее значимые цели системы и определить возможность их достижимости, исходя из реальных ограничений.
Оценка адекватности с использованием коэффициента ранговой корреляции Спирмена
Коэффициент ранговой корреляции Спирмена применяют для определения и оценки тесноты связи между двумя рядами сопоставляемых количественных показателей. Если ранги показателей, которые были упорядочены по степени возрастания или убывания, совпадают делается вывод о наличии прямой корреляционной связи. В случае, если ранги показателей имеют противоположную направленность, то это значит установлена обратная связь между показателями [35, 58].
Сопоставляемые показатели могут быть измерены как в непрерывной шкале, так и в порядковой (например, номер позиции на диаграмме поведения).
Качество и эффективность оценки методом Спирмена существенно снижается, если разница между значениями какой-либо из измеряемых величин достаточно велика.
Алгоритм расчета коэффициента ранговой корреляции Спирмена:
1. Сопоставление каждому из признаков их порядкового номера (ранг) r по возрастанию или убыванию.
2. Определение разности рангов каждой пары сопоставляемых значений (d).
3. Возведение в квадрат каждую разность и произвести суммирование полученных результатов.
4. Вычислить коэффициент корреляции рангов по формуле (9):
Оценку силы корреляционной связи можно получить, если воспользоваться таблицей 4.1. С помощью корреляционного анализа были исследованы модели функционирования технологических узлов цементной печи. Результаты данных исследований приведены ниже на рисунках 4.10 – 4.16.
Результаты проведенных экспериментов позволяют утверждать, что созданное программное приложение, удовлетворяет необходимому уровню адекватности и соответствует требованиям к точности, так как сила корреляционной связи оказалась заметной и высокой.