Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время повышение эффективности управления химико-технологическими процессами (ХТП) неуклонно связывают с повышением их безопасности. Это связано с тем, что цена аварий на подобных объектах, как правило, имеет катастрофический масштаб. Наличие множества постоянно действующих и потенциально аварийных источников опасностей представляет реальную угрозу нарушению состояний окружающей среды и несет ущерб здоровью человека.
Много внимания в последние десятилетия отечественные и зарубежные ученые уделяют проблеме учета рисков в управлении безопасностью ХТП. Развитие информационных технологий в середине 90-х годов открыло широкие возможности внедрению методов, основанных на знаниях, и давших толчок к созданию систем поддержки принятия решений. Теоретические основы создания таких систем были заложены в трудах академика В.В. Кафарова и развиты в работах его учеников: профессоров Б.В. Палюха, А.Ф. Егорова, Т.В. Савицкой, В.П. Мешалкина и др.
Для создания таких систем необходимо дальнейшее развитие математических моделей, используемых в решении задач определения состояний технологических процессов и позволяющих учесть риск принимаемых решений, методов прогноза состояний с учетом неопределенности функционирования процесса, а также разработка соответствующих систем поддержки принятия решений на основе применения современных информационных технологий.
Диссертационная работа проводилась в рамках научно-исследовательских работ ИИММ КНЦ РАН «Информационные технологии ситуационного управления технологическими процессами и безопасностью в промышленно-природных комплексах", Гос. рег. № 01.2.003 03819. 2003-2007 гг., «Модели и методы координации решений по управлению региональным промышленно-природным комплексом", Гос. рег. № 01-209-51-211. 2009-2011 гг., «Информационные технологии управления развитием регионального научно-образовательного комплекса", Гос. рег. № 0120.0 850591. 2008-2010 гг.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы является исследование и развитие основных теоретических и прикладных подходов к повышению эффективности управления технологической безопасностью на основе использования индекса риска.
Для достижения цели работы решались следующие задачи:
анализ современных подходов в принятии решений при управлении сложным динамическим объектом в условиях неопределенности;
анализ математических моделей, используемых в задачах оценки состояний технологических процессов;
обоснование применения нечетко-логических моделей для оценки состояний объектов управления в условиях неопределенности процессов принятия решений;
разработка алгоритмов анализа состояния технологического процесса и принятия решений в условиях неопределенности на основе индекса риска;
разработка комплекса программ для управления технологической безопасностью процесса каталитической очистки газов;
апробация разработанной системы управления на примере системы ситуационного управления технологическим процессом каталитической очистки газов.
Объектом исследования является система управления технологическим процессом каталитической очистки газов.
Предмет исследования: структура и алгоритмы функционирования системы управления технологическим процессом каталитической очистки газов.
Методы исследования. При решении перечисленных задач использовались следующие методы и подходы: методы исследования операций и системного анализа, методы нечетких множеств, методы математического моделирования и оптимизации ХТП, методы проектирования информационных систем.
Положения, выносимые на защиту:
1. Методика оценки ущербов при нечеткой исходной информации о параметрических возмущениях в объекте управления.
2. Методика оценки текущей нечеткой ситуации при определении индекса риска.
3. Методика количественной оценки риска ведения технологического процесса.
4. Система оценки параметров модели процесса каталитической очистки газов.
5. Модель регулирования технологического процесса каталитической очистки газов с использованием нейросетевых подходов.
Научная новизна работы: разработана методика построения нечетко-определенных моделей, включающих идентифицирующую, прогнозную и нечеткую составляющие; предложено в качестве критерия управления технологическим процессом использовать индекс риска; разработаны модели, алгоритмы и функциональная структура системы ситуационного управления технологическим процессом в условиях неопределенности; разработаны алгоритмы и программы управления, учитывающие неопределенность информации о параметрах технологического процесса.
Практическая ценность и реализация работы в промышленности. Проведенные в работе теоретические исследования представляют собой методические основы для построения автоматизированных систем управления технологической безопасностью (АСУТБ) химических производств, что позволяет повысить безопасность их работы за счет сокращения числа незапланированных остановов и уменьшения времени на поиск неисправности.
Разработаны и экспериментально проверены методики построения дискретных моделей управления технологической безопасностью химико-технологических процессов (XТП) на примере процесса каталитической очистки газов агрегата производства неконцентрированной азотной кислоты. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение системы управления технологической безопасностью. Решены задачи построения программных модулей, реализующих механизмы определения состояний ХТП. Сформулированы и решены задачи построения системы поддержки принятия решений для реактора каталитической очистки газов в рамках АСУ ТП производства неконцентрированной азотной кислоты.
Правильность построенных моделей подтверждена экспериментальными результатами. Разработанные алгоритмы рекомендованы к внедрению в производство. Полученные в работе теоретические и практические результаты использованы при разработке систем управления ХТП на ОАО «Новомосковская акционерная компания «АЗОТ». Методические и теоретические результаты работы использованы в учебных курсах в Кольском филиале Петрозаводского государственного университета.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены и обсуждены на следующих конференциях и школах семинарах: VII Всероссийская школа-семинар "Прикладные проблемы управления макросистемами" (Апатиты, 2008); III Всероссийской научной конференции «Теория и практика системной динамики" (Апатиты, 2009); VIII Всероссийской школа-семинар "Прикладные проблемы управления макросистемами" (Апатиты, 2010); XXIII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-23» (Саратов, 2010).
Публикации. Результаты, отражающие основное содержание диссертационной работы, изложены в десяти публикациях, одна из которых входят в список рекомендованный ВАК.
Структура и объем работы. Структура диссертации определена поставленными целями и последовательностью решения поставленных задач. Работа состоит из введения, четырех глав и примера решения поставленных задач, изложенных на 196 страницах машинописного текста с 73 иллюстрациями и 59 таблицами, содержит список литературы из 160 наименований.
Похожие диссертации на Управление технологическим процессом каталитической очистки газов на основе оценки индекса риска
