автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Интегрированная автоматизированная обучающая система по оперативному управлению сталеплавильным производством

од

На правах рукописи

РЫТИКОВА Юлия Владимировна

ИНТЕГРИРОВАННАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОБУЧАЮЩАЯ СИСТЕМА ПО ОПЕРАТИВНОМУ УПРАВЛЕНИЮ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Специальность 05.13.06 - Автоматизированные системы управления

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена на кафедре АСУ Московского Государственного института стали и сплавов (Технологического университета)

Научный руководитель: доктор технических наук

профессор С.Я. Фомин

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Н.Е. Емельянов кандидат технических наук, профессор A.M. Якушев

Ведущая организация: Научно-исследовательский

институт высшего образования

Защита состоится "24" декабря 1997 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.053.08.07 в Московском Государственном институте стали и сплавов (Технологическом университете) по адресу: 117936, г. Москва, Ленинский проспект, 4, к. 436

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного института стали и сплавов (Технологического университета)

Автореферат разослан "20" ноября 1997 г.

Ученый секретарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы обуславливается потребностями, возникшими в области подготовки и повышения квалификации специалистов по оперативному управлению сталеплавильным производством. Подготовка специалистов традиционным образом, как правило, затягивается на долгие годы. Применение интегрированной автоматизированной обучающей системы (ИАОС) в педагогической практике позволяет повысить качество и эффективность обучения на фоне одновременного снижения затрат (временных, финансовых) на подготовку специалистов соответствующего профиля.

Качество подготовки специалистов с помощью обучающих систем в области управления сталеплавильным производством во многом определяется степенью соответствия модельного объекта управления реальному. Достижения последних лет в области создания автоматизированных обучающих систем по управлению сталеплавильным производством затрагивали преимущественно решение локальных задач оперативного управления отдельными участками цеха и производственными операциями. Подобный подход не позволяет реализовывать целостное, системное изучение процедур выработки эффективных оперативных решений в рамках интегрированного подхода в представлении данных и знаний, имеющего место в реальной производственной практике оперативного управления. Целью данной работы является создание интегрированной автоматизированной обучающей системы по оперативному управлению сталеплавильным производством.

В соответствии с поставленной целью были предложены и решены следующие задачи исследования:

- изучить полученные ранее и опубликованные в литературе результаты в области разработки автоматизированных обучающих систем; изучить существующий опыт в вопросах методологических принципов создания АОС и применения их в области управления сталеплавильными производственными комплексами;

- провести функционально-алгоритмическую структуризацию интегрированной автоматизированной обучающей системы (ИАОС) по оперативному управлению сталеплавильным производством;

- осуществить синтез математического обеспечения функционально-алгоритмической структуры системы оперативного управления сталеплавильным производством на основе исследования и компиляции комплекса математических моделей и процедур для осуществления выбора и принятия решений по выработке синхронизирующих уставок и регулирующих воздействий по разрешению конфликтных ситуаций в условиях противоречивых критериев;

- разработать на базе функционально-алгоритмической структуры и комплекса математических моделей программное обеспечение ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством с динамическим представлением изучаемой задачной системы.

Научная новизна диссертации состоит в том, что автором разработана методика построения интегрированной автоматизированной обучающей системы по оперативному управлению сталеплавильным производством, включающая:

1. Функционально-алгоритмическую структуру ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством.

2. Математическое обеспечение функционально-алгоритмической структуры ИАОС в виде адекватной компиляции комплекса соответствующих моделей и процедур.

3. Процедуру и алгоритм управления процессом обучения в ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством.

4. Программное обеспечение ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством, реализованное на базе синтезированного комплекса моделей.

Практическая ценность диссертации заключается в том, что разработка и использование научных результатов ИАОС, доведенных до конкретных методик и вычислительных процедур, позволяет повысить качество обучения подготовки специалистов в области принятия решений по оперативному управлению сталеплавильным производством. Студентам ВУЗов, получившим первичное представление о сталеплавильном производстве с помощью разработанной ИАОС, требуется существенно меньше времени овладения приемами практического решения задач оперативного управления объектом. Работники металлургических предприятий получают возможность повышать квалификацию, отрабатывая навыки и умения в условиях легко реализуемых многовариантных сценариев развития производственного процесса с оценкой последствий принимаемых решений.

Предмет, материал и цель исследования определили используемые в работе методы:

При создании ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством значительное внимание уделено процедуре выработки синхронизирующих уставок и управляющих воздействий в системе согласованного оперативного управления производственными подсистемами, рассматриваемых с позиций методологии системного подхода, на основе теории выбора и принятия решений в условиях критериальной неопределенности, с использованием имитационных моделей, систем массового обслуживания, методов математического моделирования, моделирующих алгоритмов, многокритериальной оптимизации, автоматической классификации.

Предмет защиты н личный вклад автора:

На защиту вынесена методика построения ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством. Автором определена функционально-алгоритмическая структура ИАОС, ее математическое обеспечение в виде адекватной компиляции комплекса соответствующих моделей и процедур, на базе которого разработано программное обеспечение ИАОС. На основе проведенного анализа методологических аспектов обучения предложены методика и алгоритм управления процессом обучения в ИАОС. Разработана многокритериальная система оценки работы обучаемого, включающая проверку теоретических знаний, оценку умения практического применения усвоенной информации и закрепления (отработку) навыков для оперативного управления сталеплавильным производством. Автор принимал непосредственное участие в создании основных подразделов системы и с помощью передовых компьютерных технологий осуществил их интеграцию в единый программный комплекс, отвечающий современным требованиям к системам этого класса («открытость», наглядность представления материала, адекватность функциональным возможностям пользователя и т.д.)

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы рассматривались на химико-технологической конференции ММХ-9 в Твери, 1995. ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством используется в МИСиС для обучения студентов кафедры АСУ (в частности, в курсе «Методы разработки функциональной структуры АСУП»), Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы. Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения с общим представлением работы, 3 глав, заключения, 3 приложений и списка литературы, включающего 126 наименований. Основной текст занимает 132 машинописных страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается современное состояние теоретических разработок и практических результатов по проблеме создания автоматизированных обучающих систем по оперативному управлению сталеплавильным производствам.

В первой главе "Автоматизация процесса обучения: цели, задачи, пути решения" рассматриваются основные цели и задачи в области создания автоматизированных обучающих систем; проводится классификация существующих АОС по следующим признакам:

1. По способу управления процессом обучения: линейные, разветвленные, выборочное обучение, адаптивные.

2. По способу представления предмета обучения: универсальные и проблемно-ориентированные.

3. По характеру функций обучения: информационно-обучающие, контролирующие, смешанные и предназначенные для развития практических навыков в узкой предметной области.

4. По типу пользовательского интерфейса, который определяется наличием аудио-визуальных элементов и механических составляющих.

5. По количеству пользователей: однопользовательские и многопользовательские.

6. По аппаратному обеспечению: они могут работать в виде программных систем на стандартных ЭВМ или в составе аппаратно-программных комплексов.

7. По способу общения обучаемого с системой: выборочный ответ, диалог, близкий естественному, и естественный диалог.

8. По принципу построения процесса обучения: традиционные АОС, обучающие системы с элементами искусственного интеллекта и экспертные обучающие системы.

Показано, что ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством, вопросу создания которой посвящена работа, оказывается на пересечении нескольких классов, а именно: она является адаптивной, информационно-обучающей, контролирующей, проблемно-ориентированной, диалоговой.

Проведенный анализ литературы по рассматриваемой проблеме позволяет сделать следующие выводы:

1. Создание разнообразных АОС в структуре «классического» образования специализированных ВУЗов направлено на развитие творческого, продуктивного мышления студентов с одновременным возрастанием эффективности и качества подготовки будущих специалистов в различных сферах научной и практической деятельности.

2. Создание АОС по оперативному управлению сталеплавильным производством развивалось по пути использования прогрессивных принципиальных и методологических подходов построения АОС в других сферах деятельности. Однако объектная часть указанных систем отражала преимущественно локальную ориентацию - в них не удалось развить концепцию интегрированного подхода в изучении процедур выработки эффективных синхронизирующих уставок и управляющих воздействий по согласованию отдельных подсистем всего сталеплавильного комплекса в условиях противоречивых целеполага-ний оперативных руководителей различных подразделений - ЛПР (лиц, принимающих решения). Указанный недостаток существенно снижает качество обучения.

3. Результаты проведенного анализа подтвердили актуальность создания интегрированной АОС по оперативному управлению сталеплавильным произ-

водством, базирующейся на перспективных принципах построения проблемно-ориентированных адаптивных АОС информационного и контролирующего характера с использованием широких возможностей, предоставляемых современными средствами передовых компьютерных технологий. 4. Проведенная функционально-алгоритмическая структуризация ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством позволила соотнести поставленную задачу управления известному классу многокритериальных задач принятия решений целостного, повторяющегося выбора с субъективной моделью проблемы.

Во второй главе "Синтез функционально-алгоритмического обеспечения технологии построения интегрированной автоматизированной обучающей системы по оперативному управлению сталеплавильным производственным комплексом" осуществлен синтез математического обеспечения функционально-алгоритмической структуры системы оперативного управления сталеплавильным производством на основе исследования и компиляции комплекса математических моделей и процедур для осуществления выбора и принятия решений по выработке синхронизирующих уставок и регулирующих воздействий по разрешению конфликтных ситуаций в условиях критериальной неопределенности. Современная методология эффективного управления производственными комплексами рассматривается в рамках системного подхода при интеграции управления отдельными технологическими процессами. Интегрированная человеко-машинная система управления производственным процессом предназначена для поддержки процесса выработки решений ЛПР оперативного уровня, рассматривающего следующие основные задачи:

- составление оптимального синхронизирующего расписания работы всех технологических участков (формирование синхронизирующих уставок): графики выпусков плавок на основных сталеплавильных агрегатах с соблюдением условий обеспечения этих графиков обслуживанием другими агрегатами (разливок плавок на МНЛЗ (машин непрерывного литья заготовок), поступающих из конвертерного отделения и т.п.);

- анализ текущего состояния и прогноз хода производственного процесса в течение планируемого периода на базе сравнения показателей плана - графика и данных по текущему (ситуационному) состоянию производства с помощью имитационных процедур (выявление возможных конфликтных ситуаций);

- оперативное разрешение текущих и прогнозируемых конфликтных ситуаций, завершающееся формированием синхронизирующих уставок в форме конкретных команд (диспетчирование) по изменению режимов обработки плавок и по ситуационному распределению производственных ресурсов (металлолома, вспомогательных механизмов и т.д.);

- управление качеством продукции.

В рамках ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством первая задача управления - составление синхронизирующего графика выпусков плавок - решается методом последовательной оптимизации вариантов графика по оборудованию в условиях многокритериального выбора по методу интервального оценивания замещений критериев (ИОЗ). В соответствие с рекомендациями Центрального научно-исследовательского института информации и технико-экономических исследований черной металлургии, для оценки альтернативных вариантов графиков плавок были выбраны следующие критерии:

1. Длительность выполнения производственной программы:

N М

Z Z fy- -> min, (1)

/=1у=1

Г. , норм

®<Tij ~ Tij '

где N - число плавок суточного задания;

М - число операций производственного цикла;

Tjj - длительность выполнения J -й операции обработки / -й плавки, мин.

2. Равномерность выпуска плавок:

Ее;

ы

Л'-t

l

т = ______________

N-1 '

где - усредненное значение интервала между моментами поступления плавок наМНЛЗ, мин.,

7] - моменты поступления плавок на МНЛЗ, мин.

3. Длительность ожидания плавками регламентируемых синхронизирующим графиком моментов начала выполнения организационно-технологических операций:

N 2

X Е а/ (3)

/=1.7=1

2

о<о,<1, =

У = 1

где - длительность ожидания г -й плавкой назначения на обработку в ковше (наМНЛЗ), мин.;

(Xj - «весовые» коэффициенты, определяющие значимость для ЛПР

простоев плавки на участках «конвертер-ковш» (СС\) и «ковш МНЛЗ» () в аспекте снижения вероятности получения ухудшенного качества металла. I

Вторая и третья задачи управления - это: прогноз хода произведет- ' венного процесса в течение планируемого периода на базе сравнения показателей плана - графика, рассчитанного ранее, и данных по текущему, состоянию производства с помощью имитационных процедур, т.е. выявление возможных конфликтных ситуаций, и дальнейшее определение эффективных мер их разрешения. В разработанной ЛАОС оптимизационная модель" оперативного управления сталеплавильным производством включает модели основных технологических процессов (например, обработка плавки) и алгоритмы, которые моделируют процедуру оперативного управления основными подсистемами предприятия (рис. 1).

Алгоритмическая организация ИАОС логически подразделяется на 4 основных блока:

I. Имитационная модель сталеплавильного производства. В качестве исследуемого объекта рассматривается конвертерное производство, включающее конвертерное отделение (КО), отделение внепечной обработки и отделение непрерывной разливки стали (ОНРС). Работа КО организована по классической системе, которая предусматривает стационарную установку конвертеров на рабочих стендах. После выпуска плавки в сталераз-ливочный ковш она подается для внепечной обработки металла в ковше (в случае необходимости), а затем транспортируется в ОНРС. Схема взаимодействия конвертеров и МНЛЗ не подразумевает закрепления каждого конвертера за определенным агрегатом разливки. Разливка стали, по возможности, осуществляется по методу «плавка на плавку». В системе случайным образом имитируется возникновение возмущающих воздействий в произ-

Алгоритмическая структура оптимизационной системы оперативного управления сталеплавильным производством

Алгоритмическая структура оптимизационной системы оперативного управления сталеплавильным производством

Рисунок 1, лист 2.

водственной системе (задержка подачи шихтовых материалов, жидкого чугуна и т.п.). Моделируемая производственная система формализована в виде вероятностной дискретной системы. Моделирующий алгоритм построен по известному принципу д/, который является в достаточной мере надежным и универсальным.

II. Разрешение конфликтных ситуаций. В ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством для разрешения конфликтов используются форсирование или задержка ряда производственных операций. Многокритериальная оптимизационная задача разрешения конфликтных ситуаций заключается в том, чтобы на выбранном интервале планирования построить такой график обработки плавок, чтобы свести к минимуму отклонение моментов начала и окончания обработки плавок от заданных оптимальных значений в.условиях ограничений на число вспомогательных механизмов и максимально допустимые изменения длительностей операций по обработке плавок, тГе. минимизировать критерии

1=1 К = 1

т ) '

3 = (5)

;=1 *=!

где / - число плавок, на которых необходимо форсировать определенные периоды;

т - число плавок, на которых необходимо задерживать определенные периоды;

j - номер периода, в котором произошел конфликт;

.ок.опт , _

1К - заданные оптимальные значения моментов окончания обработки

к-го периода ¡-й плавки, мин.;

- рассчитанные моменты окончания обработки к-го периода ¡-й плавки, мин.

Диалоговая процедура разрешения конфликтных ситуаций включает несколько основных этапов (рис.2):

1. Прогнозирование эволюции производственной системы, позволяющее ЛПР оценить ситуацию и выявить возможные проблемные, «узкие» места

2. Определение ЛПР оптимального корректирующего управляющего воздействия.

Диалоговая процедура разрешения конфликтных ситуацийтз

системе оперативного управления производством

/" 1. Импульс на начало рас-(счета (поступление плавки на V обслуживание)

2. Определение исходны* данных, условий и ограничений

6. Выявление предпочтительных режимов

обработки плаво« +

7. Расчет возможных стратегий (М) управления в заданных режимах

9. Рассчет возможных стратегий управления (М1) в других режимах и их комбинациях

12. Оценки

альтернатив по

критериям

(4) и (5)

*

11. Обращение к

ЛПР верхнего

уровня

.1

13. Многокритериальный выбор по методу И 03

14. Корректировка параметров производственной системы

Продолжение моделирования

Л

Дмс

3. Перерасчет параметров работы моделируемого объекта в соответствии с принятыми действиями.

Ш. Оперативное управление вспомогательными механизмами. Задача управления скрапозавалочными, заливочными, разливочными кранами сводится к поиску и выбору соответствующего типа механизма к определенному моменту времени в соответствии с запросами основных агрегатов. Задача выбора вспомогательного оборудования решалась как многокритериальная с помощью метода интервального оценивания замещений критериев ИОЗ.

IV. Оперативное управление качеством выплавляемой стали. На современном этапе развития сталеплавильного производства понятие «качество продукции» существенно связано с внепечной обработкой стали. Именно обработка плавки в ковше создает условия реализации гибкой технологии доводки металла до требуемого химического состава и температуры, определяющих, в конечном итоге, качественные характеристики готовой продукции. В ИАОС задача оптимизации химического состава металла в ковше была рассмотрена как многокритериальная и решена с помощью метода ИОЗ.

Четвертая задача управления - оптимизация процесса формирования качества (ПФК) готовой продукции - заключается в определении таких значений технологических параметров и промежуточных значений показателей качества, которые с достаточной для ЛПР вероятностью обеспечивают попадание в браковочные интервалы значений всех свойств готовой продукции.

Решение указанных задач в ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством основано на методике В.П. Саклакова, успешно внедренной на Новолипецком металлургическом комбинате.

Основными этапами решения задачи оптимизации ПФК являются:

1. Определение номенклатуры показателей совершенства (координат состояния) ПФК.

2. Разработка комплексного показателя совершенства ПФК, который может быть использован в качестве критерия оптимизации ПФК.

3. Определение параметров базового (эталонного) ПФК для различных типов ПФК.

4. Построение оценочных функций и методов оценки частных и общих уровней совершенства единичной реализации ПФК.

5. Разработка математической модели ПФК.

Пошаговая процедура оптимизации ПФК начинается с определения законов распределения входных сигналов для некоторого субоптимального ПФК. В результате ряда шагов осуществляется расчет новых ПФК, приближающихся, в конечном итоге, к оптимальному с удовлетворяющей пользователя точностью. Существенно осложняет оптимизацию ПФК большая размерность задачи - числа факторов, оказывающих влияние на показатели качества готовой продукции. Для значительного снижения размерности была использована методика, разработанная специалистами Института проблем управления

(М.А. Айзерман, Э.М. Браверман, ЛИ. Розоноэр) на базе методов автоматической классификации (метод главных компонент, факторный анализ и ДР-)-

В третьей главе "Методология и технология построения интегрированной автоматизированной обучающей системы по оперативному управления сталеплавильным производством" представлена общая структура ИАОС, включающая:

1. Организующий центр. Работа этого блока заключается в выработке обучающих, стимулирующих, координирующих, консультирующих директив на основе разнообразной информации (данных о решениях обучаемого, общих целях и ресурсах системы, состоянии объекта управления и т.п.). Алгоритм управления процессом обучения в ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством приведен на рис. 3. ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством включает четыре уровня обучения:

- понимание и опознание (знания). Основная задача первого УО состоит в том, чтобы дать обучаемому предварительную подготовку, общие знания об изучаемом объекте и действиях над ним, и добиться осознанного понимания протекающих процессов при повторном воспроизведении ранее усвоенной информации. В ИАОС первый УО реализован в виде анимационной интерактивной модели сталеплавильного производства, содержащей сведения об объекте, его характерных особенностях и т.п.

- воспроизведение и применение (знания - умения). Подготовка обучаемого на этом этапе позволяет ему не только применять усвоенные ранее знания для решения типовых задач, но и самостоятельно воспроизводить и преобразовывать известную информацию. Второй УО ИАОС посвящен решению задачи составления синхронизирующего графика выпусков плавок, требующей от обучаемых конкретных знаний о подходах, используемых для решения рассматриваемой задачи управления, умения применять методы решения многокритериальных оптимизационных задач, и, в частности, метода интервального оценивания замещений критериев.

-отработка практических умений и навыков, творческая деятельность обучаемого. На третьем и четвертом УО в ИАОС обучаемый выступает в роли ЛПР оперативного уровня управления сталеплавильным производством. Для достижения высоких результатов в выполнении поставленных задач управления необходимо твердое знание и гибкое владение учебным материалом, умение обосновывать выбор действия, формировать ориентировочную основу деятельности и самостоятельно излагать результаты своей деятельности. Для решения конфликтных, нетиповых ситуаций, кроме прочего, от обучаемых требуется умение мыслить нестандартно, творчески.

Алгоритм управления процессом обучения в ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством

/Получение задания I от преподавателя

1-й уровень обучения:

"Приобретение теоретических знаний о сталеплавильном

Сценарий 1-го уровня обучения

Анализ и оценка преподавателем качества обучения

Подведение итогов работы -{обучаемого в системе (теоретическая и практическая компоненты)

Обучаемый получает задание от преподавателя, в соответствии с которым строится схема его обучения в системе. Для каждого уровня предусмотрены различные сценарии обучения. Данные о результатах работы обучаемого передаются в организующий центр и поступают к преподавателю для проведения анализа, оценки качества обучения и выполнения требуемой корректировки схемы проведения занятий.

2. Каналы выработки решении, к которым относятся нормативный решающий канал и обучаемый решающий канал, предлагающие, соответственно, нормативные Шор и учебные иуч варианты решений. Нормативный решающий канат вырабатывает правила принятия решений в соответствии с различными регламентирующими документами, ГОСТами, технологическими инструкциями, техническими условиями и т.п. Обучаемыми решающими каналами являются студенты или представители с производства, которые вырабатывают учебные варианты решений. Каждое событие принятия решения завершается выполнением сравнительного анализа эффективности решений, принимаемых обучаемым, и решений нормативной модели, рассчитываемых параллельно. Результаты передаются в организующий центр. Выбранное управляющее воздействие подается на объект управления - сталеплавильную производственную систему - и работа в ИАОС продолжается.

3. В качестве объекта деятельности, по отношению к которому решающие каналы вырабатывают и на которых реализуют свои решения, выступает имитационная система сталеплавильного производства. Математическая часть этой системы представлена традиционными схемами моделирования конкретных объектов деятельности и рассмотрена в Главе 2. Сформированный модельный объект управления является областью приложения работы обучаемого решающего канала, который работает непосредственно с данной частью системы, обращаясь в случае необходимости к справочной информации базы знаний и результатам расчетов, вырабатываемых нормативным решающим каналом.

4. Система многокритериальной оценки работы обучаемого, которая наряду с организующим центром играет интеграционную роль и используется для получения обобщенной оценки эффективности принимаемых решений.

Оценка эффективности работы обучаемого решающего канала осуществляется на основе нескольких критериев, отражающих не только качество проработки и степень усвоения материала, что является первостепенной задачей любой обучающей системы, но и учитывающих достигнутое состояние объекта управления, отклонение величины выбросов в атмосферу в процессе реализации принятых решений от значений нормативов, выполнение заданного плана и т.д.

Многокритериальная оценивающая система включает два основных подраздела. В первом аккумулируются сведения о качестве проработки обучаемым теоретического материала на каждом уровне обучения. Второй подраздел включает данные, свидетельствующие о практическом умении применять приобретенные знания в «реальных» производственных ситуациях, моделируемых имитационной системой, и, следовательно, о качестве управления объектом на третьем уровне обучения, т.е. непосредственно в процессе оперативного управления сталеплавильным производством:

1). Величина отклонения длительности выполнения производственной программы от соответствующего значения базового (эталонного) плана - графика:

Н /=1

где Ту - модельное время выполнения //-операции, мин.;

7^"' - соответствующие нормативные показатели плана - графика, мин.;

Б - число технологических участков;

п . - число операций на / -м технологическом участке.

2). Величина отклонения объема выбросов вредных веществ в атмосферу в результате реализации обучаемым производственной программы от соответствующих показателей базового графика (данные приведены для конвертерного производства):

где N - число МНЛЗ;

Т^, Т°"' - время работы / -й МНЛЗ в реальном и базовом графиках соответственно, мин.;

[.I ■ - коэффициент, равный величине максимального объема выбросов J -

го вида (пыль, окись углерода, окислы азота, метан) за минуту работы МНЛЗ, кг/мин.

Используемые в настоящей работе данные о вредных выбросах при непрерывной разливке стали были получены в результате исследований, выполненных сотрудниками «ВНИПИчерметэнергоочистка».

3) Доля решений, не совпадающих с оптимальными, которые были приняты обучаемым при выборе вспомогательного оборудования, в общем числе решений по выбору механизмов. Как отмечалось ранее, одна и та же

производственная ситуация может быть рассмотрена с разных позиций и список вариантов управляющих воздействий включает допустимые, но не всегда оптимальные решения. Обучаемый вправе выбрать любое, но решения, не совпадающие с рассчитываемыми нормативным каналом по строгим алгоритмам выбора вспомогательных механизмов, рассматриваются как отклонения от оптимальных.

4) Число принятых управляющих воздействий, реализация которых привела к возникновению внештатных ситуаций. В случае, если J11 IF не успел принять решение за допустимый в соответствии с базовым планом-графиком интервал времени, фактически, обрабатываемая плавка (следовательно, и график) «сорвана» и для восстановления нормальной работы производственной системы потребуются дополнительные расходы и средства.

5) Число плавок, выплавленных в неблагоприятных режимах обработки - замедленных или ускоренных. Фактически, это означает, что данные плавки не будут соответствовать всем технологическим требованиям, предъявляемым к качеству продукции данного вида (марке стали). Однако, в процессе управления сталеплавильным цехом складываются такие конфликтные ситуации, разрешение которых возможно только с использованием форсирования или задержки определенных периодов на различных технологических переделах. На современном этапе развития производства в первую очередь вызывают интерес качественные характеристики готовой продукции, поэтому в ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством эти данные также выносятся в результаты работы.

6) Соответствие выбранной структуры цеха заданной производственной программе. В ИАОС ведется учет использования вспомогательного оборудования для обслуживания плавок.

Результаты работы обучаемого с ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством поступают к преподавателю, который принимает окончательное решение об успешном выполнении поставленной задачи или о необходимости прохождения повторного обучения в системе.

При разработке программного обеспечения ИАОС в качестве рабочей среды была выбрана операционная система (ОС) Windows, благодаря чему стало возможным, кроме прочего, использовать систему быстрого создания приложений (Rapid Application Development) Delphi версии 1.02. Del-phy соединяет визуальные и объектно-ориентированные принципы программирования с дружественной средой разработки, создавая в итоге архитектуру многократно используемых компонент. Это позволяет программистам производить быструю разработку и совершенствование высокоскоростных приложений Windows. Программный комплекс ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством состоит из нескольких взаимосвязанных блоков, объединяющих совокупность программных средств, которые реализуют решение отдельных подзадач системы как

единого целого. Программный комплекс предназначен для работы на IBM-совместимых персональных компьютерах с процессорами 386 и выше, работающих под управлением Windows 95 или Windows NT, и на которых установлены цветной монитор и манипулятор мышь. Объем дискового пространства, занимаемый разработанной обучающей системой, составляет 8 Мб.

Для облегчения процесса усвоения и проработки материала ИАОС логически подразделяется на несколько модулей, позволяя обучаемому начать работу с более простого уровня ЛПР, управляющего отдельными производственными операциями и механизмами, и заканчивая уровнем ЛПР оперативного управления производственным процессом в целом. Управление производственной системой осуществляется на основе предварительно составленного обучаемым в рамках диалоговой подсистемы ИАОС синхронизирующего графика выпусков плавок. Прорабатывая задачу составления синхронизирующего графика выпусков плавок, обучаемый не только получает представление о согласованной.работе отдельных производственных подсистем, но й дополнительно знакомится с • правилами принятия решений в задачах многокритериальной диалоговой оптимизации по методу ИО'З.

Дальнейшая работа обучаемого осуществляется в контуре имитационной системы производственного процесса и сопровождается выдачей необходимых сведений и данных на протяжении всего выбранного интервала планирования. Демонстрируя примеры оперативного управления производственным процессом, ИАОС «ведет» обучаемого и знакомит его с наиболее эффективными решениями в конкретной ситуации. Варьируя исходные данные, обучаемый может получить представление о правилах и методах оперативного разрешения разнообразных конфликтных ситуаций. Для облегчения работы обучаемого (особенно начинающего) ему предлагается производить выбор одного или нескольких управляющих воздействий из списка возможных. Выбранные управляющие действия оцениваются по совокупности критериев, выбор оптимального решения может быть произведен самостоятельно или с помощью программы диалоговой процедуры многокритериального выбора (ИОЗ).

Общие выводы по работе.

В рамках диссертационной работы были получены следующие научные и практические результаты:

1. Проведенный анализ литературы показал, что создание обучающих систем по оперативному управлению сталеплавильным производством развивалось по пути использования прогрессивных принципиальных и методологических подходов построения АОС. Однако объектная часть указанных систем отражала преимущественно аспекты управления отдельными агрегатами, операциями, технологическими процессами производственной системы фактически без рассмотрения комплексного подхода в представлении данных и знаний, имеющих место в реальной интегрированной системе оперативного

управления производством.

2. Функционально-алгоритмическая структуризация ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством построена на представлении оперативного управления сталеплавильным комплексом в классе многокритериальных задач принятия решений целостного, повторяющегося выбора с субъективной моделью проблемы.

3. Сформулирована математическая постановка задачи составления синхронизирующего графика выпусков плавок в форме задачи многокритериальной оптимизации. На основе результатов анализа существующих методов решения многокритериальных задач оперативного управления производством был сделан вывод о том, что метод интервального оценивания замещений критериев является наиболее адекватным для реализации его & контуре системы обучения ИАОС.

4. В соответствии с функциональной структуризацией системы оперативного управления синтезирована имитационная система сталеплавильного производства, на основе которой в ИАОС осуществляется процедура прогнозирования хода производственного процесса для решения основной задачи оперативного управления - своевременное выявление конфликтных ситуаций и нахождение методов и средств их оптимального разрешения.

5. Разработанная процедура построения ИАОС, реализующая указанное представление, включает: организующий центр, синтезированную имитационную систему производственного процесса, нормативные и обучаемые решающие каналы, блок проверки допустимости и оценки оптимальности решений обучаемого, многокритериальную систему оценки качества работы обучаемого.

6. Разработан алгоритм управления процессом обучения, являющийся центральным звеном организующего центра процедуры обучения в ИАОС.

7. Программное обеспечение ИАОС по оперативному управлению работой сталеплавильного производства разработано в ОС Windows с использованием системы быстрого создания приложений Delphy 1.02, что в наибольшей степени отвечает современным требованиям к программным средствам и целям рассматриваемой задачи.

8. Разработанные методика построения ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством и соответствующее программное обеспечение внедрены в учебном процессе на кафедре АСУ МИСиС в курсе «Методы разработки функциональной структуры АСУП».

Основные публикации по теме диссертационной работы:

1. Фомин С.Я., Рытикова Ю.В. Структуризация проблемы принятия решений в интегрированной автоматизированной обучающей системе по оперативному управлению сталеплавильным производством / Высшая и средняя профессиональная школа в России и за рубежом. Выпуск 2. Деп. в НИИВО 17.03.97. №41-97, деп. Позиция 22. 13 с.

2. Фомин С.Я., Рытикова Ю.В. Основные принципы построения ИАОС по оперативному управлению сталеплавильным производством // Сборник научных трудов МИСиС «Информационные технологии в металлургии и экономике». -ММИСиС, 1997. Стр. 158-163.

3. Фомин С.Я., Рытикова Ю.В. Структура интегрированной системы управления физико-химическими и организационными процессами сталеплавильного производственного комплекса // Тезисы химико-технологической конференции ММХ - 9 в Твери, 1995. Стр, 38-42.

.4. Фомин С.Я., Рытикова Ю.В. Алгоритмическое и информационное обеспе-чёние интегрированной автоматизированной обучающей системы по оперативному управлению сталеплавильным производством // Тезисы докладов VI симпозиума «Проблемы создания комплексного мониторинга качества образования в России». Москва, 24-27 сентября, 1997. Стр. 62-64.