Авторефераты диссертаций >> Авторефераты по Информатике

Pages: |

| 2 |

Формализация задач управления комплексной утилизацией латексных стоков и отработанных сорбентов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Корчагин Михаил Владимирович

ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ

УТИЛИЗАЦИЕЙ ЛАТЕКСНЫХ СТОКОВ И ОТРАБОТАННЫХ

СОРБЕНТОВ

Специальность: 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (в химических технологиях, нефтехимии)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иваново - 2009

Работа выполнена на кафедре информационных и управляющих систем ГОУ ВПО «Воронежская государственная технологическая академия»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Битюков Виталий Ксенофонтович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Колыбанов Кирилл Юрьевич

доктор технических наук, доцент

Невский Александр Владимирович

Ведущая организация: ГОУ ВПО Тамбовский государственный

технический университет, г. Тамбов

Защита состоится « 2 » ноября 2009 г. в 10.00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д_212.063.05 при ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу 153000, г. Иваново, пр. Ф.Энгельса, 7, аудитория Г-205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного химико-технологического университета.

Автореферат разослан « » сентября 2009 г.

Ученый секретарь совета Д_ 212.063.05,

доктор физико-математических наук,

профессор Зуева Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Защита окружающей среды в условиях возрастающего синергетического эффекта техногенного воздействия крупнотоннажных производств синтетических каучуков, нефтехимии, энергетики требует создания новых рычагов для восстановления экологического равновесия.

Генезис технологий рациональной утилизации производственных отходов (ПО) традиционными методами не позволил на сегодняшний день достичь устойчивой экологической ситуации. Промышленному внедрению новых комплексных объектов утилизации препятствует конфликт экологической и экономической эффективности. В условиях рыночной экономики переработка ПО, как объект финансовой ответственности, не является центром инвестиций и инноваций, т. к. отсутствуют механизмы формального управления, а сроки окупаемости экологических проектов зачастую не удовлетворяют потенциальных инвесторов.

Формализация объектов совместной утилизации ПО химических производств затрагивает ряд важных взаимосвязанных и взаимоисключающих проблем:

максимальное устранение негативного воздействия на окружающую среду при минимальных затратах;
использование рекуперативных или деструктивных методов при очистке сточных вод (СВ);
минимальное потребление энергоресурсов при максимальном наполнении полимерных систем (ПС);
обеспечение ресурсосбережения при создании высоких эксплуатационных показателей резино-технических изделий на основе ПС, получаемых из отходов с различных производств;
получение наполненных ПС при обеспечении производственной и экологической безопасности.

Управление объектами утилизации осложняется неполнотой информации и отсутствием информационных моделей, характеризующих системные связи и отношения, закономерности функционирования стадий комплексной утилизации ПО в составе химико-технологических систем (ХТС). Актуальной задачей является разработка методов управления ХТС утилизации ПО, имеющих высокую эколого-экономическую эффективность в условиях нечеткой и неполной информации о ПО, как о сырье для получения ПС заданной степени наполнения.

Исследования проводились в рамках госбюджетной НИР «Разработка и совершенствование математических моделей, алгоритмов регулирования, средств и систем автоматического управления технологическими процессами» (№ г.р. 01960007315).

Целью работы является формализация задач выбора и принятия технологических решений для управления объектами и стадиями комплексной утилизации ПО в составе ХТС.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. Декомпозиция системных связей и анализ закономерностей функционирования объектов совместной утилизации ПО с учетом особенностей предприятий нефтехимической промышленности, ориентированная на повышение эффективности управления с использованием современных методов сбора и обработки информации;

2. Системный анализ и формализованная постановка задач оптимального эколого-экономического управления объектами совместной утилизацией отходов для их развития и реализации в виде гибкой ХТС;

3. Синтез интеллектуальной экспертной системы (ЭС), системы технологической подготовки производства (СТПП) и системы поддержки принятия технологических решений (СППР), агрегированных в едином информационном пространстве;

4. Программная реализация и апробация ЭС, СТПП, СППР как формальных систем выбора и принятия решений в задачах управления и производственного планирования в ХТС комплексной утилизации ПО.

Научная новизна.

1. Выявлены бинарные отношения конфликта деструктивных и рекуперативных стадий комплексной утилизации отработанных сорбентов и «латексных» стоков в производстве наполненных ПС, позволяющие формализовать в виде гиперструктурного графа топологическую модель ХТС с инвариантными свойствами аппаратурного оформления.

2. На эколого-экономическом уровне иерархии управления ХТС рассмотрены конфликтующие критерии оптимизации экологической и экономической эффективности выбора в СТПП технологических решений, представляющих собой стратегии последовательных воздействий в виде вектора управления, составляющими которого, в отличие от известных, являются: соотношение компонентов в наполненной ПС, модификация полимерной фазы и степень снижения воздействия на окружающую среду.

3. На эколого-технологическом уровне ХТС логико-лингвистическое моделирование позволило синтезировать СППР для идентификации целевых параметров утилизации ПО, отличающихся от известных взаимосвязью эффективности очистки СВ по ХПК, качества наполненной ПС (оцениваемое пластичностью по Карреру и вязкостью по Муни), степени наполнения ПС и соотношения утилизируемых ПО.

4. Синтезирована ЭС экстраполяции оценок технико-экономических показателей утилизации ПО, позволяющая, в отличие от известных, выделить конфликтующие рекуперативные и деструктивные стадии получения ПС заданной степени наполнения.

Практическая значимость работы состоит в комплексной иерархической реализации ЭС, СТПП, СППР в задачах управления утилизацией ПО, формализованных в структурно-параметрическом и инфографическом описании для ХТС, на экологическом, экономическом и технологическом уровнях иерархии многомерной информационной модели.

ЭС, нечеткая база правил получения ПС с разной степенью наполнения в зависимости от соотношения утилизируемых ПО в СППР, бизнес моделирование производственного планирования утилизации ПО апробированы в опытно-промышленных условиях, что подтверждается актами испытаний на ОАО «Балаковорезинотехника», Воронежском филиале ФГУП НИИСК, ООО «СОВТЕХ», ООО «Курск РПИ» программных продуктов и полученных ПС с использованием автоматизированной обработки экспертной информации.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на: международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ-19 (Воронеж, 2006), ММТТ-21 (Саратов, 2008), VIII Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза 2008), VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Информационные технологии и математическое моделирование» (Анжеро-Сунженск, 2008), VII Всероссийской научно-практической конференции «Молодежь и современные информационные технологии» (Томск, 2009).

Публикации. По результатам исследований опубликованы 15 работ, в т. ч.: 5 статей (из них 3 – в журналах, рекомендованных ВАК), 6 тезисов докладов на конференциях, получены 3 патента РФ на изобретение, зарегистрирован программный модуль в ВНТИЦ.

Структура и объем работы. Объем диссертации – 179 страниц. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Содержание работы изложено на 152 страницах и поясняется 38 рисунками и 18 таблицами, библиографический список содержит 223 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель работы, изложены научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

В первой главе «Анализ объектов и методов управления при утилизации промышленных отходов» проведен анализ источников вторичных ресурсов, современных технологий и аппаратурного оформления стадий получения эластомерных композиций при использовании ПО. Акцентировано внимание на отходах крупнотоннажных производств: синтетических каучуков, нефтехимии, энергетики. Установлено, что совместная утилизация отходов с различных производств позволяет одновременно решить ряд важных задач:

1) устранить негативное влияние их на окружающую среду;

2) создать дополнительный источник вторичных ресурсов;

3) организовать комплексную утилизацию при производстве наполненных ПС с удовлетворительными технико-экономическими показателями.

В условиях отсутствия экологических стандартов качества анализ технологий сбора, хранения и обработки информации в экологически-ориентированной кибернетике позволил обосновать выбор:

- методов обработки информации, имеющих высокую результативность в условиях нечеткой и/или неполной исходной информации об отходах;

- теоретико-множественных и теоретико-информационных методов анализа, выбора и принятия решений в условиях технологической неопределенности;

- методов и алгоритмов интеллектуального агрегирования данных и знаний для поддержки принятия решений.

Во второй главе «Разработка морфологического пространства технологических решений для использования ПО отходов в качестве вторичного сырья» синтезированы комплексные структурно-функциональные схемы получения высоконаполненных ПС.

В качестве источников вторичного сырья при получении наполненных ПС целесообразно использовать:

полимерную фазу «латексных» стоков;
загрязняющие вещества (ЗВ) высококонцентрированных стоков со стадии выделения эмульсионных каучуков;
отработанные активированные угли (ОАУ);
отработанные ионообменные смолы (ОИС);

Комплексная структурно-функциональная схема получения высоконаполненных ПС при использовании ОАУ (рис. 1) содержит технологические стадии: В – выделене; КС – конвективная сушка; О – озонирование; СО – сорбционная очистка; МО – мебранная очистка; МН – модификация поверхности наполнителя.

Комплексная схема получения-2

Рис. 1. Комплексная схема получения высоконаполненных ПС

Материальные потоки: 1 – «латексный» сток; 2 – коагулянт; 3 – пластификатор; 4 – ОАУ; 5 – поверхностно-активные вещества (ПАВ); 6.0 – влажная наполненная ПС; 6.1 – СВ; 7 – высоконаполненная ПС; 7.1 - воздушные выбросы (ВВ); 8 – очищенные ВВ; 9.0 – очищенные ОАУ, 9.1 – водная суспензия ОАУ; 10 – техническая вода; 10.1 – раствор коагулирующего агента; 11 – устойчивая суспензия ОАУ.

Стадии получения высоконаполненных ПС находятся в некоторых отношениях: , где - обозначение конфликта подсистемы с (характеризующих взаимодействия стадий в виде параллельного и каскадного соединений, замыкания обратной связи). Конфликт вырождается в бинарные отношения Слейтора: сотрудничества подсистем >: , независимости или безразличия : . Отношения Парето задаются нестрогими неравенствами. Возможна ситуация , где - обозначение несравнимых подсистем, - функция полезности (критерий качества) стадии в присутствии в технологической структуре стадии , - функция полезности при отсутствии в технологической структуре. Тогда конфликт примет вид:

где - безусловный конфликт технологических подсистем, когда , - частичный конфликт технологических подсистем .

Поэтому или образуют полную группу для экспертизы технологического решения, что удобно для нормирования функций принадлежности, очевидно также и то, что .

Бинарные отношения конфликта ,, технологических подсистем заданы матрицами смежности , порядка , , порядка , , порядка для подграфов ориентированного графа - рис. 2, образуют гиперструктуру ХТС:

(2.4.12)

где - множество вершин графа ХТС;

- множество дуг, t – дискретное время;

причем ,, если и ,,,

где -производная по системе.

По вершинам графа вычисляются (1,2) степени воздействия подсистемы на другие подсистемы в виде сумм и степень воздействия других подсистем на в виде суммы .

	(1) (2) (3) (4)
Рис. 2. Граф гиперструктуры ХТС

где - матрица инценденций порядка ориентированного графа , , - полустепени исхода и захода соответственно (3,4).

В табл. 1 показана матрица смежности графа и соответствующие подсистемам вершины - технологические стадии (- модификация полимерной фазы; - модификация наполнителя; - коагуляция; - сушка; - механо-термическое обезвоживание; - сорбционная очистка; - биологическая очистка; - мембранная очистка; - озонирование; - термокаталитическое обезвоживание). Характеристики бинарных отношений ,,, рассчитанные по формулам 1 - 4.

Структурно-топологическими характеристиками в ХТС могут быть степень централизации (5), структурная избыточность (6), структурная компактность, выраженная диаметром структуры (7) и структурной близостью (8), см. табл. 1,2:

(5)