Введение к работе
Актуальность работы
Качество - один из главных критериев, определяющих конкурентоспособность выпускаемой продукции, и, соответственно, репутацию и место производителя в определенном сегменте рынка. Особенно это заметно в динамично развивающихся отраслях промышленности, каковыми являются нефтепереработка и нефтехимия.
Одним из главных процессов в нефтепереработке является первичная переработка нефти (ППН) поскольку качество полупродуктов, вырабатываемых на установках ППН, во многом определяет качество и количество товарной продукции, получаемой в процессе всего производства. Это определяет необходимость повышения качества управления процессами ППН.
Решение данной задачи требует наличия достоверных и оперативных данных о показателях качества сырья, полупродуктов, готовой продукции, а также возможности управления показателями качества.
В настоящее время при оценке качества сырья, полупродуктов и продуктов нефтеперерабатывающих процессов широко используются лабораторные информационные менеджмент системы (ЛИМС). Однако, в указанных системах не реализуются функции по управлению качеством выпускаемой продукции.
Для управления сложными процессами первичной переработки нефти, функционирующими в условиях неопределенности исходной информации, перспективно использование методов искусственного интеллекта, основанных на нейронных сетях и нечетком управлении (Fuzzy Control), под которым понимается стратегия управления, основанная на эмпирически приобретенных знаниях относительно функционирования объекта (процесса), представленных в лингвистической форме в виде некоторой совокупности правил.
В связи с этим актуальной становится разработка информационной системы (ИС) контроля и управления технологическими процессами первичной переработки нефти по показателям качества продукции с использованием нечетких алгоритмов управления и нейронных сетей с целью обеспечения заданного качества их продукции.
Цель работы и задачи исследований
Цель работы: разработка информационной системы контроля и управления технологическими процессами первичной переработки нефти по показателям качества продукции.
Для реализации поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:
проведение анализа современного состояния в области разработки методов, систем контроля и управления качеством продукции;
проведение анализа установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ-6 и атмосферного блока данной установки как объекта управления качеством;
разработка структуры и алгоритмов информационной системы управления качеством продукции первичной переработки нефти;
определение функциональных требований и параметров конфигурирования лабораторной информационной системы контроля качества продукции первичной переработки нефти;
разработка регрессионных и нейросетевых моделей прогнозирования показателей качества продукции первичной переработки нефти;
разработка нечеткой системы управления показателями качества продукции первичной переработки нефти;
практическое использование моделей и алгоритмов информационной системы для моделирования и управления качеством продукции первичной переработки нефти.
Объект исследования
Объектом исследования данной работы является отделение первичной переработки нефти, для поддержания заданного качества продукции которого требуется оперативное определение значений ряда показателей качества и расчет соответствующих управляющих воздействий с использованием алгоритмов, реализованных в ИС контроля и управления качеством.
Предмет исследований
Предметом исследований является информационная система контроля и управления технологическими процессами первичной переработки нефти по показателям качества продукции, ее математическое, информационное и программно-алгоритмическое обеспечение.
Объект разработки - модели и алгоритмы оперативного прогнозирования и управления качеством продукции первичной переработки нефти, реализованные в информационной системе контроля и управления технологическими процессами первичной переработки нефти по показателям качества продукции.
Методы исследования
Для решения поставленных задач в работе использовались методы системного анализа, математического моделирования, искусственного интеллекта и новых информационных технологий.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- проведен анализ современного состояния проблемы разработки
методов, систем контроля и управления качеством продукции и предложен подход к ей решению, основанный на создании информационной системы контроля и нечеткого управления технологическими процессами первичной переработки нефти по показателям качества продукции;
с позиций системного подхода разработана структура информационной системы контроля и управления качеством продуктов первичной переработки нефти, в которой реализован блочно-модульный принцип построения её программно-алгоритмического обеспечения;
для прогнозирования показателей качества продукции первичной нефтепереработки разработаны нейросетевые модели, которые позволяют оперативно и с высокой точностью прогнозировать изменения значений показателей качества продукции первичной переработки нефти при отклонениях значений технологических параметров процессов;
разработана структура системы и алгоритмы регулирования показателей качества продукции атмосферного блока установки ППН, основанные на нечетких продукционных моделях.
Практическая значимость Разработанное программное обеспечение в виде лабораторной информационной системы контроля качества продукции первичной переработки нефти используется в учебном процессе кафедры компьютерно-интегрированных систем в химической технологии (КИС XT) Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева. Данная система может использоваться для подготовки специалистов, осуществляющих контроль качества продукции первичной переработки нефти и управления технологическими процессами её получения.
Разработанное программно-алгоритмическое обеспечение для моделирования и расчета показателей качества продукции первичной переработки нефти, созданное с использования свободно распространяемой оболочки FuzzyCLIPS и нечеткие системы управления, реализованные в среде MATLAB, используются в учебном процессе кафедры КИС XT и могут быть применены в интеллектуальных системах управления качеством продукции нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на следующих конференциях: Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационные материалы и технологии в химической и фармацевтической отраслях промышленности» (Москва, 2010 г.);
VIII Международном конгрессе молодых ученных по химии и химической технологии «UCChT-2012» (Москва, 2012 г.).
Публикации. Результаты, отражающие содержание диссертационной работы, изложены в 3 публикациях, 1 из которых опубликованы в изданиях, включенных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ в перечень ведущих научных журналов и изданий.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 182 страницах, содержит 75 рисунков, 19 таблиц, список литературы из 141 наименования и 4 приложения.
