Введение к работе
Актуальность работы. Стратегия развития стекольной промышленности такова, что способ термического формования листового стекла как наиболее перспективный, вытесняет остальные способы его производства, но при этом именно технологическое оборудование, реализующее флоат-процесс, является наиболее проблемным источником причин возникновения аварийных ситуаций (АС). Поскольку простои производства обходятся очень дорого, а сопровождающие их ошибки диагностики усугубляют эту ситуацию, то ведущие производители стекла в качестве одной из приоритетных задач развития производства рассматривают создание систем поддержки принятия решений (СППР), способных обеспечить оперативный и достоверный поиск причин АС, возникающих на этапе формования. В свою очередь разработка такого рода СППР требует развития прикладных аспектов теории управления, методов и теоретических положений сложных человеко-машинных систем, технической диагностики, а также современных информационных и компьютерных технологий.
Большой вклад в теорию и практику управления сложными человеко-машинными системами внесли Прагнишвили И.В., Клыков Ю.И., Ковалев С.М., Ларичев О.И., Поспелов Д.А., Поспелов Г.С., Попов Э.В., Уинстон П., Уотермен Д. и др.
Методам распознавания АС, возникающих при производстве листового стекла, и причин, их порождающих, посвящены работы Макарова Р.И., Хорошевой Е.Р., Беспалова В.П., Ефременкова В.В., Королева А.И., Левитина Л.Я., Маневича В.Е., Субботина К.Ю., Панковой Н.А., Hilton M. и др. отечественных и зарубежных ученых.
Тем не менее, круг нерешенных проблем в этой области еще достаточно широк, а разработанный научно-методический аппарат имеет ограниченные возможности по формализации технологического процесса (ТП) формования ленты стекла из-за многосвязности и разнородного характера факторов, влияющих на его протекание и качество продукции. Поэтому на практике идентифицировать причины АС, возникающих при формовании листового стекла, приходится на основе накопленного опыта и интуиции технического персонала, что негативно сказывается на достоверности и оперативности их поиска и, в итоге, – на эффективности производства.
В силу данных обстоятельств научно-техническую задачу по разработке новых моделей и алгоритмов, обеспечивающих повышение достоверности и оперативности идентификации причин АС при формовании листового стекла на основе автоматизации процесса поиска следует считать актуальной и практически востребованной.
Цель работы – разработка моделей и алгоритмов автоматизированного поиска причин аварийных ситуаций при формовании листового стекла для повышения достоверности и оперативности их идентификации, а также принятия и реализации адекватных и эффективных управленческих решений по их устранению.
Объект исследования – технологический процесс формования листового стекла флоат-способом.
Предмет исследования – автоматизация поиска причин АС при формовании листового стекла флоат-способом.
Для достижения поставленной цели в диссертации были решены следующие задачи:
проведен системный анализ ТП формования листового стекла с целью выявления причин, порождающих АС, и выполнена его декомпозиция на основе причинно-следственных комплексов (ПСК);
проведен анализ состояния теории и практики поиска причин возникновения АС при производстве листового стекла флоат-способом;
выполнена математическая постановка задачи поиска причин АС при формовании листового стекла и разработан метод ее решения на основе ПСК и продукционной базы знаний (БЗ);
разработан новый подход к структурированию продукционной БЗ и алгоритм логического вывода, которые обеспечивают более быстрый поиск причин аварийных ситуаций по сравнению с существующими способами;
разработаны состав и структура программно-информационного комплекса и СППР, реализующих предложенный алгоритм поиска причин АС.
Методы и средства исследования. В основу исследований положены методы системного анализа, математического моделирования, теории множеств, теории принятия решений, теории причинно-следственных комплексов, математической логики и теории графов.
Предложенные БЗ и алгоритм поиска причин АС протестированы на материалах расследований АС и данных, зафиксированных в оперативно-диспетчерской документации ОАО «Саратовстройстекло».
Научная новизна работы заключается:
в декомпозиции ТП формования листового стекла, проведенной на основе системного анализа, при которой обеспечивается разработка моделей и алгоритмов поиска причин АС с использованием ПСК;
в моделях и алгоритмах автоматизированного поиска причин АС, разработанных на основе ПСК и позволяющих идентифицировать причины АС в условиях неполной и неточной информации о состоянии ТП;
в новом подходе к структурированию продукционной БЗ и разработанном на его основе алгоритме логического вывода, который обеспечивает более быстрый поиск причин АС по сравнению с существующими способами.
Достоверность и обоснованность результатов. Достоверность полученных результатов и рекомендаций обеспечивается строгой структурно-логической схемой исследований, приемлемыми допущениями, которые сделанные в работе, а также корректным применением методов системного анализа, математического моделирования, теории множеств, математической логики и теории графов. Кроме того, полученные результаты подтверждаются апробацией математических моделей и алгоритмов в составе действующих АСУ ТП стекольных предприятий.
Выносимые на защиту результаты. В соответствии с целью работы получены следующие результаты, которые выносятся на защиту:
проведенная на основе системного анализа декомпозиция ТП формования листового стекла, обеспечивающая разработку моделей и алгоритмов поиска причин аварийных ситуаций с использованием ПСК;
разработанные на основе ПСК новые модели и алгоритмы автоматизированного поиска причин аварийных ситуаций, позволяющие достоверно идентифицировать причины аварийных ситуаций в условиях неполной и неточной информации о состоянии ТП;
новый подход к структурированию продукционной БЗ и разработанный на его основе алгоритм логического вывода, обеспечивающий более быстрый поиск причин аварийных ситуаций по сравнению с существующими способами.
Практическая значимость работы. Предложенные модели и алгоритмы позволяют на их базе разрабатывать СППР, способные обеспечить оперативную и достоверную идентификацию причин АС при формовании листового стекла. Их включение в состав АСУ ТП повышает оперативность и обоснованность принимаемых управленческих решений, что способствует снижению ущерба, вызываемого АС при формовании листового стекла. Полученные научные результаты обладают достаточной универсальностью и могут быть адаптированы для решения широкого круга производственных задач стекольных предприятий, что подтверждается экспертным заключением.
Реализация и внедрение результатов исследований. Основные результаты диссертационной работы внедрены в структурных подразделениях ОАО «Саратовстройстекло» при участии инжиниринговой организации «АМастер», а также нашли применение в лекционных курсах, лабораторных работах, курсовых и дипломных проектах для студентов специальности 220200 «Автоматизированные системы обработки информации и управление» в Саратовском государственном техническом университете имени Гагарина Ю.А. Представленные результаты являются составной частью фундаментальных научных исследований, выполняемых Институтом проблем точной механики и управления РАН (№ гос. регистрации 0120 0 803005). Работа выполнена при поддержке гранта МОН РФ № 02.740.11.0482.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 10-й Международной научно-технической конференции «Кибернетика и высокие технологии XXI века» (Воронеж, 2009), Международной научно-технической конференции «Компьютерные науки и информационные технологии» (Саратов, 2009), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий 2010» (Саратов, 2010), VII Всероссийской школе-конференции молодых ученых. (Пермь, 2010), ХХIV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-24» (Саратов, 2010), а также на научных семинарах лаборатории системных проблем управления и автоматизации в машиностроении Института проблем точной механики и управления РАН (Саратов, 2008-2011).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, из которых 5 в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы составляет 176 страниц, включая 35 рисунков, 5 таблиц, 52 страницы приложения. Список использованной литературы включает 141 наименование.
