Введение к работе
Актуальность проблемы. Процесс сушки является одним из самых энергоемких процессов химической технологии, кроме того, для многих производств - это завершающий процесс, определяющий качество готового продукта. Поэтому большое значение имеет разработка оптимальной технологии процесса сушки, что позволит повысить качество, сократить продолжительность процесса, улучшить условия хранения продукта, сберечь материальные и энергоресурсы, решить проблемы экологии.
К настоящему времени накоплен обширный теоретический и экспериментальный материал в области технологии сушки. В связи с этим возникает проблема структурной упорядоченности и усвоения накопленных запасов информации в данной области знаний, разработке эффективных критериев сравнительной оценки альтернативных вариантов с целью выявления наиболее оптимального.
Проблема выбора способа сушки на основании экспериментальных исследований с учетом требований к конечным характеристикам материала, технологии производства, а также вопросов охраны труда и экологической защиты окружающей среды, является плохо определенной, трудно поддающейся формализации задачей, связанной во многом не с количественными, а с качественными оценками применения того или иного альтернативного варианта. Большое число фактов, влияющих на выбор способа сушки, многие из которых не поддаются формализации, и огромное разнообразие использующейся в производстве сушильной техники затрудняют процесс проектирования новых сушильных технологий.
В связи с вышесказанным, актуальной задачей является анализ и систематизация знаний в области сушки и на их основе разработка современной компьютерной интеллектуальной информационной системы, позволяющей выбирать и рассчитывать сушильное оборудование, а также оптимизировать процессы сушки.
Такая система будет способствовать ускорению темпов проектирования технологических процессов, сокращению объемов необходимых экспериментальных исследований и разработке новых высокоэффективных технологий сушки.
Основные научные исследования выполнены в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ АН РФ по направлению "Теоретические основы химической технологии", а также совместные работы с Воронежским научно-исследовательским институтом синтетического каучука и Воронежским заводом СК.
Цель работы. Основная цель работы заключалась в создании эффективной интеллектуальной информационной системы по расчету и выбору сушильного оборудования в сочетании с принципом объектно-
ориентированного моделирования процессов сушки. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
разработка общей структуры информационной системы;
создание системы экспертных оценок для выбора сушильных аппаратов;
разработка структур баз данных, предусмотренных данной информационной системой:
базы данных по существующему сушильному оборудованию;
базы данных по основным свойствам материалов - объектов сушки;
базы данных по основным производителям сушильного оборудования, как у нас в стране, так и за рубежом;
разработка экономического критерия по оценке эффективности выбранного сушильного оборудования;
использование принципов объектно-ориентированного моделирования для описания процессов сушки в аппаратах с активной гидродинамикой.
Научная новизна. Разработана структура интеллектуальной информационной системы по выбору сушильного оборудования. Данная система позволяет эффективно осуществлять выбор способа сушки и типа аппаратурного оформления, что значительно сокращает время и качество проектных работ.
Разработаны оригинальные структуры баз данных, входящих в основную информационную систему: базы данных по свойствам материалов - объектов сушки, базы данных по типам современного сушильного оборудования и базы данных по его отечественным и зарубежным производителям.
Разработана система экспертных оценок для выбора типа сушильных аппаратов.
Разработаны модели различных видов распылительных сушилок на основе принципов объектно-ориентированного моделирования, заключающийся в декомпозиции системы термогидромеханических уравнений и в блочном представлении кинетики, гидродинамики, тепло- и массообмена, граничных и начальных условий, геометрии аппарата, гибком соединении блоков (на базе новейших программных продуктов) и многократном их использовании при моделировании различных сушилок.
Разработан экономический критерий по оценке эффективности процесса сушки и выбранного сушильного оборудования, включающий капитальные и эксплуатационные затраты.
Практическая ценность. Разработанная информационная система позволяет осуществлять эффективный выбор способа сушки и типа сушильного оборудования для широкого класса материалов - объектов
сушильной технологии. Данная система позволяет значительно экономить трудовые затраты и время, необходимые для разработки стадий сушки многих производств и для проектирования аппаратурного оформления.
Использование и развитие принципов объектно-ориентированного моделирования сушки в рамках данной интеллектуальной информационной системы позволяет унифицировать процесс разработки и использования математических моделей для различных условий, материалов и способов сушки.
В рамках данной системы разработан удобный и доступный для широкого круга пользователей интерфейс, который обеспечивает простоту и эффективность диалога в режиме "online".
Разработанная база данных по основным производителям сушильного оборудования позволяет сократить затраты на внедрение выбранных технологий сушки и аппаратов в различные отрасли промышленности, в результате чего информационная система в целом приобретает дополнительную привлекательность в условиях рынка научных исследований.
Программное обеспечение данной системы внедрено в ряде предприятий и научно-исследовательских институтах (Воронежский научно-исследовательский институт СК, НЛП "Беларт" и др.). Экономический эффект от внедрения данной экспертной системы составил 250000 руб/год.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: IX Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-95», Москва, 1995; Международной конференции "Математические методы в химии и химической технологии <ММХ-10>", Тула, 1996; «Process Control RIP-96», Pardubice, June, 1996; X Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии «МКХГ-96», Москва, 1996; International Meeting on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology «ACHEMA'97», Germany, Frankfort-on Main, June 9-14, 1997; The Second Asian Control Conference «ASCC'97», Seoul, Korea, 22-25 June 1997; Proceedings of the 11th International Drying Symposium «IDS'98», Halkidiki, Greece, August 19-22, 1998; Proceedings of the 2nd Conference on Process Integration, Modeling and Optimization for Energy Saving and Pollution Reduction «PRESS'99», Budapest, Hungary, May 31 - June 2,1999.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения. Основной материал изложен на / У страницах машинописного текста, содержит З У рисунков, таблиц. Список литературы содержит /3 наименований.
