автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Информационная поддержка предприятий по производству фосфорных удобрений с применением MES-систем

На правах рукописи

Смелов Александр Юрьевич

ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕ5-СИСТЕМ

05.13.01-Системный анализ, управление и обработка информации (химическая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 НОЯ 2012

Москва 2012

005055034

005055034

Работа выполнена на кафедре Информатики и компьютерного проектирования Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева (РХТУим.Д.И. Менделеева).

Научный руководитель Доктор технических наук, профессор

Гартман Томаш Николаевич, Заведующий кафедрой информатики и компьютерного проектирования РХТУ им. Д.И. Менделеева

Официальные оппоненты Доктор технических наук, профессор

Бурляева Елена Валерьевна,

профессор кафедры Информационных технологий МИТХТ им. М.В.Ломоносова

Кандидат технических наук, доцент Седякин Владимир Павлович профессор кафедры Прикладной информатики Московского государственного университета геодезии и картографии

Ведущая организация Ивановский государственный химико-

технологический университет

Защита состоится «4» декабря 2012 года в 12:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.120.08 при Московском государственном университете тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова по адресу: 119571, г. Москва, просп. Вернадского, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В. Ломоносова (119571, г. Москва, просп. Вернадского, 86).

Автореферат диссертации размещен на сайте ВАК http://vak.ed.gov.ru

Автореферат разослан «02» ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Колыбанов К.Ю.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Производство фосфорных удобрений является крупнейшей подотраслью химической промышленности. На сегодняшний день вторым по величине экспортером фосфорных удобрений в мире является Россия. Крупнейшим производителем фосфорных удобрений в России является ОАО «ФосАгро -Череповец». Предприятие специализируется на производстве сложных минеральных удобрений с концентрацией фосфора от 15 до 52% в пересчете на Р205.

В мировой практике деятельность любого предприятия нацелена на получение максимальной прибыли. Специфика современного рынка и условия жесткой конкуренции, характерные для сегодняшнего дня, заставляют непрерывно искать пути повышения рентабельности производства, совершенствования процесса управления и планирования.

Решить задачу производственной эффективности точным исполнением регламента весьма затруднительно, поскольку необходим одновременный контроль большого числа параметров как основных, так и вспомогательных производств (например, в ОАО «ФосАгро - Череповец» насчитывается более 14 000 параметров). К тому же, регламентные диапазоны параметров не всегда преследуют цели экономного управления ресурсами. Кроме того, наряду с сокращением издержек необходимо уделять должное внимание требованиям промышленной безопасности и минимизации ущерба окружающей среде.

В данной работе предлагается решение задачи повышения производственной эффективности путем разработки и применения методов системного анализа для управления производством фосфорных удобрений, обработки информации с использованием современных программно-аппаратных комплексов - МЕБ-систем. МЕБ-системы ориентированы на информатизацию задач оперативного планирования и управления производством, оптимизацию производственных процессов и производственных ресурсов, контроля и диспетчеризации выполнения планов производства с минимизацией затрат.

Главной отличительной особенностью предприятий, выпускающих фосфорные удобрения, является с одной стороны - большое наличие агрессивных сред, а с другой стороны - достаточно развитый уровень приборного парка. Именно эти факторы определяют необходимость и возможность применения МЕБ-систем на предприятиях по производству фосфорных удобрений.

Практически на всех предприятиях, специализирующихся на выпуске фосфорных удобрений, сделан первый шаг в сторону реализации МЕБ-систем: внедрена база данных реального времени. Однако, в большинстве случаев, эти базы данных обеспечивают лишь синхронизацию, репликацию и резервирование данных для обеспечения отказоустойчивости в реальном масштабе времени.

До недавнего времени основная часть информации, необходимая для управления производством фосфорных удобрений, хранилась в рабочих журналах, результаты обрабатывались вручную, из-за чего эффективность управления производством была невысока и присутствовал фактор человеческой ошибки. Существенным шагом по улучшению ситуации явилась модернизация существующей информационной системы на основе системного подхода и информационных технологий. Этим определяется актуальность и важность выбранной темы исследования.

В диссертации излагаются научно-обоснованные технические решения по развитию информационной системы предприятий, специализирующихся на выпуске фосфорных удобрений с применением МЕБ-систем. Цель работы

Целью диссертационной работы является повышение эффективности управления производством фосфорных удобрений на примере ОАО «ФосАгро -Череповец».

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Системный анализ информационных потоков предприятия - производителя фосфорных удобрений на примере ОАО «ФосАгро - Череповец».

2. Разработка методики определения различных состояний технологической единицы (останов, пуск, нормативный режим).

3. Разработка комплекса информационных моделей процесса обработки данных, включающего:

3.1 определение состояний технологических единиц;

3.2 расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима;

3.3 определение экономического потенциала.

4. Реализация процедуры обработки данных на основе комплекса разработанных информационных моделей и методик в ОАО «ФосАгро -Череповец».

Объект исследования:

Объектом исследования является информационная система предприятий, специализирующихся на выпуске фосфорных удобрений, включая следующие основные и вспомогательные производства: сернокислотное производство, производство экстракционной фосфорной кислоты, производство удобрений, цех фтористого алюминия (для утилизации кремнефтористоводородной кислоты), теплоэлектроцентраль (для утилизации тепла, высвобождающегося при производстве серной кислоты). Предмет исследования:

Предметом исследования является применение информационных технологий в системе управления производством для обеспечения высокой эффективности предприятий, специализирующихся на выпуске фосфорных удобрений при анализе большого потока данных.

Научная новизна

1. Разработана методика определения различных состояний технологической единицы (простой, пуск, нормативный режим) для цехов, входящих в состав производства фосфорных удобрений.

2. Разработан комплекс информационных моделей процесса обработки данных, включающего:

2.1 определение состояний технологических единиц;

2.2 расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима;

2.3 определение экономического потенциала. Практическая значимость

1. Разработан и внедрен программно-аппаратный комплекс (MES-система) в ОАО «ФосАгро-Череповец» на базе программного обеспечения PI System фирмы OsiSoft. Программное обеспечение включает в себя элементы: PI Enterprise Server v3.4.380.70 (SP1) 64-bit, PI DataLink Version 4.2.1, PI ProcessBook Version 3.2.0.0, PI ActiveView Version 3.2.0.0.

2. Разработан комплекс информационных моделей процессов обработки данных (расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима; определение экономического потенциала).

3. Разработано специальное программное обеспечение, реализующее предложенную методику определения различных состояний технологической единицы и обработки данных для расчета отклонений параметров от норм технологического режима при различных состояниях технологической единицы.

Методы исследования

В основу решения поставленных задач положены методы исследования системного анализа (декомпозиция, классификация, иерархическое упорядочивание, абстрагирование, формализация, моделирование), методология функционального моделирования систем IDEF0. Апробация работы

Результаты работы представлены на следующих конференциях: Научно-методическая конференция по качеству образования и управления «Развитие образования на современном этапе: цели, задачи, приоритеты». ВГМХА, г. Вологда, 2009

Первая, вторая и третья международная научно-практическая конференция «Сера и серная кислота». ФГУП «Институт Гинцветмет», г. Москва, 2010, 2011 и 2012 гг.

По результатам работы международной научно-практической конференции «Сера и серная кислота» были получены дипломы: в 2010 г. «Диплом за лучшую разработку в области управления химическим предприятием с применением компьютерных систем», в 2011 г. «Диплом за креативность использования анализа информации MES-систем для повышения эффективности сернокислотного производства», в 2012 г. «Диплом за разработку и реализацию

в промышленности автоматизированной системы оперативного диспетчерского управления».

Работа представлена на всероссийском конкурсе «Инженер года 2011» в версии «Профессиональные инженеры». Ее автор Смелов А.Ю. стал победителем в номинации «Информатика, информационные сети, вычислительная техника».

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов диссертационных работ, 4 публикации в сборниках трудов и тезисов докладов конференций и семинаров.

Структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены актуальность и практическая ценность работы. Сформулирована цель работы и поставлены задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной цели. Обоснованы методы исследований, научная новизна и практическая значимость результатов исследования.

В первой главе «Системный анализ информационных потоков производства фосфорных удобрений в ОАО «ФосАгро - Череповец» исследованы информационные потоки предприятия.

ОАО «ФосАгро - Череповец» является лидером в своей отрасли и входит в десятку крупнейших производителей фосфорных удобрений в мире. Компания входит в состав вертикально-интегрированного холдинга ФосАгро и является производителем конечного продукта (фосфорных удобрений) из сырья (апатитовый концентрат, аммиак, сера, сульфат аммония, известь, гидроксид алюминия, хлористый калий, шлак гранулированный, кондиционирующая смесь, магнезит, пеногаситель, меласса свекловичная), поставляемого другими предприятиями, в т. ч. ОАО «Апатит», входящим в холдинг ФосАгро.

Текущая мощность ОАО «ФосАгро-Череповец» по выпуску серной кислоты составляет около 2,72 млн. т/год. Доля в общероссийском производстве серной кислоты достигла 25%. Производимая серная кислота почти в полном объёме используется на ОАО «ФосАгро - Череповец» для выработки фосфорной кислоты. Мощность по производству фосфорной кислоты составляет около 1 млн. т 100% Р205/год. Общий выпуск минеральных удобрений в 2011 г. составил около 2,6 млн. тонн натуры. Основными видами фосфорных удобрений, выпускаемых компанией, являются аммофос (МАФ) (13:52), диаммонийфосфат (ДАФ) (18:46) и комплексные удобрения - диаммофоска (ДАФК), ^К 13:19:19, МРК 15:15:15, МРК 10:20:20, ^К 10:26:26, жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) и МР+Б.

Высокий план производства и работа на повышенных нагрузках определило сильное возрастание аналитической нагрузки на управление производственными процессами и их координацию.

Б

Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ)

Вода

; Турбоагрегат! Турбоагрегат!:;

№1 №2

1 Турбоагрегат! Турбоагрегат |

№3 №4

| Турбоагрегат В Турбоагрегат |

| №5 | N26 !

Сернокислотное производствс(СКП)

Технологическая [ \ Технологическая I Технологическая система ; система I: ! система

СК -600 -2 [ ] СК-600-3 ! СК-714

Са5[РР4]3(Р, С1, ОН)

т

а

Производство экстракционной фосфорной кислот^ПЭФК)

Н25|Рб

Электроэнергия ^ г Преобразованный пар

Участок ЭФК-1

Участок ЭФК-1 : Участок П ЭФ К-2 \ Участок П ЭФ К -3 Щ >12_) [ корп.2.15 | | корп.5 55 | \ корп.5.58 I

А1(0Н)3

Цех отористого алюминия (ЦФА)

<С1

Л........

Н3ро4

Производство минеральных удобрений(ПМУ)

I Технологическая

Технологическая

Участок 1 Технологическая

Участок 1 ! Технологическая

1

Основное производство Вспомогательное производство

Минеральные удобрения (ЫР, ЫРК)

Рис. 1 Системный анализ потоков производства фосфорных удобрений

В цепочке производства фосфорных удобрений участвуют несколько производств: основных - сернокислотное производство, производство экстракционной фосфорной кислоты, производство минеральных удобрений; а также вспомогательных - цех фтористого алюминия, теплоэлектроцентраль. На рис. 1 показан процесс производства фосфорных удобрений в ОАО «ФосАгро -Череповец».

Каждое производство состоит из нескольких технологических единиц, параллельно выпускающих продукцию. Это может быть технологическая система, участок или основной узел оборудования. Например, производство минеральных удобрений состоит из восьми технологических систем, а теплоэлектроцентраль из семи турбоагрегатов.

Получение серной кислоты осуществляется из серы методом двойного контактирования с промежуточной абсорбцией. Экстракционную фосфорную кислоту получают двумя способами: полугдидратным и дигидратным - путем сернокислотного разложения апатитового концентрата с образованием пульпы экстракционной фосфорной кислоты и полугидрата сульфата кальция с

последующим ее разделением на вакуум-фильтрах и упариванием полученной кислоты до массовой доли Р205 от 52,0 до 54,0% и абсорбцией фторсодержащих газов.

Получение минеральных удобрений осуществляется методом нейтрализации фосфорной кислоты жидким аммиаком в смесителях - нейтрализаторах с получением пульпы фосфатов аммония, последующей доаммонизацией и гранулированием в аммонизаторе - грануляторе с использованием ретура, сушкой в сушильном барабане, классификацией высушенных гранул, охлаждением и кондиционированием готового продукта. При производстве трехкомпонентных удобрений через ретурный цикл осуществляется подача калийных добавок и сульфата аммония в зависимости от номенклатуры выпускаемых удобрений.

Производство фтористого алюминия основано на реакции взаимодействия кремнефтористоводородной кислоты (H2SiF6) с гидроксидом алюминия А1(ОН)3 с последующим отделением фтористого алюминия от кремнегеля, сушкой и прокалкой продукта.

Генерация электроэнергии осуществляется в турбоагрегатах. Сырье -перегретый пар, получаемый в котлах ТЭЦ и котлах-утилизаторах СКП.

Из-за высокого спроса на удобрения, частой смены выпускаемых марок фосфорных удобрений (на одном оборудовании), а также из-за внеплановых простоев, возникают ситуации, когда необходимо контролировать процесс производства не только на уровне технологический единицы (технологической системы, участка) - чем занимаются системы АСУТП, а на уровне предприятия в целом, координируя работу основных и вспомогательных производств.

Программное обеспечение,

ориентированное на решение таких задач, относится к классу MES (Manufacturing Execution System), или систем управления производством.

MES - это автоматизированная исполнительная система

производственного уровня,

предоставляющая ряд возможностей, которые дополняют и расширяют функции ERP-систем (рис. 2). Используя фактические технологические данные, MES-системы поддерживают всю производственную деятельность предприятия в режиме реального времени. Быстрый результативный отклик на изменяющиеся условия, в комбинации с ориентацией MES на снижение издержек, помогают эффективно управлять производственными операциями и процессами. Кроме того, MES-системы формируют данные о текущих производственных показателях,

Стратегия и маркетинг ; ^ .GLAP-СЙСТЭМЫ

Финансово-хозяйст- - \ ' ïii'iP-C ИСТЗМЫ

Рис. 2 Положение MES системы в архитектуре информационных систем предприятия

необходимы для функционирования ERP-систем. Таким образом, MES-система -это связующее звено между ориентированными на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и оперативной производственной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка или производственной линии. Основные отличия MES систем от АСУТП и ERP представлены в таблице 1.

Табл. 1 Сравнение АСУТП, MES и ERP-систем

Критерии сравнения АСУТП MES ERP

Объект (масштаб) Технологическая единица Предприятие Предприятие

Поступление информации Реальное время Секунды, минуты 2 раза в сутки

Период данных Минуты, часы Сутки, месяц Месяц, квартал,год

Количество данных ~104 ~103 ~102

Управление Автоматическое Автоматизированное

Параметры Технологические Технологические и экономические Экономические

Информационные данные и результаты измерений обрабатываются и хранятся в информационной системе предприятия. Прохождение информационного потока можно охарактеризовать следующими основными стадиями:

На этапе производства фосфорных удобрений регистрируются производственные параметры каждого производства

• Системы АСУТП аккумулируют всю производственную информацию и выборочно передают ее в общее хранилище данных (сервер МЕБ-системы)

• Благодаря выборочное™ информации сервер МЕБ-системы позволяет хранить информацию гораздо дольше по сравнению с АСУТП, причем по всему предприятию, а не по отдельному производству

• На этапе обработки и представления информации решаются задачи определения состояния технологических единиц, расчет отклонений параметров и определение экономического потенциала.

• На этапе использования данных, лицо принимающее решение обеспечивает обратную связь, корректируя технологический процесс.

Системный анализ информационных потоков предприятия представлен на рис. 3

Технологическая единица

1 г 1

Технологическая единица < АСУТП

.. т

г ---, . !

Технологическая единица

Рис. 3 Системный анализ информационных потоков Во второй главе «Определение состояний технологической единицы» рассмотрена диаграмма состояний и разработана методика определения различных состояний технологических единиц производств, участвующих в выпуске фосфорных удобрений.

Диаграмма состояний технологической единицы представлена на рис.4. Она состоит из периодов простоя, переходных процессов выхода на режим и останова, а также нормативного режима функционирования технологической единицы.

Полная остановка технологической единицы

*Цк

Режим простоя

Простой

Переходный процесс ■ выхода на режим >

/Переходный процесс у останова J

Переходный процесс

V

/лнорм

\£цк

/'Нормативный режим \ \ функционироезмия )

Нормативный режим

Рис. 4 Диаграмма состояний технологической единицы С^к- текущее либо нормативное значение к-го технологического параметра

]-ой технологической единицы ¡-го производства; а..к_ граничное значение коэффициента к-го технологического параметра,

соответствующий пуску ]-ой технологической единицы ¡-го производства; Ьик- граничное значение коэффициента к-го технологического параметра, соответствующий выходу на нормативный режим ]-ой технологической единицы ¡-го производства.

По итогам обобщения результатов исследования на различных предприятиях фосфорных удобрений, разработаны логические функции определения останова технологической единицы, объединяющие проверки различных параметров на предмет отклонения от пороговых значений.

В логическую функцию останова технологической единицы могут входить информация о расходах сырья, продукции и состояния основного оборудования в зависимости от установленных приборов. Как правило, выбирается не менее двух показателей. Количественные значения расходов подбираются индивидуально в зависимости от поведения приборов КИП в период отсутствия расходов прокачиваемой среды.

Табл. 2. Условия останова технологических единиц ОАО «ФосАгро - Череповец»

Производство Технологическая единица Условия останова

Сырье Оборудование Продукция

Сернокислотное производство Технологическая система Суммарный расход серы менее 15% ИЛИ Остановлены все насосы подачи жидкой серы -

ИЛИ

Остановлен нагнетатель

Производство экстракционной фосфорной кислоты Участок Суммарный расход апатита менее 10% - -

И

Суммарный расход серной кислоты менее 15%

Производство минеральных удобрений Технологическая система Суммарный расход жидкого аммиака менее 10%-30% (в зависимости от выпускаемой марки) И Остановлены все насосы подачи фосфорной кислоты -

Цех фтористого алюминия Цех - - Остановлен сушильный барабан -

Теплоэлектроцентраль Турбогенератор Расход пара менее 15% ИЛИ - - Генерация электроэнергии менее 5%

В ОАО «ФосАгро - Череповец», условия останова технологических единиц представлены в таблице 2. Например, в сернокислотном производстве условием останова будет выполнение хотя бы одного из условий: низкие показания суммарного расхода жидкой серы; останов серного насоса или нагнетателя. В производстве фосфорной кислоты, наоборот, совместное выполнение условий низкого расхода апатитового концентрата и серной кислоты.

Логическая функция останова, например, в производстве серной кислоты на технологической системе СК-600-1 в соответствии с условием таблицы 2 будет выглядеть следующим образом:

Маи'^ш-атг) или (ат/^п-атг) или (ат^в-ат)

Цш - суммарный расход жидкой серы, т/ч ат=0,15 Цтнсрм=25

Оиг_ состояние насоса подачи жидкой серы а112=0 0112норм=1

~ о г\ норм Л

Ц113 - состояние нагнетателя аПз=0 Ццз -1

Условия пуска технологических единиц определяются как несоблюдение условий останова в период простоя. Длительность режима пуска, как правило, зависит от времени простоя. Чем оно больше, тем больше период режима пуска. Так, например, в СКП при простое технологической системы до одного часа режим пуска составляет около 3 часов; при простое более суток (например, после капитального ремонта) - до 20 часов.

Условие выхода на нормативный режим - достижение регламентных значений избранных параметров технологического режима - для непрерывного типа производства. Для дискретного типа - отсутствуют. Условия выхода на режим технологических единиц представлены в таблице 3.

Таблица 3. Условия выхода на режим технологических единиц

Производство Технологическая единица Избранные параметры технологического режима

Сернокислотное производство Технологическая система 1. Температура газа на входе в контактный аппарат 2. Концентрация газа на входе в контактный аппарат 3. Концентрация газа на выходе из контактного аппарата

Производство экстракционной фосфорной кислоты Участок 1. Плотность фильтрата пульпы в экстракторе 2. Содержание БОз в пульпе экстрактора

Производство минеральных удобрений Технологическая система 1. Плотность абсорбционного раствора 2. Мольное отношение аммиака к фосфорной кислоте (Р205) в пульпе на выходе из реактора

Цех фтористого алюминия Цех - (дискретное производство)

Теплоэлектроцентраль Турбогенератор Синхронизация генератора турбины с электрической сетью предприятия

Логическая функция выхода технологической единицы, например, в производстве экстракционной фосфорной кислоты на участке ЭФК-1 (корп. 2.12) в соответствии с условием таблицы 3 будет выглядеть следующим образом:

F = {Q:¡';>ь1U■Q;^zм) и (ат:>ь211-о;г)

Олз — плотность фильтрата пульпы Ь21з=0,9947 0213нсрм=1,4275

в экстракторе, г/см3 С>214 ~ массовая концентрация сульфитной 6214=0,7143 0214нсфм=14,0 серы в пересчете на Б03 в пульпе экстрактора, г/см3

На основе представленных логических функций разработана методика определения различных состояний технологической единицы. Методика состоит из следующих этапов:

1. Получить текущие значения контрольных параметров

2. Рассчитать пороговое значение параметра ат-0^"(Ьик ■ О"")

3. Сравнить текущее О"" и пороговое значения а1]к ■ О"'" (Л (-(?"/*)

4. Объединить результаты проверок отдельных параметров в соответствии с логической функцией, разработанной для каждого производства

5. Истинные значения функции являются признаком изменения состояния технологической единицы.

В третьей главе «Информационные модели процесса обработки данных» рассмотрен комплекс информационных моделей, построенных на основе системного анализа: расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима и определение экономического потенциала.

К основным задачам информационного моделирования относятся декомпозиция процесса обработки данных, определение форматов промежуточных и отчетных электронных документов.

Построены функциональные модели в нотации ЮЕРО. Глубина декомпозиции составляет 2 уровня.

Контекстная диаграмма функциональной модели процессов обработки данных представлена на рисунке 5.

расчета Лсчнчахне фу! вив« Ратшкшм Првшв ГШ спклчижЛ сНГГР

Значения шрампрое (техниин н'кхжи^, аттличеосих. лжжрепых) Стоммкп. сыр.а и т№р« грхурсчв Повышен« ч1фжгншг>с1н упрятав« притво.тлвом ов с -5; Упровляк«цог

Программ!»- апвралый комики: ("МГ^-смстсма) Дникячср

Рис.5 Контекстная диаграмма АО функциональной модели.

Входным информационным потоком в процесс повышения эффективности управления производством является информация о ходе технологического процесса - технологические (показания приборов: температуры, давления, расходы), аналитические (лабораторные испытания: концентрации веществ в различных средах) и дискретные данные (индикация состояния оборудования: работает/не работает). Также входным потоком является информация о стоимости сырья и энергоресурсов. Выходной поток состоит из управляющих воздействий, которые предпринимает диспетчер с целью корректировки технологического режима.

Декомпозиция контекстной диаграммы первого уровня позволяет уточнить модель с требуемой степенью детализации, при этом обеспечивается соответствие граничных стрелок на родительской и дочерней диаграммах (рис. 6).

Рис. 6 Декомпозиция первого уровня АО функциональной модели.

Декомпозиция второго уровня функциональной модели представлена частично на рисунках 7-8.

Процесс расчета отклонений параметров от норм технологического режима (А2, рис. 7) включает в себя сравнение текущих значений производственных параметров с нормативными, главным источником которых являются технологические регламенты, инструкции по рабочему месту, режимные карты и т.д. Причем характерной особенностью модернизации данного процесса стали:

автоматический сбор параметров, что полностью исключает влияние человеческого фактора на искажение информации;

- расчет отклонений параметров от норм технологического режима ведется как в периоды нормативной работы технологического процесса, так и в переходные процессы пуска и останова (ранее только в периоды нормативной работы технологической единицы);

- включение в перечень контролируемых параметров помимо качественных характеристик продукции, как было ранее, технологических параметров, влияющих на промышленную безопасность, экологию, сохранность оборудования при наличии агрессивных сред и т.д.

Рис. 7 Декомпозиция второго уровня процесса А2

Входным информационным потоком в процесс определения экономического потенциала (АЗ, рис. 8) являются технологические параметры, а также информация о стоимости сырья, материалов и продукции. Выходной поток составляет отчет с количественной оценкой экономического потенциала, который можно достичь, разработав определенные мероприятия.

Целевые значения параметров подбираются на основе:

- паспортных характеристик оборудования,

- фактических результатов работы оборудования за определенный период времени (например, оптимальные значения параметров фиксировались в течение нескольких часов подряд или дней)

- характеристик работы аналогичного оборудования, эксплуатируемого как на предприятии, так и за его пределами

- различных нагрузок оборудования

- установления влияния человеческого фактора, путем сравнения стилей ведения технологического процесса различными сменами (операторами).

Стоимость сырьяв э»ф го ресурсов

3 мнения impjwrrpon (тсхисшо гш есюк, аналитических, дискретных)

Идштсфикацня мост во ти иювсеия imwjojn.irrax затрат.

íj Знетнмыс пеню и и

ОПСГ Об ODCIOIfCIDCIX от

ЫТР

Даты изменения ашгояиий тех. ед.

Формировянк псл<зы\ знжзшй параметров при [ различных состояниях тсс сд. (Qr^utb)

CpSFIKIIHe [»JICSLK н

текущих значений параметров с учетом отклонений отНТР.

Отчеты о рад. использовали

Программ ю- шгыраший комплекс (МЕ5-система)

Рис.8 Декомпозиция второго уровня процесса АЗ В четвертой главе «Автоматизированная система оперативного управления» описана реализация предложенных моделей и методик для решения задач оперативного управления производством. На основе комплекса разработанных информационных моделей были реализованы процедуры определения состояний технологических единиц, расчета отклонений значений параметров от норм технологического режима и определении экономического потенциала на предприятии ОАО «ФосАгро - Череповец».

Производство Количество параметров Всего

технологических аналитических дискретных

СКП 2208 800 192 3200

ПЭФК 2331 1110 259 3700

ПМУ 2360 1400 240 4000

ЦФА 684 480 36 1200

ТЭЦ 1104 1104 92 2300

В ОАО «ФосАгро - Череповец разработана и реализована система оперативного управления производством на основе программного обеспечения PI System компании OSIsoft:

• состоит из более 14 ООО параметров, в том числе ПМУ - около 4 000, ПЭФК -3 700, СКП - 3 200, ЦФА - 1 200, ТЭЦ - 2 300 (табл. 4).

• содержит требуемую статистику любого измеряемого параметра (рисунок 9);

• представляет информацию в различном виде (графическом, табличном, с помощью диаграмм и т.д.);

• автоматически учитывает простои свыше 30 технологических единиц;

• имеет период архивации 5 лет.

Й

J

сШ

Раслредемииерасидоюуиогоам*«>авгрануляторнвт.с.1 уч.2 ПМУ

Расходамииап пгранулятор.т/ч

Рис. 9 Графическое представление параметра (факт, стандартное распределение)

В качестве примера обработки информации с целью повышения эффективности управления производством рассмотрим сернокислотное производство. В производстве аккумулируется 3200 параметров: около 750 параметров на каждую технологическую систему и около 200 - общецеховых параметров.

В рамках реализации методики определения различных состояний технологических единиц, разработан автоматический отчет о количестве и продолжительности простоев и выходе на нормативный режим технологических единиц за выбранный пользователем период времени. Для фиксирования останова и пуска технологической системы используется 7 параметров на каждой технологической системе: суммарный расход жидкой серы; состояние двух насосов подачи жидкой серы в топку котла и состояние трех нагнетателей, один из которых может быть задействован в работе технологической системы.

Для фиксирования выхода технологической единицы на нормативный режим используется 3 параметра для каждой технологической системы: температура газа на входе в первый слой контактного аппарата, концентрация газа на входе и выходе контактного аппарата.

На рисунке 10 представлен отчет о функционировании технологических единиц сернокислотного производства за август 2012 г. В отчете помимо технологических систем, непосредственно участвующих в производстве серной кислоты, ведется мониторинг состояний участков подготовки сырья - узлов плавления и фильтрации жидкой серы.

А В С 1 2 Простои оборудования СКП за период 3 ! Э......е...... ■......F :...... G.....'..... Н i J к

4 с 01.08.2012 0:00 но 01.09.2012 0:00

Sri Наименование ? оборудования Производство

Количество простоев Обшее время простоя Общее время работы Кол. вьта. иа Обшсе время вых. иа режим

¡4 Узел плавления XS/I :iiil!lt||il||f§ll 673 ч. 9 глав. 70*51 мнп. 0 0 ч. 0 мня.

äS Узел плавления XS/2 ¡111112111 ¡¡Iii 498 ч. 26 мнн. 245 ч. 54 мни. шшшшш 0 ч. (I мни.

15 Узел фильтрадип РЯЩШЯШ 18 ч. 53 мнн. 725 ч. 7 ига. о 0 ч. 0 мни.

17 CR-600-1 4 ■ 8 ч. 9 млн. 735 4. 50 НИН. 4 ■ 5 ч. 20 мии.

15 CK 600 2 ■ & 20 ч. 17 мнн. 723 ч. 43 мин. 5 18 ч. 2 мин.

ISJCK-600-З 4 353 ч. 48 мнн. 390 ч. £1 мин. 4 9 ч. 26 мнп.

20 СК-714 2 10 ч. 38 мвн. 733 ч. 21 мин. 2 9 ч. 0 мвн.

22! Ш щ » • * <■ "SvCv. V). Ortl "i •.w.rf'i». <"■ V *„

Рис. 10. Отчета по простоям в производстве серной кислоты, август 2012 г.

Для детального исследования причин простоев, мониторинга поведения операторов в переходные процессы, технологу (диспетчеру) в дополнительном отчете по простоям указываются даты и время с точностью до секунды: останова, пуска и выхода на нормативный режим каждой технологической единицы (рисунок 11).

Рис. 11. Пример дополнительного отчета по простоям оборудования

в производстве серной кислоты за август 2012 г.

В пусковые периоды «зашкаливают» расходные коэффициенты сырья, поэтому важнейшим показателем в пусковые периоды является их продолжительность, при условии, конечно, соблюдения технологии пуска. Следовательно, информация по ведению технологического процесса в пусковые периоды позволит найти пути по совершенствованию системы управления пусковыми периодами, основанные на опыте работы квалифицированных операторов. Эффективность пуска и вывода на режим зависит от квалификации обслуживающего персонала. Полученная информация должна декомпозировать процесс вывода на технологический режим, а в последующем его автоматизировать. Управление технологическим процессом, описанное в регламентах, не позволяет эффективно вести процесс в пусковые периоды. Опыт

эксплуатации показывает, что на стадиях пуска и вывода технологического оборудования на установившийся режим работы, контролируемые параметры изменяются в широком диапазоне, таким образом, потери по целевым продуктам возрастают.

В рамках процесса расчета отклонений значений параметров от норм технологического режима реализованы функции сбора и математической обработки технологических параметров производств, а также их автоматическое представление в режиме реального времени и в режиме отчетов за любой период времени (смена, сутки, месяц и т.д.) с разбивкой по рабочим сменам и технологическим единицам (установка, технологическая система и т.д.). Пример отчета по соблюдению норм технологического режима на технологической системе СК-600-1 за август 2012 г. в период нормативного режима функционирования представлен на рисунке 12.

УТВЕРЖДАЮ:

•■■■[................................................................... Карта соблюдения НТР т.е. СК-600-1 Начш 1ьникС КП В.В.Пронин

Период с 01-08-12 00:00 по 01-09-12 00:00

Наименование стадии процесса, иссга измерения параметра Наименование показателе и 1 Границы РЕГЛАМЕНТ ПРОИЗВ одегве

Стипма § 11 11 3 s Kaii-o» границы Процент нарушений, %

| j 1 | 1 о о

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

■Î ""-"т.ГфТ«-;4'""1™ 1 ы

2 Газ на входе в КА ноз.306 Масеовав коикшрация серы -а 10,6 * Ш Щ «я №

Котлован вода в солевых отсеках (правым) когла РКС-95/4.0 ikiiAI Условное голесодсрканнс мт/дмЗ 2001 SOI m §м m 9 ■¡■И

Котловая вода в «мюшх отсеках (левый) котла РКС-95/4.0 noiAl Условное солесодсржпою — Щ •л . • m 'î

5 — Г.Т1 на выходе ю 2MAjxxi278 6 Массовая кепщетрзцн! брызг и 61 щ ш ¡111 tt щШшЩт

(Xiiifdi процэп аГкорб|*<н % 9958 „и. ¡¡¡¡11 & Щ111

11 Газ iu выхоле с 5 ели КЛ | Степень «ипапированш | % | 99.64 | [ ОД* | L_ .....

АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

t 1 кре гретый пар после пармкрегреватем 2 й ciyneiiH поз. А5 (lu ТЭЦ) Тсмперпурэ "С 409 ШШ

0 Кислота на входе в суши льнут башпо, Тснперзтура -с » HR то »

Кислота в сборнике супилыюй блики. 4 поз.256 Концялрииы % 93,9 96,1 ■M Al ■ ms . *. Щ

Тснпсрлура 'С 66 «Г llii w » .t..

6 Кисло га на входе во 2МА иоз.278 Температура -с 59 81 ШШ «Ы 'Ю £-0

7 Газ на выходе из 2МА>юх278 Обьешш дола S02 %об. 00.1 U-tt 1Ж ?4Î «

® Кислота в объединенной сборнике 1,2 9 MA поз. Е265 Ко1арпрт|(Ю % 98,2 990 •K'i Ш! И

Температура "С 86 CÎ4 ■ ÎA

С»-ses Кжикяжчктрыеогкхс «W»

II Газ на выходе с 1 ело« КА позЗОб, т.507 Температура -с 621 *** ■m m* . 4... M

12 Газ на выходе с 1 сл.« КА поз.306, т.508 Температура "С *** ШШ w ;

13 Газ на выходе с 1 слов КА поз-ЗОб, т.509 Тсинерлурз -с 621 m («ï 73Щ p." f>jD

Общий процент нарушений 0,0000

Рис. 12. Пример сменного отчета по соблюдению норм технологического режима в производстве экстракционной фосфорной кислоты

Отчет «Нарта соблюдения НТР» разделен на две части: «периодический контроль», где рассчитываются отклонения значений преимущественно аналитических параметров и «автоматический контроль» - расчет отклонений технологических параметров, поступающих непосредственно с датчиков приборов. Таким образом, из 750 параметров технологической системы СК-600-1, расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима ведется по 23 параметров (7 параметров - «периодический контроль», 13 параметров - «автоматический»).

Статистическая обработка параметра включает в себя расчет минимального, максимального и среднего значения, размаха, а также стандартного отклонения параметра.

Определение экономического потенциала т.е. СК-600-1 Начальник СКП В.В.Пронин

Период с 01-08-12 00:00 по 01-09-12 00:00

„ Ипннсшшаинспалнм процесса, места измерения параметра Наименование показателей 1 Границы ЦЕЛЬ ПРОИЗВОДСТВО

Статистика i 1 г 5 3 о Кол-во значений границы нарушений, ' >ЮНН>МН'Н'СЮ1Н руб.

| ъ 1 & 1 X 1 | 1 1 1 S и I

■

I аз на «ходе > КЛ нозЗОб Массовая концентрация серы элсментарноП шМ ■ ■ ■ > limil„...... Ж*

3 11срсгрс1ын iup IIUUE IUpOIICpCrpcB3TCJU it crynciui |юхА5 (на ТЭЦ) Температура пара "С 441 - ¡йШ S яи 7** ||ш| 1

^ | KiKJiOTa ш входе в сушнльную башню, Массовая дола H-SO, | % | 94.4 | 95.6 | JW-.O j j | 9&3 | й,1? j Я { W \ | Ф ]

5 Гэт на выходе с 1слоя КЛ поз.306, т.507 Температура •с 618 ят ррр •Я aw 0,18 »

6 Гаг на выходе с 1сл>я КЛ, поз. 306, т. 508 Температура •с 61S ЩИ Шт ■ W з Ml

7 Газ на выходе с !слоя КЛ, ноз.306, т.509 Температура •с 613 я» ■ w шятя

ИТОГО -

Рис. 13 Отчет об оценке экономического потенциала технологической системы СК-600-1 за август 2012г.

Для технологической системы СК-600-1 в период нормативного режима функционирования расчёт экономического потенциала основывается на сужение количественных диапазонов колебания параметров, влияющих на экономические интересы предприятия.

Отчет по оценке экономического потенциала включает в себя 7 параметров (рис. 13). Эти параметры влияют на рациональное использование сырья и материалов:

- жидкой серы, как при фильтрации, так и при сжигании;

-теплоэнергии в виде перегретого пара;

- катализатора в контактном аппарате;

- повышение извлечения Р205 из апатитового концентрата путем стабилизации сульфатного режима в экстракторе производства фосфорной кислоты за счет сужения диапазона колебаний продукционной серной кислоты.

Рис. 146. Мониторинг работы электрооборудования ПЭФК-1 (июнь 2012 г.)

На рис. 14 представлен следующий пример определения экономического потенциала в производстве экстракционной фосфорной кислоты. Технологический участок состоит из более 100 единиц электрооборудования. В период простоя технологической единицы часть оборудования, несомненно, продолжает работать, например, мешалки для перемешивания пульпы или вентиляторы и насосы орошения кислоты для обеспечения процесса абсорбции и т.д. Но другая часть оборудования должна быть выключена - для предотвращения нецелевого использования электроэнергии. Мониторинг работы электрооборудования в период простоя технологического участка позволяет оценить нецелевые затраты электроэнергии.

Благодаря организации «подсказок» в режиме реального времени оператору производства экстракционной фосфорной кислоты по отключению электрооборудования в период простоя технологического участка удалось сэкономить 1,8 млн руб./год. Экономия электроэнергии в июне 2012 г. по сравнению с аналогичным месяцем 2011 г. составила более 50 МВт.

Другим примером оценки экономического потенциала является мониторинг режимов работы котлов и турбин ТЭЦ в течение 2011 года. Определен целевой режим, при котором коэффициенты использования сырья минимальны. Целевые режимы: для котлов - выпуск продукции на уровне 60-70 т/ч; для турбин - генерация электроэнергии 11 Мвт. Соблюдая данные режимы, экономический потенциал составит свыше 10 млн. руб. для котлов и 21 млн. рублей для турбин в год (таблица 5).

Таблица 5. Расходные коэффициенты котлов и турбин при различных нагрузках оборудования

Выпуск пара, т/ч Расходный коэффициент, тут/Гкал Период работы в 2011, %

40-50 0,132 26%

50-60 0,130 21%

60-70 0,128 53%

Генерация э/э, МВт'ч Расходный коэффициент, Гкал/тыс.кВт'ч Период работы в 2011, %

4 0,924 4%

5 0,930 3%

6 0,914 4%

7 0,897 6%

3 0,900 15%

9 0,901 17%

10 0,897 24%

11 0,886 27%

Заключение:

В диссертационной работе получены следующие результаты:

1. Проведен системный анализ информационных потоков предприятия -производителя фосфорных удобрений на примере ОАО «ФосАгро -Череповец».

2. Разработана методика определения различных состояний технологической единицы (останов, пуск, нормативный режим).

3. Разработан комплекс информационных моделей процесса обработки данных, включающий:

3.1 определение состояний технологических единиц;

3.2 расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима;

3.3 определение экономического потенциала.

4. Реализованы разработанные методика и информационные модели на примере внедрения программно-аппаратного комплекса (МЕБ-системы) в ОАО «ФосАгро - Череповец».

Публикации по теме диссертации

Статьи в журналах, рекомендованных ВАН для опубликования результатов диссертационных работ:

1. Смелов А.Ю., Гартман Т.Н. «Опыт применения автоматизированной системы оперативного управления предприятиями по производству фосфорных удобрений». // «Химическая промышленность сегодня», Москва, №4, 2010

2. Смелов А.Ю., Тростин Д.С., Коробихин Ю.Н., Гартман Т.Н. «Некоторые аспекты интеграции MES и ERP для управления предприятиями по производству фосфорных удобрений». // «Химическая промышленность сегодня», Москва, №2, 2012

Статьи и тезисы докладов:

3. Смелов А.Ю. «Программа НТР и не только». // Газета «Химик», №39 14.10.2008

4. Смелов А.Ю. «Развитие системы оперативного управления производством (MES-системы)». // Газета Химик №3111.08.2009

5. Смелов А.Ю. «Система оперативного управления производством в ОАО «Аммофос». // Сборник статей научно-методической конференции по качеству образования и управления «Развитие образования на современном этапе: цели, задачи, приоритеты». ВГМХА, Вологда, 2009

6. Смелов А.Ю., Громова И.Н., Гартман Т.Н. «Система ключевых показателей сернокислотного производства на примере ОАО «Аммофос» г.Череповец». // Сборник материалов международной научно-практической конференции «Сера и серная кислота». ФГУП «Институт Гинцветмет», Москва, 2010

7. Смелов А.Ю., Гартман Т.Н. «Повышение производственной эффективности на примере сернокислотного производства ОАО «Аммофос» г.Череповец». // Сборник материалов международной научно-практической конференции «Сера и серная кислота». ФГУП «Институт Гинцветмет», Москва, 2011

8. Смелов А.Ю., Гартман Т.Н. «Автоматизированная система оперативного диспетчерского управления (АСОДУ) ОАО «ФосАгро-Череповец» -крупнейшего производителя серной кислоты в Европе» // Сборник материалов международной научно-практической конференции «Сера и серная кислота». ФГУП «Институт Гинцветмет», Москва, 2012

Подписано в печать 30.10.2012. Формат 60x84/16, бумага писчая. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. Л.0,9. Тираж 100 экз. Заказ №142

Московский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова Издательско-полиграфический центр МИТХТ, 119571, Москва, пр. Вернадского, 86

Сокращения, принятые в настоящей работе

Введение

1 глава. Системный анализ информационных потоков производства фосфорных удобрений на примере ОАО «ФосАгро - Череповец.

1.1 Особенности отрасли фосфорных удобрений

1.2 ОАО «ФосАгро-Череповец» - крупнейший производитель 21 фосфорных удобрений в России.

1.3 MES системы

1.3.1 Функции АСУТП и ERP

1.3.2 Взаимодействие MES с другими системами

1.3.3 MES в управлении предприятием

2 глава. Определение состояний технологической единицы

2.1 Диаграмма состояний технологической единицы

2.2 Условия пуска и останова технологических единиц

2.3 Условия выхода на нормативный режим технологических 51 единиц

2.4 Методика определения различных состояний технологи- 54 ческих единиц производств, участвующих в выпуске фосфорных удобрений

3 глава. Информационные модели процесса обработки данных

3.1 Контекстная диаграмма функциональной модели

3.2 Расчет отклонений значений параметров от норм техноло- 61 гического режима

3.3 Определение экономического потенциала

глава. Автоматизированная система оперативного управления

4.1 Реализация системы оперативного управления в ОАО 73 «ФосАгро - Череповец»

4.2 Определение состояний технологических единиц.

4.3 Реализация расчета отклонений значений параметров от 86 норм технологического режима

4.4 Определение экономического потенциала 96 Заключение 105 Список литературы

Сокращения, принятые в настоящей работе

Сокращения, относящиеся к разделу «Информационные ресурсы»

АИС - автоматизированная информационная установка

АРМ - автоматизированное рабочее место

АСКУЭ - автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии

АСОДУ - автоматизированная система оперативного диспетчерского управления

АСУ-автоматизированная система управления

АСУП - автоматизированная система управления предприятием

АСУТП - автоматизированная система управления технологическим процессом

АТК - автоматизированный технологический комплекс

БД - база данных

НТР - нормы технологического режима

СУБД - Система управления базами данных; совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных

API/SDK - Средство программного доступа

Controls - Распределенные системы управления, средства автоматики

ERP - (Enterprise Resource Planning) Системы планирования ресурсов предприятия

J.D. Edwards - комплексная ERP система

KPI - (Key Performance Indicators) Ключевые показатели эффективности

MES - ( Manufacturing Execution System, производственная исполнительная система) — специализированное прикладное программное обеспечение, предназначенное для решения задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках какого-либо производства

MRP - (Material Requirement Planning) система планирования потребностей в материалах.

ODBC - (Open Database Connectivity) —программный интерфейс доступа к базам данных

OLEDB - (Object Linking and Embedding, Database) — набор интерфейсов, которые позволяют приложениям обращаться к данным, хранимым в разных источниках информации или хранилищах данных с помощью унифицированного доступа

ОРС - (OLE for Process Control)— семейство программных технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами

Р/РЕ - Система проектирования производственных процессов и продукции

PI System - Информационная система производства

PLC - (Programmable Logic Controller) программируемый логический контроллер

SAP R/3 - Система, состоящая из набора прикладных модулей, которые поддерживают различные бизнес-процессы компании и интегрированы между собой в масштабе реального времени

SCADA- (Supervisory Control and Data Acquisition) система телемеханики. В узком смысле - программный пакет визуализации технологического процесса

SCM - (Suppiy Chain Management) система управления цепочкой поставок

SSM - Система управления сбытом и обслуживанием

XML - (eXtensible Markup Language) — расширяемый язык разметки.

XML — текстовый формат, предназначенный для хранения структурированных данных (взамен существующих файлов баз данных), для обмена информацией между программами, а также для создания на его основе более специализированных языков разметки (например, XHTML).

Сокращения, относящиеся к разделу «Химия»

АК - апатитовый концентрат

ВВУ- вакуум выпарная установка

ГПУ - газо- пылеулавливающая установка

ДАФ - удобрение диаммонийфосфат

ДАФК - (диаммофоска) высокоэффективное, концентрированное, гранулированное, азотно-фосфорное удобрение

ЖКУ - жидкое комплексное удобрение

КВФ - карусельный вакуумный фильтр

МАФ-удобрение моноаммонийфосфат

ПМУ - производство фосфорных удобрений

ПЭФК - производство экстракционной фосфорной кислоты

РК - расходный коэффициент

СКП - сернокислотное производство

Т. мнг-тонны моногидрата

ТЭЦ - теплоэлектроцентраль

ЦФА- цех фтористого алюминия

ЭР - энергоресурс

ЫР+Б - Азотно-фосфорное серосодержащее удобрение (ЫР+Б) марки 20:20+

МРК - Удобрение с определенным соотношением азота (1\1), фосфора (Р) и калия (К)

Цель работы

Целью диссертационной работы является повышение эффективности управления производством фосфорных удобрений на примере ОАО «ФосАг-ро - Череповец».

Задачи исследования

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Системный анализ информационных потоков предприятия - производителя фосфорных удобрений на примере ОАО «ФосАгро - Череповец».

2. Разработка методики определения различных состояний технологической единицы (останов, пуск, нормативный режим).

3. Разработка комплекса информационных моделей процесса расчета отклонений параметров от норм технологического режима.

4. Разработка комплекса информационных моделей для определения возможности рационального использования сырья и энергоресурсов.

5. Реализация разработанных методик на примере внедрения программно-аппаратного комплекса (МЕБ-системы) в ОАО «ФосАгро - Череповец».

Объект исследования:

Объектом исследования является информационная система предприятий, специализирующихся на выпуске фосфорных удобрений, включая следующие основные и вспомогательные производства: сернокислотное производство, производство экстракционной фосфорной кислоты, производство удобрений, цех фтористого алюминия (для утилизации кремнефтористово-дородной кислоты), теплоэлектроцентраль (для утилизации тепла, высвобождающегося при производстве серной кислоты).

Предмет исследования:

Предметом исследования является применение информационных технологий в системе управления производством для обеспечения высокой эффективности предприятий, специализирующихся на выпуске фосфорных удобрений при анализе большого потока данных.

Научная новизна

1. Разработана методика определения различных состояний технологической единицы (простой, пуск, нормативный режим) для цехов, входящих в состав производства фосфорных удобрений.

2. Разработан комплекс информационных моделей процесса расчета отклонений параметров от норм технологического режима.

3. Разработан комплекс информационных моделей для определения возможности рационального использования сырья и энергоресурсов.

Практическая значимость

1. Разработан и внедрен программно-аппаратный комплекс (MES-система) в ОАО «ФосАгро-Череповец» на базе программного обеспечения PI System фирмы OsiSoft. Программное обеспечение включает в себя элементы: PI Enterprise Server v3.4.380.70 (SP1) 64-bit PI DataLink Version 4.2.1, PI ProcessBook Version 3.2.0.0, PI ActiveView Version 3.2.0.0.

2. Разработан комплекс информационных моделей процессов обработки данных (расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима; определение возможности рационального использования сырья и энергоресурсов).

3. Разработано специальное программное обеспечение, реализующее предложенную методику определения различных состояний технологической единицы и обработки данных для расчета отклонений параметров от норм технологического режима при различных состояниях технологической единицы.

4. В фосфорном комплексе ОАО «ФосАгро - Череповец» в рамках работы рабочей группы по повышению энергоэффективности комплекса применялась разработанная модель определения возможности рационального использования сырья и энергоресурсов.

Методы исследования

В основу решения поставленных задач положены методы исследования системного анализа (декомпозиция, классификация, иерархическое упорядочивание, абстрагирование, формализация, моделирование), методология функционального моделирования систем ЮЕЯО, методология моделирования потоков данных ОРЭ.

Апробация работы

Результаты работы представлены на следующих конференциях:

Научно-методическая конференция по качеству образования и управления «Развитие образования на современном этапе: цели, задачи, приоритеты». ВГМХА, г. Вологда,

Первая, вторая и третья международная научно-практическая конференция «Сера и серная кислота». ФГУП «Институт Гинцветмет», г.Москва, 2010, 2011 и 2012гг.

По результатам работы международной научно-практической конференции «Сера и серная кислота» были получены два диплома: в 2010г. «Диплом за лучшую разработку в области управления химическим предприятием с применением компьютерных систем», в 2011г. «Диплом за креативность использования анализа информации МЕБ-систем для повышения эффективности сернокислотного производства», в 2012г. «Диплом за разработку и реализацию в промышленности автоматизированной системы оперативного диспетчерского».

Работа представлена на всероссийском конкурсе «Инженер года 2011» в версии «Профессиональные инженеры». Ее автор Смелов А.Ю. стал победителем в номинации «Информатика, информационные сети, вычислительная техника»

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов диссертационных работ, 4 публикации в сборниках трудов и тезисов докладов конференций и семинаров.

Производство фосфорных удобрений является крупнейшей подотраслью химической промышленности. На сегодняшний день вторым по величине экспортером фосфорных удобрений в мире является Россия [1]. Крупнейшим производителем фосфорных удобрений в России является ОАО «ФосАг-ро - Череповец». Предприятие специализируется на производстве сложных фосфорных удобрений с концентрацией фосфора от 15 до 52% в пересчете на Р205 [2].

В мировой практике деятельность любого предприятия нацелена на получение максимальной прибыли. Специфика современного рынка и условия жесткой конкуренции, характерные для сегодняшнего дня, заставляют непрерывно искать пути повышения рентабельности производства, совершенствования процесса управления и планирования.

Решить задачу производственной эффективности точным исполнением регламента весьма затруднительно, поскольку необходим одновременный контроль большого числа параметров как основных, так и вспомогательных производств (например, в ОАО «ФосАгро - Череповец» насчитывается более 14 ООО параметров). К тому же, регламентные диапазоны параметров не всегда преследуют цели экономного управления ресурсами. Кроме того, наряду с сокращением издержек необходимо уделять должное внимание требованиям промышленной безопасности и минимизации ущерба окружающей среде [3].

В данной работе предлагается решение задачи повышения производственной эффективности путем разработки и применения методов системного анализа для управления производством фосфорных удобрений, обработки информации с использованием современных программно-аппаратных комплексов - МЕБ-систем. МЕБ-системы ориентированы на информатизацию задач оперативного планирования и управления производством, оптимизацию производственных процессов и производственных ресурсов, контроля и диспетчеризации выполнения планов производства с минимизацией затрат [4].

Главной отличительной особенностью предприятий, выпускающих фосфорные удобрения, является с одной стороны - большое наличие агрессивных сред, а с другой стороны - достаточно развитый уровень приборного парка [5]. Именно эти факторы определяют необходимость и возможность применения МЕБ-систем на предприятиях по производству фосфорных удобрений.

Практически на всех предприятиях, специализирующихся на выпуске фосфорных удобрений, сделан первый шаг в сторону реализации МЕБ-систем: внедрена база данных реального времени. Однако, в большинстве случаев, эти базы данных обеспечивают лишь синхронизацию, репликацию и резервирование данных для обеспечения отказоустойчивости в реальном масштабе времени [6].

До недавнего времени основная часть информации, необходимая для управления производством фосфорных удобрений, хранилась в рабочих журналах, результаты обрабатывались вручную, из-за чего эффективность управления производством была невысока и присутствовал фактор человеческой ошибки. Существенным шагом по улучшению ситуации явилась модернизация существующей информационной системы на основе системного подхода и информационных технологий. Этим определяется актуальность и важность выбранной темы исследования.

В диссертации излагаются научно-обоснованные технические решения по развитию информационной системы предприятий, специализирующихся на выпуске фосфорных удобрений с применением МЕБ-систем.

Основные результаты:

В ОАО «ФосАгро- Череповец» система оперативного управления производством реализована на основе программного обеспечения PI System компании OSIsoft:

• состоит из более 14 ООО параметров, в том числе ПМУ - около 4 ООО, ПЭФК - 3 700, СКП - 3 200, ЦФА - 1 200, ТЭЦ - 2 300.

• содержит требуемую статистику любого измеряемого параметра (рисунок 18);

• представляет информацию в различном виде (графическом, табличном, с помощью диаграмм и т.д.);

• автоматически учитывает простои свыше 30 технологических единиц;

• имеет период архивации 5 лет.

Расход жидкого аммиака {т/ч) в грануляюр на т.с 1 уч 2 ПМУ

Параметр

Регламент «•Цель

Распределение расхода жидкого аммиака в граиулятор на тс 1 уч2ПМУ

100 090

О *о* хг уло» ^ vS* х-'5 „а | 0 w

-- I070

I о» i ОЗС

010 000 1

-1--1- - 1 1 —i i

-1-1- -Г -1- i i -1-А1 !

- ^И^к— —i Параметр •»Регламент • Цель

04 0S

10 12 14 1« 18 20

Расход аммиака в гранулятор, т/ч

Рис. 18 Графическое представление параметра (факт, стандартное распределение)

Данная система внедрена во всех производящих продукцию цехах. В системе аккумулируется и обрабатывается порядка 14 тысяч параметров, включая технологические (показания приборов: температуры, давления, расходы), аналитические (лабораторные испытания: концентрации веществ в различных средах) и дискретные (индикация состояния оборудования: работает/не работает). Распределение параметров по производствам представлено в таблице 8.

Заключение:

В диссертационной работе получены следующие результаты:

1. Проведен системный анализ информационных потоков предприятия -производителя фосфорных удобрений на примере ОАО «ФосАгро - Череповец».

2. Разработана методика определения различных состояний технологической единицы (останов, пуск, нормативный режим).

3. Разработан комплекс информационных моделей процесса обработки данных, включающий:

3.1 определение состояний технологических единиц,

3.2 расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима,

3.3 определение экономического потенциала.

4. Реализованы разработанные методика и информационные модели на примере внедрения программно-аппаратного комплекса (МЕБ-системы) в ОАО «ФосАгро - Череповец».

1. Аналитический портал химической промышленности «NC новые химические технологии» // URL: http://www.newchemistry.ru

2. ФГБУ «Специализированный центр учета в агропромышленном комплексе». АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РЫНКА: МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ. II квартал 2011 года.

3. Материал с интернет ресурса // URL: http://mes-systems.com/press-center/useful-articles/46-mes-?showall=l

4. Дульнева В. В., Сюч Э.О. Для чего внедряют PI System в России и за рубежом? Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы». №12 декабрь 2004г. // URL: http://esco-ecosys.narod.ru/200412/artl08.htm

5. Терлецкий М.Ю., Шапиро И.Я. Проблемы создания интегрированных систем управления // Приложение "IT-решения в нефтегазовой отрасли" к журналу Нефть и Капитал. 2002. N9 6.

6. Артюшин A.M., Державин Л.М. Краткий словарь по удобрениям. Москва, 1984.

7. Вронский В.А. Прикладная экология. Ростов-на-Дону, 1996.

8. Основы земледелия и растениеводства. / Под редакцией Никляева B.C. Москва, 1990.

9. Ю.Штефан B.K. Жизнь растений и удобрений. Москва, 1981.

10. Хомченко И.Г. Общая химия, М.: Химия, 1987

11. Аналитический портал химической промышленности. Мировой рынок минеральных удобрений. // URL: http://www.newchemistry.ru/letter.php?njd=2247

12. Хомченко Г.П. Химия для поступающих в ВУЗы., М.: Высшая школа, 1994

13. Справочник сернокислотчика, под ред. К. М. Малина, 2 изд., М., 1971;

14. Амелин А. Г. Технология серной кислоты, 2 изд., М., 1983;

15. Васильев Б. Т., Отвагина М. И. Технология серной кислоты, М., 1985.

16. Копылев Б. А. и др. Технология экстракционной фосфорной кислоты М.: Химия, 1989.-460с.18.«Общая химическая технология и основы промышленной экологии». Под ред. Ксензенко. М.: «КолосС», 2003г.

17. Мухленов И. П. «Основы химической технологии». М.: «Высшая школа», 1991 г.

18. Наркевич И. П. «Утилизация и ликвидация отходов в технологии неорганических веществ». М.: Химия, 1984 г.

19. Позин М.Е., Зинюк Р.Ю. «Физико-химические основы неорганической технологии». Л.: Химия, 1985 г.

20. Временный технологический регламент производства серной кислоты (технологическая система СК-600-1) ОАО «Аммофос» №210-2

21. Постоянный технологический регламент производства серной кислоты (технологическая система СК-600-2) ОАО «Аммофос» №210-03-2009

22. Постоянный технологический регламент производства серной кислоты (технологическая система СК-600-3) ОАО «Аммофос» №210-04-2009

23. Постоянный технологический регламент узла приема и складирования жидкой серы производительностью 400 тыс. тонн в год ОАО «Аммофос» №210-05-2008

24. Постоянный технологический регламент производства серной кислоты (технологическая система СК-714 со складом серной кислоты) ОАО «Аммофос» №210-04-2009

25. Постоянный технологический регламент производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК-1) ОАО «Аммофос» №251-1-2009

26. Постоянный технологический регламент производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК-2,3) ОАО «Аммофос» №251-02-2010

27. Постоянный технологический регламент производства аммофоса корп. 7.00 и 7.01 ОАО «Аммофос» №980-01-2005.

28. Постоянный технологический регламент производства гранулированных минеральных удобрений корп. 2.67 и 2.70 ОАО «Аммофос» №98003-2005

29. Постоянный технологический регламент производства жидких комплексных удобрений ОАО «Аммофос» №980-04-2004

30. Постоянный технологический регламент производства фтористого алюминия ОАО «Аммофос» №252-1-2008

31. Сорокин Р.Л. Разработка моделей и методов автоматизированного оперативно-диспетчерского управления производством непрерывного типа. Докторская диссертация, Москва, 1990г.

32. Р. Инсапов. MES системы. // URL: http://lnsapov.ru

33. Scada . ru Публикации - SCADA - системы: взгляд изнутри// URL: http://www.scada.ru/publication/book/preface.htmi

34. Кабаев С.В. Пакет программного обеспечения Intouch система мониторинга и управления в объектах промышленной автоматизации // URL: http://www.mka.ru/go/?id=40463&url=www.rtsoft.ru

35. ТРЕЙС МОУД интегрированная SCADA- и softlogic-система для разработки АСУТП // URL: http://adastra.ru/ru/tm/tm5/39.0'Лири Д. ERP системы. Современное планирование и управление ресурсами предприятия // М.: Вершина, 2004 г., 138 с.

36. Герасимов А., Кувалдин А. Серверная инфраструктура для ERP-системы // URL: http://www.iemag.ru/analitics/detail.php?ID=15971

37. Функции ERP-систем // URL: http://www.erp-online.ru/erp/functions/

38. Левин И.К. Plant Information System интерфейс между производством и бизнесом // RM Magazine. 2000. N9 5.

39. Левин И.К., Шапиро И.Я. Применение PI (Plant Information) System в нефтепереработке // Нефтяное хозяйство. 2000. № 10.

40. Смелов А.Ю., Гартман Т.Н. «Опыт применения автоматизированной системы оперативного управления предприятиями по производству минеральных удобрений». Научно-технический журнал «Химическая промышленность сегодня», г.Москва 2010, №4

41. Смелов А.Ю. «Развитие системы оперативного управления производством (MES-системы)». Газета Химик №3111.08.2009

42. Леньшин В.Н., Куминов В.В., Фролов Е.Б., Будник P.A. «Производственные исполнительные системы (MES) — путь к эффективному предприятию» // Журнал «САПР и графика» N26, стр. 42-43, 2003г.

43. МЕБ-система Wonderware Factelligence Решаемые задачи и практика внедрения // Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» N23(19), 2008г.

44. Халамеева H.И. Разработка приложений для мониторинга основных производств на базе программного продукта PI System OSI SOFTWARE INC. // Журнал «Горный информационно-аналитический бюллетень» №8, стр. 356-360, 2010г.

45. Руководство пользователя PI ActiveView. Oslsoft. Версия 3.2. 2009г.

46. Руководство пользователя PI DataLink. Osisoft. 2010г.

47. Руководство пользователя PI ProcessBook. Osisoft. Версия 3.2. 2009г.

48. PI Server Инструменты управления. Osisoft. 2010г.

49. Патрахин В.А. PROFICY ¡FIX 5.0 или НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ HMI/SCADA СИСТЕМ. Научно-технический журнал «Автоматизация в промышленности» №4, 04.2010

50. Нестерова А.Ю. MES системы управления производством. ЗАО "РТСофт", M К А, 1/2002 // URL: www.rtsoft.ru

51. Будник P.A MES системы: задачи и решения. Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы». N912 декабрь 2004г. // URL: http://esco-ecosys.narod.ru/200412/art93.htm

52. Сюч Э.О. Эффективное управление производством в нефтегазовой промышленности. Научно-технический журнал «Экспозиция Нефть Газ», 10.2008

53. Онищенко А. Г. Эффективное управление производством на базе Proficy. Научно-технический журнал «Автоматизация в промышленности», 09.2008

54. Онищенко А. Г. Система оперативного планирования и диспетчеризации производства на базе MES HYDRA. Научно-технический журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности», 03.2008

55. В.Ю. Мантуров, C.B. Подаусов, В.А. Кровяков. Единое информационное пространство в оперативном управлении производством. Научно-технический журнал «Химия и технология топливных масел», 02.2008

56. Сюч Э.О. Автоматизированная система контроля и учета энергоресурсов Научно-технический журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности», 02.2008

57. Сюч Э.О., Генаев A.C. Опыт компании «ИндаСофт» в создании MES-систем в различных отраслях промышленности. Научно-технический журнал «Control Engineering», 06.2007

58. Отчет об обследовании производства и бизнес-процессов ОАО «Аммофос». Москва 2011г.

59. Техническое задание на разработку и внедрение автоматизированной системы расчета материального баланса ОАО «Аммофос». Москва 2011г.

60. Технический проект. Автоматизированная система расчета материального баланса ОАО «Аммофос». Общесистемные решения. 341-1/11-ТП-ОР. 2011г.

61. Маклаков C.B. BPwin и ERwin: CASE-средства для разработки информационных систем // URL: http://itteach.ru/bpwin/bpwin-i-erwin-case-sredstva-dlya-razrabotki-informatsionnich-sistem

62. Д. Э. Федотова, Ю. Д. Семенов, К. Н. Чижик CASE-технологии. Практикум. Издательство: Горячая Линия-Телеком, 2005,160

63. Автоматизированные информационные технологии в экономике: Учебник / Под ред. проф. Г.А. Титоренко, М.: Компьютер, ЮНИТИ,2004.

64. Вендров A.M. CASE технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. - М.: Финансы и статистика,2005.

65. Вендров A.M. Практикум по проектированию программного обеспечения экономических информационных систем: Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Финансы и статистика, 2006.

66. Маклаков С.В. Моделирование бизнес-процессов с BPwin 4.0. М.: Диалог МИФИ, 2004.

67. Кондратьев В.В., Кузнецов М.Н. Показываем бизнес процессы: от модели процессов компании до регламентов процедур.2-е изд., перераб. и доп.- Москва. Эксмо, 2008. - 480 с.

68. Ветлугина И.М. Информационные технологии в экономике. Учебное пособие // URL: http://library.fentu.ru/book/iu/ll/6.html

69. Голубков Е. П. Методы системного анализа при принятии управленческих решений. — М.: Знание, 1973

70. Морозов В. К. О сущности системного подхода к решению сложных задач и о проблемах больших систем // Большие системы, методология, моделирование. — М.: Наука, 1971

71. Питере Т., Уотермен Р. В поисках эффективного управления (опыт лучших компаний). — М.: Прогресс, 1986

72. Голубков Е. П. Использование системного анализа в отраслевом планировании. — М.: Экономика, 1977.

73. Голубков Е. П. Системный анализ в управлении народным хозяйством. — М.: МИНХ, 1975.

74. Systems Analysis for Effective Planning. — N. Y., 1969.

75. Основы теории систем и системного анализа. — С.Петербург. СПбГТУ. 2001.

76. Бондаренко Н.И. Методология системного подхода к решению проблем: история, теория, практика. — СПб. СПбГУЭФ. 1997

77. Черняк Ю.И. Системный анализ в управлении экономикой. — М. 1975

78. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа. — М: Наука, 1981.

79. Смелов А.Ю. «Программа НТР и не только». Газета «Химик» №39 14.10.2008

80. Инструкция системы менеджмента. Процедура контроля соблюдения технологической дисциплины. ОАО «Аммофос». ИСМ 9-8.2-05-2009 (Выпуск 1) с изменениями 1-3

81. Федеральный закон о промышленной безопасности опасных производственных объектов ФЗ-116 от 21.07.1997

82. Общие правила промышленной безопасности для организаций, осуществляющих деятельность в области промышленной безопасности опасных производственных объектов ПБ 03-517-02 от 18.10.2002

83. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств ПБ 09-540-03 от 05.05.2003

84. Правила организации и осуществления производственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности на опасном производственном объекте (с изменениями на 1 февраля 2005 года). Постановление правительства РФ N9263 от 10.03.1999

85. Правила применения технических устройств на опасных производственных объектах (с изменениями на 1 февраля 2005 года) Постановление правительства РФ №1540 от 25.12.1998

86. Положение о технологических регламентах производства продукции на предприятиях химического комплекса. Приказ Минэкономики России от 06.05.2000г.

87. Клочков A. KPI и мотивация персонала. // М.: Эксмо, 2010,160с.

88. Матвеев В. Типичные ошибки при внедрении KPI, и как их избежать // URL: http://www.iteam.ru/publications/human/section48/article4099/

89. Молвинский А. Как разработать систему ключевых показателей деятельности. // URL: http://www.profreport.ru/node/6948

90. Соболев М., Рожкова Т. Как разработать систему материального стимулирования персонала. // URL: http://www.iteam.ru/publications/human/section48/article2575

91. Янг С. Языки реального времени. // URL: http://lib.mexmat.ru/books/35733

92. Любашин А. Н. Реляционные базы данных и IndustrialSQL Server— база данных реального времени. // URL: http://www.asutp.ru/?p=600373

93. Реляционная модель данных. // URL: http://li.romab.ru/langsql.html

94. Гирш Э. Алгоритмы, работающие в реальном времени. // URL: http://logic.pdmi.ras.ru/~hirsch/students/effalg-2001/lecture3.pdf

95. Норенков И.П. Автоматизированное проектирование. Серия учебных пособий. Информатика в техническом университете. Москва 2000

96. Данилин А., Слюсаренко А. Архитектура и стратегия. «Инь» и «Янь» информационных технологий предприятия // М. Интернет-Университет Информационных Технологий, 2005 г. 293-317 с.

97. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах // перевод с английского под редакцией чл.-корр. АН УССР A.A. Стогния и канд. техн. наук А.Л. Щерса // М.: Мир 1980. С. 203-230.

98. Дейт К. Введение в системы баз данных // М.: Вильяме 1999. С. 222-258.

99. ОАО «Новомосковская акционерная компания «Азот». Ежеквартальный отчет за 2 квартал 2009г, стр.24. // URL: http://www.eurochem.ru/sitemedia/attachments/c8c60a71-c71b-42e0-a0e7-249882ec3c81.pdf