1.3 Заключение

В заключении изложим на основе ВА, функционирующем в реальном времени, решена задача экстремального управления. Разработанное специальное программное обеспечение, осуществляющее взаимодействие с PHD-сервером, а так же с базой данных качества продуктов заводской лаборатории (LIMS), значительно упростил задачу. Получен экономический эффект от внедрения ВА. На рисунке 1.7 показано, что достигнуто 25%-ое снижение энергозатрат (потребление колонной перегретого водяного пара S).

Рисунок 1.7 – Сравнительный анализ режимов функционирования колонны до и после внедрения ВА

2 Модель и методы описания сложного производственного объекта в условиях неопределенности

В работе рассмотрена проблема моделирования сложных производственных процессов в условиях недостаточности и неточности информации, описаны особенности формализации качественной информации на основе теории нечетких множеств, предложена нечеткая модель оценки температуры выпуска металла.

2.1 Введение

Для многих производственных объектов технологические взаимосвязи процессов и параметров очень сложны и трудно формализуемы. При их моделировании возникает проблема преодоления неопределенности, связанной с ограниченной наблюдаемостью и изученностью технологических процессов, присутствием в контуре управления человека. Вместе с тем имеется большой практический опыт управления такими объектами, методы расчета отдельных параметров технологических процессов, разработаны и применимы с удовлетворительной точностью модели отдельных подсистем.

Эффективным способом преодоления проблем неопределенности, является привлечение и обработка наряду с уже имеющейся, дополнительной качественной информации, представляющей собой знания, суждения специалистов-экспертов. Данный подход предполагает построение модели сложного производственного объекта на основе комбинированной информации: это могут быть значения физических измеряемых величин, теоретические сведения, оценки по применяемым на практике функциональным зависимостям, интуитивные, размытые оценки на основе эвристик, эмпирических правил.

2.2 Моделирование сложных производственных объектов в условиях неопределенности

Получение и использование комбинированной информации при системном моделировании сложных производственных объектов, требует решения вопросов ее формализации и представления в универсальной форме.

Эффективным средством является аппарат теории нечетких множеств, он позволяет математически описать качественную информацию, представляющую собой знания и суждения специалистов-экспертов об исследуемом объекте.

2.3 Диалоговая нечеткая модель прогнозирования температуры металла в сталеразливочном ковше

Прогнозирование температуры металла в сталеразливочном ковше (СК) на любом временном отрезке при его прохождении от конвертера до машины непрерывного литья заготовки (МНЛЗ) является важной производственной задачей, решение которой затрудненно.

На температуру металла в СК оказывают влияние множество технологических факторов, причем влияние большинства из них нестабильно и трудно предсказуемо.

Среди факторов, оказывающих наибольшее влияние потери тепла, выделяют тепловое состояние футеровки СК. Этот вопрос является молоизученным и вызывает трудности при расчете температурных характеристик СК. Помимо этого задачу осложняет неполнота доступной информации о некоторых физико-химических свойствах металла и шлака.

Возможным выходом в такой ситуации является использование комбинированной информации в виде результатов расчета балансов, теоретических основ термодинамики и суждений специалистов.

При построении модели мы руководствовались следующими принципами :

- там, где это возможно, для оценки параметров используются существующие модели, дающие точность результата, устраивающую специалист-эксперт. Например, для оценки химического состава металла и шлака будем использовать результаты расчета материального баланса плавки;

- специалист-эксперт (технолог), имея в своем распоряжении показания приборов, различные мнемосхемы и графики, теоретические знания, а также анализируя поведения косвенных параметров, может сделать приблизительный вывод о значении неизвестного показателя.

Исходя из анализа изменения температуры металла а так же проведенного экспертного опроса для формального описания проблемы расчета температуры металла в СК на участке “конвертер-установка внепечной обработки стали (УВОС)”, были выбраны переменные, указанные в таблице 2.1.

Все переменные модели рассматриваем как лингвистические.

В качестве значений входных переменных (Х1, Х7-Х24) Разработанная нечеткая модель может использовать данные замеров, так и результаты их оценки по материальному балансу.

Все параметры, описывающие рассматриваемый процесс в той или иной степени содержат неопределенность.

Длительность выдержки (Х2) металла в конвертере и транспортировки СК (Х25) определяются в большей степени факторами организационного характера, например ожидание СК, неготовность агрегата к приему плавки. Здесь неопределенность связанна с многокритериальной зависимостью длительности пребывания плавки на технологических этапах.

Неполнота информации для оценки параметров ZZ1-ZZ25 связана с недостаточной изученностью зависимости теплофизических свойств от температуры и химического состава металла.

Таблица 2.1 – Переменные модели прогнозирования температуры металла в СК на участке “конвертер-УВОС”

Сталевар оценивает износ сталевыпускного отверстия (Х4) по количеству образовавшихся колец на футеровке конвертера и делает приближенную оценку типа “умеренный” – “около 1,5 мм”, “большой” - ”около 2-3 мм”. Здесь неопределенность заключается в размытости лингвистических оценок.

Было выявлено, что температура выпуска, которая заносится в паспорт плавки, в некоторых случаях не соответствует реальной. В паспорт заносят температуру последнего замера, а время нахождения плавки в конвертере от последнего замера до выпуска, в течении которого происходят дополнительные тепловые потери, не учитывается. В связи с этим предлагается ввести переменную Z1 – температура на выпуске, обусловленная плавкой, которая отражает влияние X2 – длительность выдержки перед выпуском. Причем это влияние технологи оценили как “приблизительно 0,5-1,5 /мин”.

Длительность выпуска (Z2) оценивается сталеваром по состоянию сталевыпускного отверстия, длительности выпуска предыдущей плавки и исходя из собственного опыта.

Расчет температуры ликвидус (Z3) вызывает трудности, так как на ее значение оказывает влияние большое количество факторов, основными из которых являются содержание химических элементов в металле и условия их взаимодействия. В условиях отсутствия универсальной формулы технологами принята следующая методика оценки температуры ликвидус:

,

где - температура плавления чистого железа, ; - коэффициент приведения температуры плавления чистого железа (вводится, если применяется температура плавления, отличная от приведенной выше); - коэффициент значимости для соответствующего i-го элемента, содержащегося в данной марке; [i] – содержание i-го элемента в данной марке стали, %.

Для оценки потерь тепла в зависимости от расхода ТШС (Z4), использовалась методика снижения температуры металла после ввода ТШС:

,

где - затраты тепла на нагрев ТШС до температуры разложения известняка, кДж; - затраты тепла на разложение известняка, кДж; - затраты тепла на расплавление смеси и нагрев до температуры стали, кДж; - затраты тепла на нагрев до температуры стали, кДж; 0,836 – теплоемкость стали, кДж/(кг*К); m – масса плавки, кг.

Для оценки Z2, ZZ1, ZZ4 и ZZ5 были разработаны правила условного логического вывода, имитирующие рассуждения специалиста-эксперта.

В качестве примера приведем фрагмент нечеткого отображения , отражающего зависимость между планируемой длительностью выпуска предыдущей плавки от износа сталевыпускного отверстия , его диаметра и длительности выпуска предыдущей плавки . Результаты экспертного опроса приведены в таблице 2.2.

Предложенная нечеткая модель используется в рамках разрабатываемой нами диалоговой системы прогнозирования температуры металла в СК на всех участках технологического маршрута “конвертер-МНЛЗ”. К настоящему времени разработан программный модуль расчета тепловых потерь температуры металла в СК на участке “конвертер-УВОС”.