Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНРІЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 11
1.1. Очистка сточных вод и пути ее реализации 11
1.1.1. Типы сточных вод 11
1.1.2. Методы очистки сточных вод 15
1.1.3. Проектирование технологической схемы очистки сточных вод. 19
1.1.4. Анализ существующих схем очистки 21
1.2. Поддержка принятия решений в задачах проектирования 25
1.2.1. Задачи систем принятия решений 25
1.2.2. Основные черты процессов принятия решений 27
1.2.3. Модели принятия решений .7~... 33
1.2.4. Варианты архитектуры СППР 48
1.2.5. Информационная технология поддержки принятия решения 52
1.3. Обработка и анализ данных в СППР 57
1.3.1. Уровни обработки данных 58
1.3.2. Очистка и согласование данных 59
1.3.3. Методы анализа данных 61
1.4. ВЫВОДЫ 70
1.5. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 71
^' 2. ПОСТРОЕНИЕ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СППР ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД 72
2.1. Методология поддержки проектирования и принципы построение СППР 72
2.1.1. Поддержка процесса проектирования 72
2.1.2. Поддерэюка принятия решений при проектировании систем очистки сточных вод 75
2.1.3. Метод принятия решения на основе прошлых ситуаций 77
2.1.4. Метод построения концептуальной схемы очистки 79
2.1.5. Состав системы проектирования 80
2.1.6. Организация хранения информации 81
2.1.7. Структура СППР 86
2.2. Функционирование СППР 88
2.2.1. Функциональные возможности СППР 88
2.2.2. Варианты работы СППР 90
2.2.3. Назначение и описание функционирования модулей системы 92
2.3. Выводы 92
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ БАЗ ДАННЫХ ПО ОБОРУДОВАНИЮ, СХЕМАМ И МЕТОДАМ ОЧИСТКИ -' СТОЧНЫХ ВОД 94
3.1. Построение информационной модели данных 94
3.1.1. Описание предметной области и построение концептуальной модели 94
3.1.2. Моделирование данных. 98
3.1.3. Построение информационно-логической модели 100
3.2. Проектирование системы баз данных 103
3.2.1. Создание физических моделей данных 103
3.2.2. База Данных «Оборудование» 105
3.2.3. База Данных «Схемы» 108
3.2.4. База данных «Методы» ПО
3.3. Информационно-поисковая система 111
3.3.1. Формирование запросов к базе данных 111
3.3.2. Управление базой данных «Оборудование» 112
3.3.3. Управление базой данных «Схемы» 115
3.3.4. Управление базой данных «Методы» 117
3.4. Выводы 117
4. ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В СИСТЕМЕ АНАЛИЗА ПРОШЛЫХ СИТУАЦИЙ 118
1.1. Общая концепция сходства 118
4.1.1. Основные понятия и определения 118
4.1.2. Определение величины отклонения для различных типов данных!22
4.2. Адаптация предварительного решения к новой ситуации 129
4.2.1. Формулирование задачи адаптации на основе концепции сходства 129
4.2.2. Генетический алгоритм минимизации критерия адаптации 130
4.3. Выводы 136
5. СОСТАВЛЕНИЕ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД 137
5.1. Определение метода обработки 137
5.1.1. Понятие вредных факторов вредных сточных вод 137
5.1.2. Стадии обработки сточных вод 141
5.1.3. Алгоритм выбора метода 145
5.2. Оценка полученных вариантов обработки 152
5.2.1. Экономическая оценка 152
5.2.2. Оценка эффективности очистки 154
5.2.3. Принятие решения по выбору схемы очистки 154
5.3. выводы 155
6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ 156
6.1. Подбор оборудования для очистки нефтесодержащих стоков 156
6.1.1. Состав стока автозаправочных предприятий 156
6.1.2. Формирования запроса и критерий отбора 157
6.2. Выбор схемы очистки сточных вод гальванического производства 160
6.2.1. Формулировка задачи 160
6.2.2. Состав стока гальванического производства 161
6.2.3. Выбор схемы очистки 162
6.2.4. Адаптация предложенной схемы 166
6.3. Составление концептуальной схемы очистки предприятия производства спирта 168
6.3.1. Характеристики стока и вредные факторы 168
6.3.2. Составление последовательности обработки 168
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 171
8. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 173
Введение к работе
Проектирование новых химико-технологических процессов, так же как и модернизация уже существующих технологий требует от разработчика наличия значительного инженерного опыта, творческого подхода, знаний предметной области, интуиции и часто подразумевает принятие решения по проектированию, базируясь на недостаточной или даже противоречивой информации. Разработка новых проектных решений - процесс длительный и трудоемкий, требующий моделирования, проведения экспериментов, тестирования опытных образцов. Однако многие проектные задачи являются похожими или содержат сходные элементы, которые могут быть применены при разработке нового процесса. Разработчику крайне сложно выявить похожие элементы проекта во всем объеме прошлых технологических решений, к тому же иногда сходства явно не заметны.
В таких условиях добиться ускорения процесса разработки и внедрения новых идей, технологических решений, оборудования и схем в промышленность возможно при использовании компьютерных систем поддержки принятия решения, анализирующих накопленный опыт процесса проектирования. Именно такие системы позволят на разных этапах разработки новых технологий быстро найти нужную информацию, применить ее к новой ситуации и выдать рекомендации по проектированию. Особенно актуально использование подобных систем для задач разработки новых технологических схем, а также выбора оборудования для очистки сточных вод промышленных предприятий.
В последнее время при развитии новых технологий, модернизации и реконструкции уже существующих предприятий существенное место стали занимать вопросы анализа негативного влияния производственной деятельности на состояние окружающей среды и выбора эффективных способов уменьшения или полной ликвидации этого влияния.
Отсутствие научной, технической, экономической и другой информации, необходимой для такого анализа, нередко приводит к усугублению экологических проблем и к обострению социальной напряженности, связанной с воздействием производственной деятельности на окружающую среду.
Современное состояние промышленности и экологическая ситуация в России требуют развития нового подхода к правильному и быстрому выбору схем очистки сточных вод. Стоки промышленных предприятий характеризуются многообразием и сильно отличаются по своему составу. Выдача рекомендаций по их очистке возможно только на базе всестороннего изучения состава стоков и анализа имеющихся технологий очистки.
К настоящему времени накоплен обширный теоретический и экспериментальный материал в области технологии очистки сточных вод от различных видов загрязнений, а также информация по типам очистного оборудования. Таким образом, для использования данного инженерного опыта актуальной является задача систематизации накопленных запасов информации, разработки эффективных методов обработки и анализа имеющихся данных.
В этой ситуации представляется чрезвычайно важной задача создания системы поддержки принятия решений при проектировании технологических схем очистки сточных вод промышленных предприятий, опирающейся на мощную базу данных новейшего оборудования и современных методов обработки. Она должна собрать в себе все новейшие достижения в области обработки стоков химических производств и помогать, таким образом, в проектировании экологически безвредных производств.
Система должна обеспечить инженерам-технологам, а также проектно-конструкторским бюро предприятий РФ возможность поиска необходимого очистного оборудования, выбрать решения среди готовых систем водоочистки и осуществить поддержку проектных работ по созданию новой технологической схемы очистки сточных вод. Такая система позволит значительно экономить затраты на экспериментальные исследования, трудовые затраты, технические ресурсы и время, необходимое для проектирования технологических схем очистки сточных вод промышленных предприятий.
Для достижения поставленной цели необходимо провести сбор, анализ и классификацию информации по оборудованию, технологиям, методам очистки сточных вод промышленных предприятий; разработать способ представления проектной информации; выработать методологию эффективного использования накопленного прошлого опыта; разработать архитектуру системы поддержки принятия решения и реализовать ее в виде конкретных модулей компьютерной системы.
В первой главе диссертационной работы представлен анализа видов сточных вод промышленных предприятий, сделан обзор существующих методов и технологий по их обезвреживанию. Представлен обзор работ в области создания систем поддержки принятия решения (СППР) и методов обработки и анализа данных. Проведен анализ представления данных в задачах химической технологии, отмечена их структурная сложность. Рассмотрены методы обработки и анализа информации при проектировании технологической схемы для очистки сточных вод. В соответствии с целью работы и на основании выводов, сделанных в результате анализа литературы, была сформулирована постановка задачи и намечены этапы ее решения.
Вторая глава посвящена процессу создания СППР и принципу ее работы. Она содержит описание методологии, лежащей в основе системы поддержки принятия решений при проектировании. В главе представлена общая структура СППР с описанием назначения и возможностей каждого модуля системы.
В третьей главе рассматривается процесс разработки информационной модели данных и проектирования баз данных по оборудованию, методам и технологиям очистки сточных вод. Дается описание структуры разработанной информационной среды, логической и физической структуры ее баз данных.
Четвертая глава посвящена описанию разработанной концепции сходства, которая составляет основу системы анализа прошлых ситуаций. В главе даны основные понятия разработанной концепции. Рассмотрен метод адаптации предварительного решения к новой ситуации. Описана компьютерная реализация методологии как системы анализа прошлых ситуаций.
Пятая глава содержит описание метода составления концептуальной схемы очистки на основе анализа стока, поступающего на очистку, и его реализации в виде модуля конструирования новых решений
В шестой главе приводятся примеры использования различных модулей и системы в целом для поддержки решения по проектированию технологии очистки сточных вод. Был произведен подбор оборудования для очистки ливневых стоков автотранспортных предприятий (мойки, АЗС) города Москвы. Также система была использована для подбора подходящей схемы очистки для кислотно-щелочного стока линии цинкования гальванического предприятия. Система поддержки принятия решений была протестирована на примере составления схемы очистки стоков комбината по производству спирта.
Разработанная система поддержки принятия решения при проектировании технологических схем очистки сточных вод позволяет значительно экономить затраты на экспериментальные исследования, трудовые затраты, технические ресурсы и время, необходимое для проектирования технологических схем очистки сточных вод промышленных предприятий.
Собранная информация в банках данных системы представляет отдельную ценность и может способствовать налаживанию контактов и установлению прочных связей между химическими предприятиями и организациями, занимающимися производством очистного оборудования.
Основные научные исследования и сбор информации выполнены в соответствии с заданиями Государственного комитета Российской Федерации по охране окружающей среды по теме «Формирование компьютерной базы данных природоохранных технологий и оборудования» (ИК 1.10-55-2000) и Департамента науки и промышленной политики г.Москвы «Научно-исследовательская разработка интеллектуально-информационной системы для проектирования технологических схем обезвреживания жидких отходов и создание нового универсального модуля для извлечения неорганических и органических загрязняющих веществ» (63-Т/02; 2003 год).
Автор выражает глубокую благодарность руководителям работы профессору Меньшутиной Н.В. и профессору Краславскому А. за предоставление ценных материалов, консультаций и полезных замечаний по диссертации. Также автор выражает свою признательность за существенную помощь в создании диссертации и замечания по работе, профессору Колесникову В.А, аспирантам Ветрову А., Лебедеву Е., Колесникову СВ., Шишулину Д.В., Корнеевой А.Е., Нижегородовой Т.А., а также доценту Гусевой Е.В.
