автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизированная система управления основными материальными потоками свеклосахарного производства

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

ГОЛЬДЕНБЕРГ Сергей Петрович

УДК 664.1.012-52.001.57:681.3/043.3/ +664.1.012.011.56/043.3/

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫМИ МАТЕРИАЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.13.07 — Автоматизация технологических процессов и производств пищевой промышленности

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

( *

(

! Москва —1990

Работа выполнена в Московской ордена Трудового Красного Знамени технологической институте пищевой промышленности^'

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, член-корреспондент АН ООСР О.И. Авен

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РСФСР Кривоносов А.И. кандидат технических наук, старший научный сотрудник Моисеенко Г.Б. Ведущая организация:

Всесоюзный научно-исследовательский институт системных исследований

Защита состоится " " О/смх^рЯ- 199 -О года на заседании специализированного Совета К. 063.51.01 при Носков-скоп ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте пищевой промышленности по адресу: 125060 Москва, Волоколамское шоссе, д. II*

С диссертацией мохно ознакомится в библиотеке МТИПП.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета к.т.н., доцент

Н.Л. Кузнецова

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОМ

Актуальность работы. Коренная перестройка народного хозяйства требует интенсификации производства и широкого внедрения достижений науки и техники. Это утверждение в полной мере относится к сахарной промышленности, которую не без оснований называют тяжелой индустрией пищевой промышленности.

В Советском Союзе более 300 сахарных заводов мощностью от I до 9 тыс. тонн перерабатываемой сахарной свеклы в сутки. Это составляет примерно одну треть всех свеклосахарных заводов мира.-Продукция же отечественной сахарной промышленности не превышает 9* от мирового объема производства сахара. Потери сахара в производстве на отечественных сахарных заводах почти вдвое превышают потери на современных сахарных заводах мира. Это говорит о том, что до сих пор не решены многие важные проблемы отечественного сахарного производства, в том числе одна из основных проблем: реализация наиболее эффективных схёи и режимов процесса производства сахара-песка на основе оптимального управления основными материальными потоками свеклосахарного производства.

Значительный вклад в изучение вопросов управления материальными потоками свеклосахарного производства внесли видные отечественные и зарубежные ученые: П.М. Силин, А.Р. Сапронов, М.Я. Азри-левич, A.A. Шльшанский, Б.А. Еременко, С.И. 1улый, Я.Н. Таварт-киладзе, Н.И. Спинул, В.И.' Тужилкин, А.И. Сорокин, P.A. Мак-Дкин-нис, К. Вагнеровски, Д. Шлипхаке и др".

Однако до сих пор не выработаны научно обоснованные подходы к определению схем и режимов оптимального управления основ-нши материальными потоками свеклосахарного производства в целом. Отсюда вытекает актуальность поставленной в настоящей диссертаци-

онной работе научной проблемы синтеза оптимальных схем и режимов процессов свеклосахарного производства. Для ее решения в настоящее время сложились необходимые предпосылки: накоплен обширный экспериментальный материал, получила широкое распространение теория математического моделирования технологических процессов на ЭШ, больших успехов достигла наука оптимизации технологических процессов, созданы надежные и доступные для производства микропроцессорные средства вычислительной техники, значительно возрос уровень квалификации персонала сахарных заводов.

Делыо работы является повышение эффективности работы предприятий сахарной промышленности за счет рационального использования сырьевых и других материальных ресурсов на основе совершенствования системы управления основными материальными потоками свеклосахарного производства.

Научная новизна работы заключается в комплексном подходе к взаимно связанному решении задач управления материальными потоками основных технологических процессов на сахарном заводе; математической постановке задачи автоматизированного управления основными материальными потоками свеклосахарного производства; исследовании влияния входных параметров, характеризующих качество сырья, на выходные параметры системы, характеризующие эффективность работы сахарных заводов; разработке математической модели диффузионного отделения, с помощью которой проведена оценка влияния различных факторов на величину потерь сахара на диффузии и время переходного процесса; разработке метода оперативного определения потерь сахара на диффузии при различном распределении материальных потоков; исследовании кинетики и статики процесса диффузии, с последующей разработкой новых способов интенсификации этого процесса, позволяющих сократить его длительность, уменьшить потери са-

znpa, снизить энергозатраты; разработке математических моделей, критериальны* оценок и алгоритмов управления основными материальными потоками как всего свеклосахарного производства так и каждого отделения.

Методологическую- основу работы составляют: методы теории сложных систем, основные принципы системного подхода к исследованию систем управления, диалогового и ситуационного управления, методы экспертных оценок, корреляционно-регрессионного анализа, теории множеств, динамического, нелинейного и линейного программирования;1

Практическая ценность работы. На основе разработанных моделей, критериев и алгоритмов разработана структура автоматизированной системы управления основными материальными потоками свеклосахарного производства; разработан комплекс программ реализации на персональных ЗЕЫ ряда задач.

Автоматизированная система управления основными материальными потоками свеклосахарного производства и соответствующий комплекс программ внедрены на сахарном заводе АПК "Кубань", опытно-экспериментальном сахарном заводе "Рамонский" и ПО "Укрсахтехэне-ргоремонт", что позволило увеличить выпуск сахара-песка на 1,5 r./cyr.¿ за счет снижения потерь сахара при хранении, в производстве и с мелассой на О,(Ж к массе свеклы.

Разработанный комплекс программ внедрен в Московском и Киевском технологических институтах пищевой промышленности в составе автоматизированной системы научных исследований /АСНИ/, построенной на базе персональных ЗЕМ.

• Разработанный комплекс программ внедрен на Рамонском сахарном заводе и сахарном заводе АПК "Кубань" в составе автоматизированной системы технологических расчетов /АСТР/, которая в произ-

водственных условиях используется для расчета параметров оптимальных схем и режимов процессов свеклосахарного производства.

Созданный проблемно ориентированный комплекс математических моделей процессов свеклосахарного производства внедрен в учебном процессе Московского и Киевского технологических институтов пищевой промышленности, где на основе этого комплекса изучаются элементы АСНИ, САПР и АСУ ТП сахарного производства, проводятся деловые и ситуационные игры, реализованы тренажеры на персональных ЭЩ.

Общий экономический эффект от внедрения результатов выполненной работы составил 35 тыс? руб. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения выполненных авторш разработок составит 104 тыс. руб., для типового сахарного завода производственной мощностью 3 тыс. тонн перерабатываемой сахарной свеклы в сутки.

Апробация работы.' Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на конференции молодых ученых МТИПП, Москва, 1966 г.; Всесоюзном семинаре "Интенсификация и автоматизация технологических процессов обработки пищевых продуктов", Москва, 1966 г.; Всесоюзной научной конференции "Разработка и совершенствование технологических процессов, машин и оборудования для производства, хранения и транспортировки продуктов питания", Москва, 1987 г.1; Всесоюзной конференции "Микропроцессорные комплексы для управления технологическими процессами", Грозный, 1987 г;; научных конференциях МТИПП, Москва, 1965-1989 г.Л"; научных семинарах кафедр "Автоматизация технологических процессов" и "Технология сахара и сахаристых веществ" МТИПП, Москва, 1985-1989

Диссертационная работа выполнялась в Московском технологическом институте пищевой промышленности в соответствии с планими

Цинпищепрсма и Госагропрома РСЗСР по теме "Интенсификация и разработка более интенсивной технологии переработки сахарной свеклы пониженного качества и тростникового сахара-сырца" /1961-85г.г./ и теме "Разработать основы гибкой технологической схемы очистки сахаросодержащих растворов и кристаллизации сахара при переработке сырья различного качества" /1986-88г.г./. Эта тема вошла в план экономического и социального развития РСЗСР на 1986 г., ут-вераденный Постановлением Совета Министров РС2СР Г530 от 22Л1.85, и в Комплексную научно-техническую программу Минвуза РСЗСР "Продовольствие".

Публикации," Основные положения диссертации опубликованы в 7 научных трудах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 144 наименований, 14 приложений. Основное содержание работы изложено на 168 страницах машинописного текста. Иллюстрированный материал представлен 28 рисунками и 19 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВЕЕДЕНИЕ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, фор|улируются цели и задачи исследования и определяются основные пути их реализации; излагаете« схема проведения работы; рассматривается научная новизна и практическая ценность полученных результатов?

АНАЛИЗ СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА КАК ОБ1ЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

В данной главе проведен анализ свеклосахарного производства как объекта управления основными материальными потоками, сделан анализ технологических и экономических показателей работы свеклосахарного производства, на основе известных отечественных и зарубежных публикаций дана оценка существующих способов управления, показаны основные направления совершенствования управления свеклой сахарным производством, дается обоснование выбора направления исследования.

На сахарном заводе как массово-поточном предприятии, в котором в едином производственном потоке осуществляются основные технологические процессы и промежуточные операции по переработке сахарной свеклы с получением из нее одного вида продукции - сахара-песка, маневр материальными потоками во многом определяет эффективность работы предприятия.

Анализ объекта управления проведен с учетсм использования различных схем производств на сахарных заводах. На основе этого построена структурная схема распределения материальных потоков как объекта управления на сахарном заводе с выделением внешних и внутренних управляемых и неуправляемых возмущающих факторов. По схеме материальные потоки с момента подачи свеклы на переработку проходят пять основных последовательных стадий." На выходе каждой стадии определены соответствующие материальные потоки, количественно-качественные характеристики которых служат входными параметрами каждой последующей стадии. Сделан вывод о том, что свеклосахарное производство необходимо рассматривать как сложную систему, в которой для распределения материальных потоков целесообразно использовать как формальные, так и неформальные методы мо-

- ? -

делирования и управления.-

В области управления технологическими процессами на сахарных заводах известно значительное число работ, в том числе и по управлению материальными потоками отдельных технологических процессов и участков свеклосахарного производства.

Анализ существующих способов управления материальными потоками свеклосахарного производства показал, что основным недостатком является стремление добиться наилучших значений параметров управления для каядого управляемого процесса без учета влияния параметров других, смежных процессов с использованием при этом лишь частных критериев? Поэтому получаемые решения в целом для массово-поточного предприятия являются условно оптимальными. Для безусловно оптимального решения необходимо рассматривать все процессы во взаимосвязи, используя наряду с частными критериями универсальный комплексный критерий стоимостного типа, который должен быть интегральным и отражать влияние качества сырья, потерь сахара и затрат на эффективность производства в целом!

Специфика свеклосахарного производства такова, что улучшение показателей работы одного участка может привести к ухудшению режима и показателей других технологических участков.- Поэтому важнейшим из основных направлений совершенствования управления свеклосахарным производством является переход от локальных систем автоматизации к решению задач оптимизации всего завода, как единой системы.'

СПТИМАЛШОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОСНОШЫМИ МАТЕИШШШШ ПОТОКАМИ СЕЕКЛОСАШНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

В данной главе сделаны общая содержательная и математическая постановка задачи оптимального управления основными материальными

потоками свеклосахарного производства; разработаны математическая модель распределения и преобразования материальных потоков свеклосахарного производства, модели работы диффузионного и продуктового отделений; проведено исследование адекватности математических моделей реальному процессу; выбран метод решения задачи оптимального управления.

Общая постановка задачи управления основными материальными потоками сделана с использованием положений теории множеств и ситуационного управления. Все возмущающие факторы представлены в виде некоторой ситуации, в условиях которой необходимо найти и принять решение, близкое к оптимальному;* Ставится следующая задача: разработать автоматизированную систему управления основными материальными потоками свеклосахарного производства, которая при известных значениях параметров сахарной свеклы и выполнении ряда ограничений определяет схему распределения и основные параметры материальных потоков, обеспечивающие минимум себестоимости готового продукта за счет снижения потерь сахара при хранении и в производстве?

Для разработки автоматизированной системы управления основными материальными потоками свеклосахарного производства определен ряд требований, основные из которых: близость структуры системы к естественным отношениям, сложившимся в производственной и организационной иерархии существующих звеньев управления; гибкость и возможность перестройки структуры с подключением других решаемых на сахарном заводе задач и подсистем; использование для управления мини-ЗЕМ? С учетом этих требований разработана логическая структура системы управления основными материальными потоками на сахарном заводе, представленная на рис. I. При разработке структуры использован архитектурный подход к структуризации системы

- У -

плановые органы

потребители

Екешняя среда

1 Г

Шбор стратегии выборки свеклы.с кагатного поля для подачи на переработку в завод Оценка главным технологом сложившейся ситуации и выдача запроса по управлению

Принятие решения по формированию вектора управляющих параметров по всем основным материальным потокам свеклосахарного производства

правляющая система

В&бор рационального значения величины ежесуточной производительности завода по сахарной свекле

г\

Кагатное поле

Производственные отделения переработки сахарной свеклы и ее полупродуктов по целевому назначению

Определение оптимальных параметров управления основными материальными потоками процессов

Диф- очи- БЫ- увари-

фузия стка пар- вание

и кри-

стал-

лиза-

ция

Управляемая система - прием - хранение - переработка свеклы на сахарном заводе

. . . | • • • . 1 1

Возмущающие факторы Обозначения: ■ ч управляющие воздействия;—информационный канал

Ríe? I. Логическая структура системы управления основными материальными потоками на сахарном заводе

диалогового управления, на базе которого произведена ее декомпозиция по управляющий параметрам и слоям комплексов задач!' Использованы также традиционные направления структуризации: по функциональным подсистемам, видам обеспечения и т.п. Управление материальными потоками рассмотрено как совокупность управляемой и управляющей систем^ Управляющая система разбита на несколько уровней комплексов задач, первый из которых - оценочный, остальные - решающие'."

Для управления основными материальными потоками на уровне всего свеклосахарного производства необходимо рассмотреть каждый из основных участков /отделений/ производства /мойка, диффузия, очистка, выпарка, кристаллизация/ в их взаимосвязи. Три из перечисленных выше основных отделений довольно хорошо изучены и их математическое описание статики взято из анализа различных работ советских и зарубежных авторов.

Для отделения мойки модель статики имеет вид:

Ш0,97-0,01Уг) (Ы)

Уз = Уч (М)

где - масса свеклы, подаваемой с кагатного поля в завод, т.;

^ - масса мытой свеклы, т.; Уя - загрязненность свеклы, подаваемой с кагатного поля в завод, % к массе свеклы; 7 дигес-тия свеклы, поступающей на диффузию, К; У* - дигестия свеклы, поступающей на мойку,

Для отделения очистки модель статики имеет вид:

+ 0,М1А-О,/8)/У« (I- 2)

у к = тп/3 - & - * и<*)

где - масса сока 1-ой сатурации; - масса известкового молока, пошедшего на 1-ую сатурацию; - масса сатурационного газа, пошедшего на 1-ую сатурацию; - сухие вещества сока 1-ой сатурации; - чистота сока 1-ой сатурации.

= &-1731л

= + -0,12)/У* -

- ((0,31 ШЪ-Ъ и-я)

где у^ у^ - соответственно масса, сухие вещества и чистота сока после П-ой сатурации,-

* Ш0-У,)-25,ЗЭ*10* (4-1)

У1г = -0,5$+0,02 У«*0,ОЛЛ *

Уд = 100 (У3- % -0,51)/(У„ (Ч-З)

где У^ У^ - соответственно масса, сухие вещества и чистота сульфитационного сока; - масса известкового молока, пошедшего на сульфитацию.

Для отделения выпарки модель статики имеет вид:

• %с«а,1У«*и/(14%-к,) Уи* У«*У*,/У*о (5-2)

(5-5)

где у у^ - соответственно сухие вещества, масса и чистота сиропа; \г{0 - количество пара, пошедшего на выпарку.

Основные потери сахара в свеклосахарном производстве приходятся на оставшиеся два основных отделения /диффузия и кристаллизация/, но как раз они не имеют достаточного математического описания.

Доя исследования работы диффузионного отделения была разработана динамическая модель работы диффузионного отделения, доведенная до алгоритмической и программной реализации. Созданная модель позволяет исследовать кинетику и статику процесса диффузии. Проведена оценка влияния различных факторов /время диффузии, длина 100 гр? свекловичной струаски, дигестия свекловичной стружки, средняя температура на диффузии, коэффициент откачки диффузионного сока, коэффициент возврата жомопрессовой воды/ на величину потерь сахара и время переходного процесса. На основе проведенных исследований разработаны рекомендации технологам по ведению технологического процесса в диффузионном отделении. В результате обработки данных, полученных по модели работы диффузионного отделения, на основе многофакторного корреляционно-регрессионного анализа было получено общее уравнение статики, характеризующее зависимость потерь сахара на диффузии от основных технологических параметров процесса диффузии, в виде полинома второй степени:

& = + I А«)* 1/(0+

* Ъ А (¿+6)^*0) , , (С)

где - потери сахара на диффузии, % к массе свеклы; Уц - коэффициент откачки диффузионного сока, Я к массе свеклы; У3 - средняя температура на диффузии, °С; 1Л - коэффициент возврата жо-

мопрессовой воды; ~ длина 100 гр. свекловичной стружки, м.; Z/¿ - время диффузии, мин.

При разработки математической модели работы диффузионного отделения были использованы также уравнения, взятые из анализа различных работ:

где - чистота свекловичного сока; - масса диффузионного сока; - сахаристость диффузионного сока; Уt - чистота диффузионного сока; у - эффект очистки сока на диффузии; - содержание сухих веществ в диффузионном соке.

Гибкая технологическая схема продуктового отделения строится с учете« различных вариантов распределения материальных потоков, ЕЬбор схемы и составляющих ее элементов, направлении и величии материальных потоков, зависит от качества сиропа, поступающего в продуктовое отделение, и о* требований, предъявляемых к сахару-песку и мелассе. Чистота-сиропа,- поступающего в продуктовое отдаление, в течение сезона переработки сахарной свеклы значительно меняется, что требует корректировки схемы и параметров, характеризующих распределение Материальных потоков продуктового отделения/ Базой для исследования работы продуктового отделения послужила математическая модель отделения, разработанная на кафедре ^Технология сахара" ЫТИПП и доведенная автором до алгоритмической и программной реализации. На основе данных, полученных в результате машинного эксперимента, были получены регрессионные уравнения зависимостей выходных величин от основной входной величины и

у? = тгъ-

У г = + Уз

(7-Í)

(7-2)

коэффициентов распределения материальных потоков продуктового отделения в статическом режиме:

+ А (Ч,К)Ьхз. + *

*Уп , к=*5,я.е (8)

где - выход сахара-песка; Уху - чистота сахара-песка;

~ выход мелассы; Ущ - чистота мелассы; ЪГл - коэффициент, учитывающий количество П оттека утфеля I кристаллизации, пошедшего на уваривание утфеля I; - коэффициент, учитывающий количество I оттека утфеля I кристаллизации, пошедшего на уваривание утфеля I; - коэффициент, учитывающий количество сиропа, пошедшего на уваривание утфеля I.

При построении математической модели основного свеклосахарного производства рассматриваем лишь статический режим, т.к. длительность переходных процессов по сравнению с минимальным периодом возмущающих воздействий пренебрежимо мала.'

Проверка адекватности проводилась как для кавдой модели в отдельности, так и в целом по системе.

Постановка задачи оценки адекватности математической модели: Пусть имеется некоторый процесс, функционирование которого характеризуется вектором X . Пусть, также, разработана математическая модель, позволяющая вычислять значение ¿'-го параметра, как некоторую компоненту Ь; вектора , соответствующего вектору Л^ ; Модель будем называть адекватной процессу, если для любого С справедливо соотношение:

)±М1 на £ МСХ л7 (1+£Ц А (5Тя^=-6"Г ¡Ш 19)

где £¿ - заданная относительная ошибка вычисления ¿'-го параметра.

При исследовании адекватности модели на основании соотношения /9/ первоначально проверяется гипотеза о равенстве дисперсий для каждого параметра Но: 6*СУ:и Критерий значимости для

проверки данной нулевой гипотезы основан на вычислении выборочной статистики р . Если предположить, что нулевая гипотеза верна, то выборочная статистика Р имеет распределение йшера^ Нулевая гипотеза не отклоняется, если наблюдаемое значение р меньше табличного. При проверке нулевой гипотезы о равенстве разницы математических ожиданий некоторой величины Л Но: НСх^-НСУИ-А используется выборочная статистика ^ . Если нулевая гипотеза справедлива, то выборочная статистика имеет распределение Стьюдента. Нуливая гипотеза принимается, если наблюдаемое значение \Ц меньше табличного.

Соотношение /9/ будем считать истинным, если для любого с не отклоняется нулевая гипотеза Но: 61Схц- и существует такое

/\ , ¿А & НС хае г и для которого не отклоня-

ется нулевая гипотеза Но: М£х:1-#СУН = А . Рассмотренная методика была использована при исследовании адекватности конкрет- . ных математических моделей.

Таким образом, описав математически работу всех основных отделений свеклосахарного производства, в зависимости от основных технологических параметров процесса, и их взаимосвязи, была получена система уравнений, которая описывает взаимосвязь между входными, выходными и управляющими параметрами основного свеклосахарного производства.

В качестве критерия управления основными материальными потоками свеклосахарного производства принимается оперативная себестоимость, как наиболее обобщенный показатель, отражающий практи-

чески все стороны деятельности предприятия, связанные с потерши сахара в производстве. Оперативная себестоимость представляет собой сумму следующих составляющих: стоимость сахара, теряемого с жомом /отделение диффузии/ X/ I стоимость сахара, теряемого в процессе дефекосатурации /отделение очистки/ ^ ; стоимость известкового молока и сатурационного газа, использованных на участке дефекосатурации /отделение очистки/ ; стоимость пара, затраченного на выпарку /отделение выпарки/ ; стоимость потерь сахара в мелассе /продуктовое отделение/ ; стоимость неучтенных потерь сахара в производстве . Составляющие себестоимости выразим через технологические параметры, которые могут быть получены с помощью производственных контрольно-измерительных приборов, в результате проведения лабораторного анализа, либо в результате расчета на ЭШх

(Н)

л-

&*амиш-иъ (шш*т^т а-*). - а, (Ш - Я/ и-ьммг/л У- V

/г О'*)

* (М

где %■ - количество сахара, получаемого из единицы веса свеклы; '/(1 - средняя заводская себестоимость сахара-песка; ^ мК$ - себестоимость 1кг. известкового молока и сатурационного газа, пошедших на очистку сока; Ич - технологический коэффициент, показыва-

- Г7 -

ющий отношение веса пара, необходимое для выпаривания единицы веса воды; Kg. - стоимость единицы веса пара; - отпускная цена мелассы; Kf - коэффициент неучтенных потерь.

Полученные выражения /£-1/»/9-7/ являются основными формулами критерия оптимальности управления, позволяющими контролировать переменную часть себестоимости непосредственно в ходе технологического процесса.

Таким образом, общая постановка задачи оптимального управления с учетом уравнений математической модели основного свеклосахарного производства /I-I/t/8/ и составляющих критерия управления /9-1Л/9-7/ имеет вид:

Критерий оптимизации:

ST-4- 2 s(c,у,9) -т/" , но)

* i-.l ' ' V ' '

где Хг - вектор управляющих параметров; У - вектор переменных состояния; S(i,9,V)" стоимость продукта на i -ой стадии производства.

Ограничения типа равенств:

v? чог/а ; v, - т/Уе =с? (/û-sj '

Ограничения типа линейных неравенств:

I,ÎQH-lfi ъО-, Ц~±- о, 9Qn ъо ; а о-и зо; 1Гс-№ъо; ?3'VsZo; LTj-CSz-O} Us-S^O; /sv-ir^o;

Ок-/t?rzc>; ¿-1Л ^û; 3,5--se;o,is~- U}e ^ 0:

(io-î)

Qe ' VfcW, i'V/e -ZO) Va z-o; i-Ujs Ограничения типа нелинейных неравенств: ев' Уне ; Унт - 99, Уао'95-^Р ; ?о-bioZ-о (/¿>-3)

где Уге> уи- функции, вид которых описывается выражениями /5-1/ и /8/; О» - номинальная ежесуточная производительность завода по свекле; - лимитированное значение ежесуточного расхода пара, исходя из лимита топлива.

Основными преимуществами приведенной постановки задачи являются: возможность непосредственного влияния на равномерность использования сахарной свеклы различного качества; понижение размерности задачи при одновременном расширении функциональных возможностей; универсальность? !

В результате анализа и оценки решаемых подзадач, а также оценки возможностей различных методов оптимизации, выбраны метода и алгоритмы для их решения. С целью решения задачи оптимального управления основными материальными потоками свеклосахарного производства ДО/ выбран алгоритм скользящего допуска Тиммельблау Д. нелинейного программирования с использованием метода деформируемого многогранника /симплекса/ для циклов безусловной оптимизации Показана эффективность выбранных алгоритмов для решения задач данного класса.

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ОСНОШШИ МАТЕРИАЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В данной главе проведен анализ нормативной базы свеклосахарного производства применительно к системе управления основниш материальными потоками свеклосахарного производства; построена организационно-техническая схема формирования и ведения информационной базы системы управления основными материальными потоками * свеклосахарного производства; показана машинная реализация алгоритмов оптимизации системы управления основными материальными потоками свеклосахарного производства; разработана диалоговая сис-

тема для решения задачи оптимизации системы управления основными материальными потоками свеклосахарного производства.

Технико-экономические нормы и нормативы, используемые и учитываемые в системе управления основными материальными потоками свеклосахарного производства, подразделяются на следующие группы: нормы и нормативы использования предметов труда; нормативы качества; нормативы потерь; рекомендуемые нормативы^ Большинство нормативных данных не являются неизменными, а рассчитываются исходя из конкретных условий производства каждого завода и ежемесячно уточняются. Из анализа нормативной базы следует, что при разработке автоматизированной системы управления должно быть предусмотрено следующее: возможность корректировки граничных значений параметров оптимизации целевой функции в зависимости от изменения нормативной базы; сравнение рассчетных значений потерь сахара в производстве с нормативными /в целом и по отделениям/; сравнение значения целевой функции /себестоимость готового продукта/ в начальной точке /на момент расчета параметров оптимизации/, с расчетным и нормативным значением; возможности коррекции нормативной базы.

Потребность в различной информации целиком определяется решаемыми в системе задачами и их характером. Информационные массивы должны быть организованы так, чтобы максимально ускорить отыскание машиной нужной информации при экономном расходе ресурсов памяти. С этой целью информация, используемая автоматизированной системой управления основными материальными потоками свеклосахарного производства, делится на следующие группы: информация сырьевой лаборатории; информация заводской /химической/ лаборатории; информация нормативной базы; информация о ценах.

Организационно-техническая схема формирование и ведения ин-

форлационной базы системы управления основными материальными потоками свеклосахарного производства представлена на рис. 2.

Реализация алгоритмов оптимизации системы управления основными материальными потоками свеклосахарного производства проводилась по принципу разбиения общей программы на отдельные подпрограммы /подсистемы/, связанные между собой при помощи диалогов. Программное обеспечение системы управления состоит из командного файла и четырех загрузочных модулей, включающих 14 вызывающих

программ и 38 процедур*.' Каждый загрузочный модуль ,соответствует

\

определенной подсистеме. Все подсистемы построены с использованием накладочных структур, которые позволяют, разбив программы на последовательно выполняемые части, в процессе выполнения загружать их в оперативную память по одинаковым абсолютным адресам. Это позволяет экономить оперативную память ЗЕМ и эффективно ее использовать. Соответственно, процедур! написаны таким образом, что к ним не производится многократных обращений из вызывающих программ в процессе выполнения?

Для того, чтобы автоматизированная система управления основными материальными потоками свеклосахарного производства была удобна при работе с ней любому пользователю, был выбран диалоговый способ построения программы и вопросы, высвечиваемые на экране дисплея, формулируются таким образом, что они предусматривают либо ввод числа, либо возможность ДА/НЕТ выбора?

Диалоговое построение програмной реализации системы управления позволяет изменять структуру системы в зависимости от требований пользователя на данный момент. Таким образам, введение диалога позволило задать гибкую структуру разработанной автоматизированной системы управления основными латериадьными потоками свеклосахарного производства;'

Рекомендуемые нормативы основных параметров ПГ

Текущие значения контролируемых параметров ТП

Отбор проб и определение воех показателей свеклы подаваемой в завод

Определение количества свеклы подаваемой в завод

Сырьевая лаборатория

I

В 1

Рио. 2, Организационно-техническая схема формирования я ведения информационной базы

ШСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СЖ'хШН СПТИМАЛШОЛО УПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫМ МАТЕРИАЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ СЕЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

В данной главе показано практическое применение подсистемы исследования кинетики процесса диффузии сахара из свекловичной стружки; подсистемы выбора рациональной производительности завода; приведен пршер реализации оптимизационных расчетов основных материальных потоков свеклосахарного производства с использованием диалоговой системы оптимизации. I

Анализ результатов работы системы проводился по данным производственной проверки на опытно-экспериментальном сахарном заводе "Рамонский" и сахарном заводе АПК "Кубань"? В результате испытаний было установлено, что автоматизированная система управления позволяет: повысить точность и сократить сроки расчета потерь сахара в производстве, что дает возможность повысить оперативность анализа и управления производством; определять на основании имегоих-ся или прогнозируемых данных сроки хранения и переработки сахарной свеклы, обеспечивающие наименьшие потери сахара; определять эффективные схемы распределения материальных потоков и режимы основных технологических процессов свеклосахарного производства";1

I

В результате применения автоматизированной системы управления основными материальными потоками свеклосахарного производства улучшились технологические показатели сахарного завода: I. Опытно-экспериментальный сахарный завод "Рамонский": потери сахара при хранении снизились на 0,01* , потери в производстве -на 0,01* ,. потери сахара с мелассой снизились на 0,02* к м. св) "2. Сахарный завод АПК "Кубань": потерн сахара при хранении снизились на 0.02*, потери в производстве - на 0,01*, потери сахара с мелассой снизились на 0,02* к массе свеклы.

Комплекс программ автоматизированной системы управления внедрен на опытно-экспериментальном сахарном заводе "Рамонский", сахарном заводе ЛПК "Кубань" и ПО "Укрсахтехэнергоремонт". За период работы системы в процессе испытаний получен реальный экономический эффект в 34,6 тыс. руб. Расчетный годовой экономический эффект составляет около 104 тыс. руб. для типового сахарного завода . иощностью 3 тыс.' тонн свеклы в сутки.

ЗАКЛШЕНИЕ

1. Анализ свеклосахарного производства показал актуальность создания автоматизированной системы управления основными материальными потоками свеклосахарного производства?

2. Установлено, что при управлении основными материальными ютоками необходимо учитывать следующие факторы и ограничения: соличественно-качественные показатели сахарной свеклы, поступа-лцей в производство; требования к качеству готовой продукции; юрмы и нормативы расхода сырья, стоимостные и рекомендуемые нор-[ативы; качественные показатели некоторых полупродуктов свеклоса-:арного производства. Таким образом, система управления основными атериальными потоками является многоцелевой, многопараметрической, ногомерной, многосвязанной с большим числом трудноформализуемых акторов. В связи с этим управление основными материальными пото-ами свеклосахарного производства следует рассматривать как слож-ую систему, для разработки моделей и алгоритмов управления испо-ьзовать как формальные, так и неформальные методы.

3. На основе архитектурного подхода и принципов диалогового правления разработана логическая структура системы управления зновнши материальными потоками, которая показала необходимость зделения и разработки следующих основных подсистем: подсистема

форыирования и ведения информационной базы; подсистема расчета основных технологических параметров процесса по отделениям; подсистема анализа технологических параметров и процесса в целом; подсистема выбора параметров оптимизации? Система позволяет кроме того решать и некоторые прикладные задачи: исследование кинетики процесса диффузии сахара из свекловичной стружки; выбор рациональной производительности завода?

4. Сформулированы содержательная и математическая постановка

I

задачи управления основными материальными потокам^ свеклосахарного производства; разработаны модель, критерий и алгоритм управления?

5. Разработана математическая модель процесса диффузии сахара из свекловичной стружки, на базе которой проведена оценка влияния различных факторов на величину потерь сахара на диффузии; разработан метод оперативного определения потерь сахара на диффузии при различном распределении материальных потоков; поставлена и решена задача выбора рациональной производительности завода с целью минимизации суммарных потерь сахара при хранении и в производстве?

6. Проведена оценка влияния коэффициентов распределения материальных потоков продуктового отделения на величину потерь сахара в мелассе и выход сахара-песка; получены регрессионные зависимости.

7. На основе метода скользящего допуска разработан алгоритм расчета параметров оптимального управления основнаш материальными потоками свеклосахарного производства?

8. Разработана структура автоматизированной системы управления основными'материальными потоками свеклосахарного производства? Разработано полное алгоритмическое и програмное обеспечение системы, которое может быть использовано на любых персональных ЗШ?1

Структура программного обеспечения, определяющая структуру в целом системы, характеризуется большой гибкостью и позволяет оперативно изменять условия функционирования.

9,- Проведена производственная проверка системы управления основными материальными потоками свеклосахарного производства, подтвердившая эффективность ее применения. Потери сахара при хранении, производстве и с мелассой снизились на О,(Ж к м. св^'

10. Эффективность внедрения системы управления подтверждена на опытно-экспериментальном сахарном заводе "Рамонский", сахарном заводе АПК "Кубань", ПО "Укрсахтехэнергоремонт".

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Волошин З.С., Тужилкин В.И., Сорокин А.И., Гольденберг С.П., Вовк Г. А. Автоматизированная система на базе персональных ЗЕИ для определения эффективных схем и режимов технологических процессов сахарного производства.1 - Киев: КТИПП. - 1988. -

60 с.

2. Сапронов А.Р., Сорокин А.И., Тужилкин В.И., ГЪльденберг С.П., Вовк Г.А. Автоматизированная система выбора эффективных схем и режимов сахарного производства^' - М.: ВДТИПР Госагропрома НЖР. - 1988. - 2 с.

3. Гольденберг С.П., Морев З.С. Математическое моделирование кинетики процесса диффузии сахара из свекловичной стружки на персональных микро-ЗЕМ. Деп. ст. FT870 от I9.C77.88r. Опубл. в библ. указ. ВИНИТИ "Депонированные научные работы", 1988, Ш, с. 150.

4. Гольденберг С.П?, Морев З.С. Минимизация потерь сахара при хранении и переработке сахарной свеклы за счет оптимального распределения материальных потоков на сахарном заводе. Деп. ст. №1871 от 19.07.88г. Опубл. в библ. указ. ВИНИТИ "Депонированные научные работы", 1988, ИЛ, с. 150.

5. Авен О.И., Гольденберг С.П. Управление основными материальными потоками свеклосахарного производства. Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции "Разработка и совершенствование технологических процессов, машин и оборудования для производства, хранения и транспортирования продуктов питания". - II?: МТИПП. - 1967. - с. 200-201.

6. Интенсификация и разработка более эффективной технологии переработки сахарной свеклы пониженного качества и тростникового сахара-сырца: Отчет/Ыоск. технол. ин-т пищ. пром.; Руководитель А.Р. Сапронов. - ЮТ 80042440. - М.: 198Й. - 240 с.

7. Разработать основы гибкой технологической схемы очистки саха-росодержащих растворов и кристаллизации сахара при переработке сырья различного качества: Отчет/Ыоск. технол. ин-т пищ. пром.;

Руководитель А.Р. Сапронов. - ЮТ 0I8600492II5. - U.: 1988. -180 с.

Пода, в поч. 3.07.90 г. Tipa* * 100 вка. Заказ * 2616

Централизованная тюографжя ХОЗУ ШСМ СССР