Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Существующие подходы для контроля и диагностики технологических процессов (на примере свеклосахарного производства) . 10
1.1 Проблемные вопросы контроля и диагностики технологических процессов свеклосахарного производства 10
1.2 Проблемные вопросы автоматизации технологических процессов свеклосахарного производства 26
1.3 Системный подход к моделированию информационной системы контроля и диагностики технологических процессов свеклосахарного производства 30
1.3.1 Синтаксис SA-диаграмм 32
1.3.2 Семантика SA-диаграмм 35
1.4 Существующие методы поддержки принятия решений в условиях конфликта 37
1.5 Выводы, цель и задачи исследования 44
Глава 2. Декомпозиция и структурно-параметрический анализ технологических процессов (на примере свеклосахарного производства) и инструментов их контроля и диагностики 46
2.1 Декомпозиция и структурно-параметрический анализ технологических процессов свеклосахарного производства 46
2.2 Структурное моделирование технологического процесса свеклосахарного производства 52
2.3 Структурный синтез модели информационной системы диагностики и контроля технологического процесса 59
2.4 Выводы 67
Глава 3. Моделирование функционирования информационной системы контроля и диагностики технологических процессов (на примере свеклосахарного производства) 68
3.1 Предварительная обработка исходных данных 68
3.2 Анализ стационарности технологических процессов свеклосахарного производства с использованием ядер конфликта, сотрудничества и безразличия 80
3.2.1 Обоснование использования частных коэффициентов корреляции для построения корреляционных плеяд 80
3.2.2 Выявление конфликта между параметрами технологического процесса свеклосахарного производства и его анализ 86
3.2.3 Анализ стационарности технологического процесса 92
3.3 Модель выявления причинных взаимосвязей между параметрами технологического процесса 98
3.4 Модель поддержки принятия решений для выработки управляющего воздействия на технологический процесс 105
3.5 Выводы
Глава 4. Программная реализация разработанных моделей и алгоритмов контроля и диагностики технологических процессов (на примере свеклосахарного производства) 113
4.1 Функциональная схема системы анализа функционирования технологических процессов свеклосахарного производства 113
4.2 Пакет прикладных программ для контроля и диагностики технологических процессов свеклосахарного производства 117
4.3 Пример анализа технологического процесса свеклосахарного производства с использованием разработанных инструментальных средств 123
4.4 Выводы 134
Заключение 135
Список использованных источников 137
Приложение 151
- Проблемные вопросы контроля и диагностики технологических процессов свеклосахарного производства
- Декомпозиция и структурно-параметрический анализ технологических процессов свеклосахарного производства
- Обоснование использования частных коэффициентов корреляции для построения корреляционных плеяд
- Пакет прикладных программ для контроля и диагностики технологических процессов свеклосахарного производства
Введение к работе
Актуальность темы. Современное состояние предприятий отечественной легкой и пищевой промышленности характеризуется моральным и физическим старением используемого технологического оборудования, недостаточным уровнем автоматизации производства и отсутствием действенных инструментов для эффективного оперативного контроля функционирования производства.
Известно [127, 118, 25, 126], что автоматизация технологических процессов является одним из путей повышения рентабельности предприятий отрасли, получения дополнительного количества продукции, повышения уровня и культуры управления предприятием. При этом повышение эффективности производства, выбор и поддержание оптимальных соотношений параметров технологического процесса в зависимости от сложившейся в технологической системе ситуации с использованием объективной информации, поступающей и обрабатываемой в реальном режиме времени, возможны только с использованием современных средств автоматизации, включая микроконтроллеры и управляющие ЭВМ. Из чего вытекает необходимость построения действенных инструментальных средств поддержки принятия решений в задачах контроля и диагностики технологических процессов на основе современного математического аппарата.
В силу того, что технологические процессы, как правило, характеризуются наличием большого количества взаимосвязанных параметров, связанных бинарными отношениями конфликта, сотрудничества и безразличия, при разработке инструментальных средства контроля и диагностики технологических процессов необходимо учитывать наличие указанных конфликтных взаимодействий между параметрами анализируемой технологической системы, которые характеризуются своей уникальностью, многомерностью, стохастичностыо и неполнотой описания. Такую разработку предлагается проводить на основе системного подхода, позволяющего провести декомпозицию рассматриваемой технологической системы для выявления структуры причинно-следственных связей, количественной их оценки и создания основы для построения автоматизированной системы
5 поддержки принятия решений в задачах контроля и диагностики многомерных стохастических технологических процессов.
Автоматизация производства обеспечивает качественную и эффективную работу технологических участков только в случае комплексного подхода к решению этой задачи. Покажем это на примере свеклосахарного производства. Так комплексная программа автоматизации свеклосахарного производства за счет оперативного централизованного контроля и оптимизации режимов функционирования технологического процесса должна обеспечить увеличение годового объема выпуска готовой продукции на 0,5%; снижение себестоимости продукции на 4-5% [127] в результате сокращения расхода сырья, материалов, энергетических и трудовых затрат; условное высвобождение численности персонала предприятия.
Вместе с тем внедрение автоматизации связано с большими капитальными затратами, поэтому стоимость проведения комплексной автоматизации производства зачастую оказывается непомерно высокой, и многие предприятия вынуждены работать на устаревающем оборудовании, ограничиваясь лишь частичной автоматизацией технологического процесса. Как правило, подобные решения [126] заключаются в установке диспетчерских пультов, на которые выводится информация о режимах функционирования технологических процессов производства и значения некоторых контролируемых параметров процесса.
В этом случае инженер-технолог для управления производством должен принимать решения, относящиеся к взаимодействию многих автоматических регуляторов. Для чего он по показаниям большого количества измерительных приборов интуитивно производит оценку ситуации для принятия решений по осуществлению управляющих воздействий на технологический процесс. Очевидно, что оператор не может в таких условиях удовлетворительно вести управление всем технологическим процессом в оптимальном режиме и обеспечить высокий экономический эффект от автоматизации производства. Следовательно, необходима разработка математических моделей и алгоритмов поддержки принятия решений по управлению технологическими процессами на основе знания текущего состояния технологической системы, позволяющих учесть такие аспекты контроля и диагностики исследуемого объекта как стохастичность, неполнота описания его состояния и наличие неколичественных показателей рассматриваемых технологических процессов.
В свете указанных проблем с финансированием программы модернизации работающего предприятия одним из вариантов повышения эффективности производства при проведении частичной автоматизации предприятий отрасли может явиться оптимизация схемы управления производством за счет повышения оперативности и качества принимаемых персоналом решений по управлению технологическим процессом. Для этого необходима разработка и внедрение в производственный процесс автоматизированной системы поддержки принятия решений в задачах контроля и диагностики технологических процессов, позволяющей на основании данных о текущем состоянии технологической системы анализировать стационарность режима ее функционирования, а в случае выхода процесса из стационарного режима - проводить диагностику причин сложившейся конфликтной ситуации и обеспечивать поддержку принятия инженером-технологом управленческих решений для ее устранения.
Таким образом, можно сделать вывод, что при всех достоинствах внедрения комплексной автоматизированной системы управления технологическим процессом на предприятии отрасли одной из основных проблем является необходимость существенных капитальных вложений для модернизации производства. В качестве одного из вариантов решения указанной проблемы предлагается разработка автоматизированной системы поддержки принятия решений по управлению технологическими процессами в задачах контроля и диагностики, внедрение которой не потребует проведения значительной модернизации технологического оборудования и больших капитальных вложений.
Диссертационная работа выполнена на кафедре математического моделирования информационных и технологических систем Воронежской государственной технологической академии в рамках госбюджетной НИР (ГР №01960007318) по теме №1.6.2 «Моделирование, выбор и принятие решений в структурно-параметрическом представлении функционирования многоцелевых систем применительно к теории конфликта» (ГР №01.2001.16818).
7 Цель и задачи работы. Целью диссертационного исследования является исследование и разработка автоматизированных информационных технологий контроля и диагностики состояний многомерных стохастических технологических процессов, обеспечивающих построение инструментальных средств в виде математического и программного обеспечения человекомашинных систем поддержки принятия управленческих решений на примере свеклосахарного производства.
Для достижения поставленной цели исследования предполагается решение следующих задач:
Выполнить системное исследование технологических процессов свеклосахарного производства.
Разработать методы и алгоритмы функционирования человекомашинных систем поддержки принятия управленческих решений в задачах контроля и диагностики технологических процессов.
На основе проведения численного эксперимента обосновать эффективность разработанных математических методов и алгоритмов.
Разработать математическое и программное обеспечение, реализующее построенные методы и алгоритмы в виде пакета прикладных программ, и провести его апробацию в промышленных условиях.
Методы исследования. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования базируются на использовании методов теорий систем, множеств, графов, вероятности, математической статистики, выбора и принятия решений, конфликта, структурных матриц, математического моделирования и программирования. Общей методологической основой является системный подход.
Научная новизна. Разработаны методы и алгоритмы контроля и диагностики многомерных стохастических технологических процессов: - структурно-параметрические модели, отражающие систему элементов технологических процессов, функционирующих в условиях влияния возмущающих воздействий, связи между ними и создающие основу для математического моделирования автоматизированного контроля и диагностики; методы многомерного статистического анализа стационарности функционирования технологических процессов, отражающие такие аспекты контроля и диагностики объекта, как стохастичность, неполнота описания его состояния и позволяющие в отличие от известных выявить закономерности и факторы неслучайной природы на фоне случайных колебаний, возникающих из-за невозможности полного соблюдения требований к качеству сырья, режиму протекания анализируемых технологического процесса и др.; методы причинно-следственного анализа внутрисистемных взаимодействий в технологической системе, позволяющие выявить структуру причинно-следственных связей, количественно их оценить и создающие в отличие от существующих основу для построения структуры предпочтений лица, принимающего решения (ЛПР), по выработке управляющего воздействия; методы и алгоритмы поддержки принятия решений путем оценки вклада каждого параметра в анализируемую ситуацию, отличающиеся от известных тем, что разделение системного графа, описывающего технологическую систему, на подграфы производится на основе бинарных отношений конфликта, сотрудничества и безразличия.
Практическая значимость работы. Разработанные инструментальные средства в виде предметно-ориентированных методов, алгоритмов и программного обеспечения, реализующие в структуре автоматизированной системы поддержки принятия решений человекомашинные процедуры контроля и диагностики технологических процессов свеклосахарного производства, использование которых целесообразно в АСУТП, САПР, АСНИ и АСУ.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанный ППП "Анализ технологического процесса" внедрен на ОАО «Ольховатский сахарный комбинат» Воронежской области путем его включения в комплексные автоматизированные системы управления технологическими процессами, передачи документации на математическое и программное обеспечения, а также применяется в учебном процессе Воронежского института высоких технологий для обучения студентов по специальности 230201 «Информационные системы и технологии». Эффект от внедрения - социальный.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: 2-й Всероссийской научно-технической конференции «Теория конфликта и ее приложения» (Воронеж, 2002г.); Научной конференции «Механика и прикладная математика» (Воронеж, 2002г.); Научной конференции «Современные методы теорий функций и смежные проблемы» (Воронеж, 2003г.); Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы профессионального образования: подходы и перспективы» (Воронеж, 2004г.); Отчетной научной конференции профессорско-преподавательского состава ВИВТ (Воронеж, 2004г.); Научно-практической конференции «Экономико-правовые основы конструирования и автоматизированного проектирования деталей и машин» (Воронеж, 2004г.); 3-й Всероссийской научно-технической конференции «Теория конфликта и ее приложения» (Воронеж, 2004г.); 2-й Всероссийской научно-методической конференции «Проблемы практической подготовки студентов» (Воронеж, 2004г.); Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2004г.); Международной научно-технической конференции «Современные проблемы информатизации в технике и технологиях» (Воронеж, 2005г,); Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии» (Воронеж, 2005г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения по работе, списка литературы из 155 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста (основной текст занимает 136 страниц), содержит 32 рисунка и 8 таблиц.
Проблемные вопросы контроля и диагностики технологических процессов свеклосахарного производства
В свете указанных проблем с финансированием программы модернизации работающего предприятия одним из вариантов повышения эффективности производства при проведении частичной автоматизации предприятий отрасли может явиться оптимизация схемы управления производством за счет повышения оперативности и качества принимаемых персоналом решений по управлению технологическим процессом. Для этого необходима разработка и внедрение в производственный процесс автоматизированной системы поддержки принятия решений в задачах контроля и диагностики технологических процессов, позволяющей на основании данных о текущем состоянии технологической системы анализировать стационарность режима ее функционирования, а в случае выхода процесса из стационарного режима - проводить диагностику причин сложившейся конфликтной ситуации и обеспечивать поддержку принятия инженером-технологом управленческих решений для ее устранения.
Таким образом, можно сделать вывод, что при всех достоинствах внедрения комплексной автоматизированной системы управления технологическим процессом на предприятии отрасли одной из основных проблем является необходимость существенных капитальных вложений для модернизации производства. В качестве одного из вариантов решения указанной проблемы предлагается разработка автоматизированной системы поддержки принятия решений по управлению технологическими процессами в задачах контроля и диагностики, внедрение которой не потребует проведения значительной модернизации технологического оборудования и больших капитальных вложений.
Диссертационная работа выполнена на кафедре математического моделирования информационных и технологических систем Воронежской государственной технологической академии в рамках госбюджетной НИР (ГР №01960007318) по теме №1.6.2 «Моделирование, выбор и принятие решений в структурно-параметрическом представлении функционирования многоцелевых систем применительно к теории конфликта» (ГР №01.2001.16818).
Цель и задачи работы. Целью диссертационного исследования является исследование и разработка автоматизированных информационных технологий контроля и диагностики состояний многомерных стохастических технологических процессов, обеспечивающих построение инструментальных средств в виде математического и программного обеспечения человекомашинных систем поддержки принятия управленческих решений на примере свеклосахарного производства. Для достижения поставленной цели исследования предполагается решение следующих задач: 1. Выполнить системное исследование технологических процессов свеклосахарного производства. 2. Разработать методы и алгоритмы функционирования человекомашинных систем поддержки принятия управленческих решений в задачах контроля и диагностики технологических процессов. 3. На основе проведения численного эксперимента обосновать эффективность разработанных математических методов и алгоритмов. 4. Разработать математическое и программное обеспечение, реализующее построенные методы и алгоритмы в виде пакета прикладных программ, и провести его апробацию в промышленных условиях. Методы исследования. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования базируются на использовании методов теорий систем, множеств, графов, вероятности, математической статистики, выбора и принятия решений, конфликта, структурных матриц, математического моделирования и программирования. Общей методологической основой является системный подход. Научная новизна. Разработаны методы и алгоритмы контроля и диагностики многомерных стохастических технологических процессов: - структурно-параметрические модели, отражающие систему элементов технологических процессов, функционирующих в условиях влияния возмущающих воздействий, связи между ними и создающие основу для математического моделирования автоматизированного контроля и диагностики; - методы многомерного статистического анализа стационарности функционирования технологических процессов, отражающие такие аспекты контроля и диагностики объекта, как стохастичность, неполнота описания его состояния и позволяющие в отличие от известных выявить закономерности и факторы неслучайной природы на фоне случайных колебаний, возникающих из-за невозможности полного соблюдения требований к качеству сырья, режиму протекания анализируемых технологического процесса и др.; - методы причинно-следственного анализа внутрисистемных взаимодействий в технологической системе, позволяющие выявить структуру причинно-следственных связей, количественно их оценить и создающие в отличие от существующих основу для построения структуры предпочтений лица, принимающего решения (ЛПР), по выработке управляющего воздействия; - методы и алгоритмы поддержки принятия решений путем оценки вклада каждого параметра в анализируемую ситуацию, отличающиеся от известных тем, что разделение системного графа, описывающего технологическую систему, на подграфы производится на основе бинарных отношений конфликта, сотрудничества и безразличия. Практическая значимость работы. Разработанные инструментальные средства в виде предметно-ориентированных методов, алгоритмов и программного обеспечения, реализующие в структуре автоматизированной системы поддержки принятия решений человекомашинные процедуры контроля и диагностики технологических процессов свеклосахарного производства, использование которых целесообразно в АСУТП, САПР, АСНИ и АСУ.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанный ППП "Анализ технологического процесса" внедрен на ОАО «Ольховатский сахарный комбинат» Воронежской области путем его включения в комплексные автоматизированные системы управления технологическими процессами, передачи документации на математическое и программное обеспечения, а также применяется в учебном процессе Воронежского института высоких технологий для обучения студентов по специальности 230201 «Информационные системы и технологии». Эффект от внедрения - социальный.
Декомпозиция и структурно-параметрический анализ технологических процессов свеклосахарного производства
Для обеспечения роста производительности труда на сахарных заводах, разработки новых технологий, направленных на улучшение качества и повышение эффективности производства, требуется обновление и совершенствование систем управления, построенных на базе современных средств и методов автоматизированного управления. На сегодняшнем этапе развития сахарного производства, основанного на непрерывности технологического процесса с использованием основного непрерывно действующего оборудования, имеются все предпосылки для создания автоматизированной системы контроля и диагностики функционирования технологических процессов свеклосахарного производства.
Создание подобной системы и внедрение ее в технологический процесс позволит на базе динамических показателей производства вести непрерывный контроль за состоянием процесса, оперативно выявлять факторы, ставшие причиной выхода процесса из стационарного режима, проводить диагностику состояния процесса путем варьирования значений входных показателей на любом участке технологической линии с использованием математического аппарата, предоставляемого разработанной системой, а также обеспечит поддержку принятия управляющих воздействий на ход процесса путем выдачи рекомендаций технологу о характере возникшей критической ситуации и наиболее вероятных ее причинах.
Автоматизация свеклосахарного производства обеспечит качественную и эффективную работу технологических участков только в случае комплексного подхода к решению этой задачи. Ритмичная работа предприятия в значительной степени обеспечивается системами управления и обуславливает высокие показатели его работы. Для решения поставленной задачи необходимо четкое понимание внутренних механизмов функционирования технологического процесса, знание ресурсных и информационных взаимосвязей между его отдельными подсистемами. Исходя из этого, представляется целесообразным применение методов системного анализа для выделения и исследования отдельных условно-независимых подсистем рассматриваемого технологического процесса.
Известно [88, 136], что структурные соображения играют первостепенную роль, как при анализе, так и при синтезе систем самого различного типа. Наиболее важный этап процесса разработки модели как раз и состоит в выборе структуры модели рассматриваемой системы. Представляется целесообразным, особенно для систем, состоящих из большого числа взаимосвязанных подсистем, вначале наметить основные подсистемы и установить главные взаимосвязи между ними, а затем уже переходить к детальному моделированию механизмов функционирования различных подсистем.
Для этого, следуя концепции SADT [86], проведем декомпозицию технологического процесса свеклосахарного производства, приняв за основу технологическую схему, приведенную на рисунке 1.1, и представим его в виде функциональной SA-диаграммы (рисунок 2.1).
А-диаграмма «Технологический процесс свеклосахарного производства» Причем следует отметить, что согласно [88], для описания такой сложной системы как, например, процесс производства сахара из сахарной свеклы, следует использовать с математической точки зрения более абстрактное и менее структурированное описание. На этом уровне можно решать многие структурные вопросы, например проблему декомпозиции, координации и другие. Упрощения следует достигать не за счет решения не рассматривать некоторые переменные, а за счет отказа от деталей, которые условимся считать несущественными.
Так как целью данной работы является разработка методов контроля и диагностики, направленных на создание автоматизированной системы контроля процесса производства сахара, то из всех параметров, характеризующих этот технологический процесс, нас будут интересовать только показатели исходных продуктов производства, продуктов, получаемых на промежуточных этапах и выходных продуктов. Поэтому сознательно опустим параметры настройки технологического оборудования и средств автоматизации, считая что их влияние на рассматриваемый процесс носит постоянный характер и не изменяется в процессе технологического цикла. Также не будем рассматривать параметры управляющих воздействий на технологический процесс, предполагая, что они полностью соответствуют правилам и нормам, принятым в свеклосахарном производстве.
Приведенная на рисунке 2.1 структурная схема технологического процесса свеклосахарного производства характеризует общий ход процесса и не вполне подходит для его подробного анализа, поэтому логично провести декомпозицию по каждому из ее блоков с целью выявления параметров, характеризующих рассматриваемый технологический процесс на всех его этапах.
В результате декомпозиции блока «Получить диффузионный сок» SA-диаграммы, представленной на рисунке 2.1 получаем SА-диаграмму (рисунок 2.2), описывающую этапы процесса получения диффузионного сока из сахарной свеклы, основные связи между ними и параметры, контролируемые по каждому из выделенных этапов. На этой диаграмме мы можем указать наиболее значащие параметры рассматриваемого технологического процесса, оказывающие существенное влияние на данном этапе процесса в соответствии с технологической схемой свеклосахарного производства (рисунок 1.1). Анализируя SA-диаграмму «Получение диффузионного сока» (рисунок 2.2), можно разделить факторы, характеризующие технологический процесс на данном этапе, на три группы: - входные параметры - это дигестия, загнившие и бактериозные корнеплоды; - внутренние факторы — это длина стружки, рН и чистота нормального сока, потери сахара в жоме, масса переработанной свеклы; - выходные параметры — это отбор диффузионного сока из аппарата (откачка), рН и чистота диффузионного сока, эффект очистки на диффузии. В терминах теории структурных матриц Шатихина [141, 140] параметры первой и третьей групп характеризуют связи этой SA-диаграммы с другими диаграммами и внешней средой, а параметры третьей группы составляют так называемое ядро подсистемы. Подобный же анализ можно провести для всех подсистем исследуемой технологической системы. Продолжая декомпозицию SA-диаграммы «Технологический процесс свеклосахарного производства» (рисунок 2.1), представим блок «Провести очистку диффузионного сока» в виде самостоятельной диаграммы (рисунок 2.3).
Обоснование использования частных коэффициентов корреляции для построения корреляционных плеяд
Рассматривая вторую плеяду конфликтующих параметров, можно заметить, что конфликтная зависимость { ,;Х8} объясняется тем, что чем меньше длина
100г стружки, тем выше потери сахара в жоме. Полное разрешение выявленного конфликта невозможно, в данной ситуации предлагается с использованием известных технологических приемов обеспечить такую форму и длину стружки, которая позволить минимизировать потери сахарозы в жоме. Говоря о зависимости {Л рЛГю} можно отметить, что эта связь также известна [122, 92, 115] и обусловлена тем, что при увеличении длины стружки приходится снижать величину отій качки для полного извлечения сахарозы из стружки.
Связь {Xgj Yg} не была выявлена в ходе экспертного опроса, ее наличие позволяет предположить, что длительность процесса диффузии влияет на потери сахарозы в жоме и интенсивность микробиологических процессов, что отражается на изменении рН диффузионного сока. В случае же связи [Х7;Х&} можно говорить, что чем больше сахарозы перейдет из стружки в диффузионный сок, тем ниже потери ее в жоме и выше чистота диффузионного сока. Следовательно, этот конфликт целесообразно не пытаться погасить, а поддерживать причем в сторону снижения потерь сахарозы в жоме (Xs). Анализируя конфликтную зависимость {Xj;XI0}, эксперты предположили, что ее наличие объясняется тем, что при увеличении откачки больше соединений экстрагируется из свекловичной стружки, что соответственно отражается на чистоте диффузионного сока.
Следует особо отметить связь \Х \ " "ш} так как в ходе анализа полученных результатов корреляционного анализа ряд экспертов усомнился в ее наличии. Однако, проведя ряд экспериментов, было сделано предположение, что эта конфликтная зависимость говорит о том, что с увеличением массы перерабатываемой свеклы откачку следует уменьшать, так как увеличивается нагрузка на технологическое оборудование на следующих стадиях технологического процесса.
Подобный анализ можно провести и для ядра сотрудничества (рисунок 3.3), полученного путем выделения корреляционной плеяды, характеризующейся положительными значимыми коэффициентами матрицы парных корреляций (таблица 3.3). Параметры технологического процесса, формирующие ядро сотрудничества, характеризуются положительным воздействием, которое оказывает их присутствие на технологическую систему. Рассматривая построенное ядро сотрудничества, следует отметить, что оно характеризуется большим количеством взаимосвязей, чем рассмотренные выше ядра конфликта. Это объясняется тем, что большинство параметров технологического процесса содействуют увеличению общей полезности технологической системы. Предлагается более подробно проанализировать внутригрупповые свойства построенного ядра сотрудничества. Связи Х,;Х5} и ГЛГрЛГЛ предполагают возможность при повышении качества сахарной свеклы, одним из показателей которого в частности и является ди-гестия, получать стружку большей длины и увеличить количество перерабатываемого сырья, соответственно. Наличие связей [Х2;Х5) и {Х2;Х10} объясняется тем, что и рН нормального сока и дигестия характеризуют качество свеклы, а откачка непосредственно зависит от качества свеклы. Этим же можно объяснить и связи [Х3;Xs), [Х3;ХЮ] и {Х4;Л"8}, то есть поражение перерабатываемой сахарной свеклы слизистым бактериозом (Ху) и наличие загнивших корнеплодов () напрямую отражается на ее качестве, от которого зависят и потери сахарозы в жоме (Xs), и откачка (Х[0). Зависимости {Х5;Х6}, {Х5;Х }, {XS\X9} и {XS;X9} известны [122, 92, 115] и были указаны еще на этапе экспертного опроса, и их выявление с использовани-ем построенной математической модели подтверждает ее адекватность. Наличие указанных связей в системе можно подтвердить тем, что чем выше качество свеклы, в том числе больше величина дигестии, и возможность более полного извлечения из нее сахарозы, тем ниже ее потери в жоме, снижается интенсивность микробиологических процессов в процессе диффузии и повышается рН диффузионного сока, соответственно больше сырья можно переработать. Помимо указанных зависимостей также была выявлена известная связь {Х8;Х10}, которая объясняется тем, что чем выше откачка, тем ниже потери сахарозы в жоме. Зависимость (Jf6; 10} не была выявлена в ходе проведения экспертного опроса, но ее наличие вполне возможно и для ее объяснения можно предположить, что чем больше откачка, тем меньше застойных зон в диффузионном аппарате, что снижает интенсивность микробиологических процессов и увеличивает рН диффузионного сока. Для автоматизированного проведения анализа ядер конфликта и сотрудничества, представляется целесообразной разработка информационной системы, представляющей аппарат для построения корреляционных плеяд по произвольному множеству контролируемых показателей технологического процесса свеклосахарного производства. В процессе анализа технологического процесса сахарного производства может возникнуть ситуация, когда между параметрами наблюдается эффект так на-зываемой ложной корреляции, механизм выявления которой подробно рассмотрен в п.3.2.1. При наличии ложной корреляции связь {Л ЛГЛ является наведенной, то есть возникающей вследствие их зависимости от других переменных (рисунок 3.4). Соответственно и отношение конфликта или сотрудничества {Х ХЛ в данном случае является ложным или наведенным.
Пакет прикладных программ для контроля и диагностики технологических процессов свеклосахарного производства
В случае если все указанные манипуляции выполнены верно, становится доступна кнопка 4, с помощью которой активируется процедура анализа стационарности функционирования технологического процесса. Значения, введенные в остальные поля, в данном случае не учитываются.
В случае если по результатам проведения анализа стационарности функционирования технологического процесса будет выявлен выход его из стационарного режима, пользователь имеет возможность выполнить диагностику причин возникновения этой ситуации. Для этого необходимо по завершению анализа стационарности процесса, не изменяя никаких из выбранных ранее значений, нажать кнопку 5. При этом запустится процедура диагностики причин выхода технологического процесса из стационарного режима, причем будет рассматриваться изменение значений параметров процесса между выбранными ранее сечениями.
Если необходимо провести поиск причин возникновения какой-либо конкретной ситуации в технологической системе вне зависимости от режима функционирования процесса, то необходимо проделать все те же операции, что и при подготовке к анализу стационарности функционирования технологического процесса и выбрать интересующую пару временных сечений рассматриваемого процесса. Затем, после нажатия кнопки 5, будут диагностированы наиболее вероятные причины возникновения сложившейся ситуации.
Для прогнозирования конечного состояния технологической системы свеклосахарного производства при изменении значения какого-либо параметра рассматриваемого технологического процесса необходимо открыть файл с исходными данными, сформировать вектор показателей для анализа, выбрать показатель для анализа и указать нужное временное сечение, аналогично тому, как это делалось для анализа стационарности функционирования технологического процесса. После чего нужно установить переключатель 10 в активное состояние и ввести новое значение анализируемого показателя 8. Если все указанные действия выполнены верно, то становится доступна кнопка 5, нажатие которой запускает процедуру прогнозирования конечного состояния технологического процесса свеклосахарного производства, которое с установленной вероятностью будет наблюдаться в технологической системе в случае, если анализируемый показатель будет иметь указанное значение.
Выходным интерфейсом разработанного программного пакета (рисунок 4.3), как и входным, служит MS Excel. Связь с этим интерфейсом имеют все блоки ППП, в том числе и блок предварительной обработки исходных данных. Это обусловлено тем, что для наиболее полного и качественного анализа полученных результатов инженеру-технологу свеклосахарного производства необходимо иметь не только конечную информацию о состоянии технологического процесса, но и промежуточные данные, на основании которых она получена. Например, значения первого и второго центральных моментов по каждому параметру процесса, матрицы парных корреляций, ряды информативности параметров процесса, значения статистических критериев, на основании которых принимаются или отвергаются гипотезы о стационарности функционирования технологического процесса и тому подобное. Основным критерием выбора MS Excel в качестве выходного интерфейса послужило то, что этот формат, в силу своей распространенности, поддерживается практически всеми й%/ои $-приложениями, что облегчает передачу полученных результатов в другие ППП для их дальнейшего анализа.
В общем случае функционирование разработанного ППП "Анализ технологического процесса" можно представить в виде функциональной схемы (рисунок 4.6), отражающей взаимодействие между его подсистемами. Каждый блок этой схемы представляет собой экранную форму разработанного 111111 "Анализ технологического процесса", а стрелки отражают возможные переходы между окнами. Подписи на стрелках означают название кнопки, которая активирует указанный переход управления, или показывают направление и тип передаваемой между блоками информации.
Так при нажатии пользователем кнопки 1 «Обзор» (рисунки 4.5-4.6) на экран выводится диалог открытия файла, содержащего исходные данные о рассматриваемом технологическом процессе свеклосахарного производства для проведе-4. ния анализа. При нажатии в окне диалога кнопки «Отмена» управление возвращается главному окну программы, при нажатии же кнопки «ОК», в случае если файл данных был выбран корректно, то производится его открытие и загрузка в программу исходных данных. Нажатие кнопок 4 «КонтрольСтационар» или 5 «Диаг-ностика&Контроль» запускает процедуры контроля стационарности функционирования рассматриваемого технологического процесса или диагностики причин (прогнозирования) состояния технологической системы, соответственно, с после-4 дующим выводом результатов в MS Excel. С помощью кнопки 7 «Справка» можно получить доступ к информационно-справочной системе, содержащей основную информацию о работе с ППП "Анализ технологического процесса" и использованных в нем математических методах. Для завершения работы с программой служит кнопка 6 «Закрыть».
Рассмотрев, таким образом, структуру и схему функционирования разработанного программного продукта для анализа технологического процесса предал ставляется целесообразным провести с его использованием вычислительный эксперимент, в ходе которого на реальных данных, характеризующих функционирование технологического процесса свеклосахарного производства, проверить правильность работы ППП "Анализ технологического процесса" и адекватность получаемых с его помощью результатов на примере ОАО «Ольховатский сахарный комбинат».
