автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Методы и модели автоматизированного проектирования систем водоотведения

;, и

" ; р

Московский

На правах рукописи

АРТАМОНОВ Владимир Владимирович

МЕТОДЫ И МОДЕЛИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ВОДООТВЕДЕНИЯ

Специальность 0.5.13.12 - Системы автоматизации проектирования

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических иаук

Москва 1994

Работа выполнена в Университете Методологии Знаний ( УМЗ ), г. -Москва.

Официальные оппоненш - доктор технических наук,

профессор XОРУЖИЙ П.Д.

- доктор технических наук, профессор ОСИПОВ В.А.

- доктор технических наук, профессор ШАПОШНИКОВ H.H.

Ведущая организация - Акционерное общество з.т. ГПИ-2 г. Москва

Защита состоится " ^ ^" ^ ЩМ^-1 1994 г. в " '¿О " часов на заседании специализированного совета Д 053-11.11 при Московском Государственном Строительном Университете по адресу: 129337, Москва, Ярвеяавекв^июессг-Збг^уд Vм' е/ггя

ЦМ }А П4СС ; ¿о!

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Просим Вас принять участие в защите и направить' Ваши отзывы в секретариат совета по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26, МГСУ, Ученый Совет.

Автореферат разослан " ^^ 1994 т.

Ученый секретарь ^

диссертационного совета _ . —. В.О. Чулков

ОБЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуллъ]1осп_тшы- Проблема экологической защищенности обще-с-гва от деструктивного воздействия на природу негативных проявлений технической цивилизации вышла в разряд первоочередных, решение которых определяет генетическую будущность человека

"разумного.

Важным аспектом этой проблемы следует признать охрану водных ресурсов от загрязнний сточными водами населенных мест и промышленных предприятий, для которых водопользование является жизненно важной потребностью- Защитные возможности общества в обезвреживании сточных вод технически реализуются как системы водоотведения, представляющие собой сложный и дорогостоящий комплекс инженерных сооружений по отведению и очистке сточных вод.

. Зачастую затраты на строительство систем водоотведения не дают ожидаемого экологического результата из-за низкого эффекта их фугащионироватшя. В большинстве случаев возможность возникновения подобных ситуаций определяется качеством проектных решений, гарантом которого может быть, только надлежащий уровень методов и моделей прогрессивной технологии проектирования систем водоотведения.

Учитывая тондгндли и перспективы совершенствования проектного дела, особое внимание следует обратить на развитое в рассматриваемой предметной -области методов и моделей, ориентированны х на эффективное использование в САПР систем водоотведения.

Очевидно, что рекомендуемые методы и модели должны обеспечить принятие проектных решений качественно нового уровня. Такая возможность достигается, прежде всего, введение?; в технологию проектирования систем Еодоогведення новых процедур, расширяю щих и углубляющих анализ проектируемой системы, объективно подтверждающих соответствие ее характеристик современным социально-экологическим требованиям. Изменения технологии проектирования, в свою очередь, требуют от специалистов в области систем водоотведения новых знаний м нетрадиционного подхода к оценке работоспособности запроектированной системы. ^

Совершенствование методов и моделей автоматизироанного про ектирования систем водоотведения в комплексе с соответствующей подготовкой специалистов пользователей САПР позволят зффекгив: но решить экологически важную проблему обезвреживания сточных вод населенных мест и промышленных предприятий.

Цель работы. Формирование эффективной САПР систем водоотведения на основе разработки прогрессивных методов и моделей их оптимального проектирования

методов и моделей их описания; разработка структуры прикладного математического и' программного обеспечения комплекса автоматизированного проектирования систем водоотведения; разработка математических моделей систем водоотведения и методов их исполь зовашы в технологическом проектировании; разработка математических моделей и алгоритмов расчета процессов и сооружений отведения и очистки сточных вод как элементов систем водоотведения; обоснование метода оптимизаций систем водоотведения; разработка .технологии автоматизированного проектирования оптимальных сис-

Системный анализ систем водоотведения,

- 5 - /

тем водоогеедёния; экспериментальная проверка и внедрение ре- • зульгатов исследований.

Методы исследования, Общей методологической основой работы является системный подход. В работе применены методы системно-структурного анализа, илфографии, теории графов, теории алгоритмов, структурное программирование, оптимизация, теория принятия решений, математическое моделирование, теория вероятностей и. математическая статистка.

Научная новизна работы состоит в теоретическом обосновании принципов совершенствования проектных решений систем водоотведения, разработке научных основ создания САПР оптимальных систем водоотведения, разработке ■ модели универсальной структуры технологических схем водоочистки (ТСВ) и предложен™ рацио-, нальното метода ее решения, разработке математических моделей ряда- процессов очистки сточных вод, разработке принципов построения и структуры программного обеспечения САПР систем водоотведения, разработке технологии автоматизированного проектирования оптимальных систем водоотведения на основе матемапгческого и программного обеспечения, предложении модификации показателя организационно-технологической надежности САПР систем водоот ведения.

На защиту выносятся: принципы построегаи и структура лро-фаммного обеспечения САПР систем, водоотведения, технология ав-гоматизированного проектироваши систем водоотведения иа основе эазработаиных автором методов, инфографическш; моделей и программного обеспечения, модификация показателя организационно-те-шологичесгсой надежности САПР систем водоотведения, уииверсаль-1ая модель структуры ТСВ-и декстжозицнониьш метод ее решения,

математические модели функционального и конструкционного проектирования и оптимизации процессов очистки сточи гых вод.

Реализация результатов работы. Практическая ценность работы состоит в создании методологических материалов по проектированию оптимальных систем водоотведения, разрабопсе объектно-ориентированной технологии диалогового автоматизированного проектирования систем водоотведения, открытии подготовки инженеров по специализации "Автоматизированное проекшроваме систем водоснабжения и канализации", использовании результатов работы в учебных курсах инженеров по специальности "Водоснабжение и канализация, рациональное использование и охрана водных ресурсов". Разработанные технология и программные комплексы автоматизиро' ванного проектирования систем водоотведения функционируют в ряде проектных 1Ш статутов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на всесоюзных и республиканских конференциях и семинарах, отраслевых совещаниях в Москве, Ир1сутске, Киеве, Кишиневе, Львове, Ровно, Самарканде, Ташкенте, ■ Ульяновске, Харькове в 1930-1593 г.г. "г;\

Структура и объем диссертации, Диссертация состоит 153 введения, пяти глав,- общих выводов, списка литературы! Объем диссертации 285 страниц, 12 таблиц, 38 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введи иш обосновывается акту алы ¡ость рабош, формулируются цели и задачи исследования, приведены основные научные поло-

жения, выносимые на защиту, дается общая характеристика, объем л структура работы.

В_1хе]^й_хяаве рассмотрена традиционная технология проектирования систем водоотведения, основанная на использовании классических положений и принципов, таких как блочно-иерархического подхода, деления процесса проектирования - на этапы и представлений об объекте - на уровни- абстрагирования, расчленение представлений об объекте на функциональный, конструкторский и технологический аспекты, выделение проектных процедур синтеза и анализа, птерациетшостъ процесса проектирования. Выявлены основгале проектные причины несовпадения ожидаемых и дейстеительных показателей работы систем водоотведения:

- огразшчелное применение системного подхода в данной пред-метнойоб ласти;

- ориентация технологии проектирования исключительно на оценку расчетного статического состояния, объекта проектирования и игнорирование необходимости многовариантиогс анализа его работы в условиях" очевидной несгационарности значений внутренних и внешних параметров;

- подмена эффективной параметрической оптимизации системы ограниченным по возможностям сравнением нескольких, (чаще всего двух) вариантов ее структуры.

Показана необходимость качественного совершенствования технологии проектирования систем водоотведения с целью существем-ного повышения экологической эффекпюносга их функциснироиа ния.

Радикальные изменения в технологию проектирования с практической возможностью устранения указанных причин н достижения

постааленной цели вносит автоматизация проекшых работ и, в особенности, формирование и использование САПР в проектных оргашззациях.

Получение в САПР проектных решений с качественно новыми характеристиками обеспечивается использованием соответствующих методов и моделей автоматизированного .проектирования, разработке которых уделено внимание многих исследователей.

Для проектирования систем водоотведения предложены многочисленные пакеты прикладных программ, предназначенные для расчета и оптимизации как канализационных коллекторов, так и отдельных сооружений очистки сточных вод. Ошечен большой вклад в развитие автоматизации проектных работ в области канализации -Н.И.Голика, Pi.С. Дикаревсхого, Л.П. Истоминой, Н.У. Койды, А.П. Кулаковой, И.А. Лосевой, И.В. Скирдова. Задачи, решаемые этими учеными, в основном ограничиваются применением ЭВМ в рамках методик и моделей традиционного проектирования. По мере развития методов автоматизированного проектирования систем водоотведения наметилась тенденция. ( И.В. Гордин, Н.Б. Манусова, В.В. Найденко, Д.Н. Смирнов, И.Г.. Статюха) к комплексному решению • задачи на основе системного подхода, к создали» концептуально новой технологии проектирования в данной предметной области.' ■

Эффективные пути решения такой проблемы указываются в рабо тах Н.В. Варламова, Г.А. Геммерлинга, A.A.' Гусакова, B.C. Нагин-ской, Н.П. Норенхова, Б.В. Прыяина, В.О. Чулкова, H.H. Шапошникова но системотехнике и автоматизации проектирования, Л.А. Барского, В.В. Кафарова, Г.М. Островского по моделированию и оптимизации химических производств, Н.П. Белозорона, П.Д. Хору-жего по моделированию и машинному расчету сетей и систем вод о-

о

снабжения.

Формирование эффекшпной САПР объектов водоотведения тре-буог, кроме устранения отмеченных выше недостатков традиционного проектирования, учесть и рационально сочетать в изучаемых условиях такие ее противоречивые принципы как: цельносга, осно-вазшой на общей методологии, информационном единстве, - ■ и эгапности создания системы для разных стадий проекта, различных категорий сточных вод и разных методов их. очистки; открытости системы, возможности ее развития - и законченности системных модулей, соответствующих принятому уровню развития системы; универсальности, выражающейся в расширении области применения и охвате широкого круга проектных задач, - со специфзтчностью, ориентацией на конкретные проблемы проектирования и методы их решения; оптимальном распределении функций, между инженером, обладающим творческим потенциалом, имеющим опыт решения практических задач в данной предметной облает, - и ЭВМ, имеющей очевидное .преимущество в быстродействии решения формали- ' зованных процедур.

П настоящее время в качестве критерия оценки эффективности функционирования САПР профессором A.A. Гусакошям рекомендован показатель организационно- технологической надежности (ОТН) системы,, отраисаюзций способность организационных, технологических и экономических решении по САПР обеспечить, заданное со от- f ношение стоимостей (объемов) выполняемых автоматизированных проектных работ и затрат по САПР. Применительно к авзоматизиро-ванно проектированию систем ведооотведения такое определение показателя ОТН не в полно}"! мере ориентирует проектные организации на разработку экологически совершенных, по более трудоемких в

о

проектировании, объектов канализации. Поэтому целесообразно использовать возможность модификации, заложенную в показателе ОТН, и конкретизировать ее применительно к САПР систем водоотвод етш. ' - ' Во второй главе проведен системный анализ процесса проектирования систем водоотведения и показа}!», что определяющим его моментом является выбор и обоснование предпочтительной технологической схемы очистки сточных вод. Оптимальность выбора схемы предопределяет во многом эффективность решений, пршшмаемых на всех уровнях проектирования, является базисом надежности проектируемой системы. Этот ключевой этап проектирования систем водоотведения -принят в качестве первой очереди САПР, реализацию которой следует обеспечить разработкой соответствующих методов и моделей автоматизированного проектирования. Проектирование канализационной сети, конструирование сооружении, автоматизированный выпуск чертежей и другие этапы могут быть предметом разработки последующих очереден САПР систем водоотведения.•

Для рассматриваемого этапа функционального проектирования инфогргфическая модель системы очистки сточных вод должна представлять как .описание закономерностей процессов очистки сточных вод, реализуемых, в ее элементах, так н отражать взаимосвязь элементов в общей структуре.. С учетом этого выделены два иерархических уровня системы; технологическая схема и технологический процесс. • •'-. .-.,...

. Определим : основные' проектные процедуры функционального проектирования; расчет статического режима работы технологической схемы очистки сточных' вод, определение параметров процессов очистки сточных. вод при заданном режиме работы ТСВ, растет кок-

- и -

структпвных параметров сооружений очистки, анализ чувствительности, статистический анализ, параметрическая опп^шзация ТСВ.

Показано, что математическое обеспечение, разрабатываемое по иерархическим уровням, должно включать: ■ математическую модель структуры ТСВ, описывающую взаимосвязь ее элементов; матемага-ческие модели процессов, реализуемых в элементах ТСВ; математические модели конструктивных параметров сооружений, в которых протекают эти процессы; математические выражения целевой фушщки параметрической оптмизации, а также инвариантный ^математический аппарат анализа чувствительности и статистического анализа.

Оптимизация ТСВ целесообразно производить по экономическому критерию, комплексно учитывающему технологические, конструктивные ¡1 экономические- факторы, при обязательном ограничел;ш по качеству очищенной воды.'

Природоохранная эффективность работы системы водооотведения обобщенно представляется величиной предотвращенного ущерба, определяемая как разница в ущербах, наносимых водоему при сбросе в него соответственно неочищенной и очищенной сточкой вода.

Комплексный учет для фиксированного эффекта очистки суммы монотонно изменяющихся величин (рис 1):'ущерба (кривая 1), приведенных затрат по запроектированному объекту (кривая 2) и затрат на его проеклфование ■ (кривая 3) свидетельствует о наличии оптимальной, но не менее нормируемой, эффективности очистки, для которой эта сумма будет минимальной.

В данном случае модифицированный показатель оргапнзащюкио-технологической наде;кносга (ОТН) отражает отношение базовых затрат на объект (точка 1, кривая 4) к затратам, достигнутый! в .ре-

зультате его оптимального проектирования. В такой постановке показатель способствует не только повышению надежности и экономичности функционирования САПР как, технической системы, но и

Рис. 1. Определение показателя ОТН для ТСВ.

ориентирует проекту» организацию па поиск предпочтительных проектных - решений, не избегая увеличения затрат на собственно проектные работы. " . .

В третьей главе изложены методы и результаты исследований по моделированию технологических схем очистки сточных вод. Исследования по моделированию ТСВ проводились на примере технологических схем физико-химической очистки- сточных вод иредпрня-■пш легкой промышленности (кокзаводы и фабрики перьичной обработки шерсти). Эта категория сточ'гых вод характеризуется разнообразным составом и значительными концентрациями загрязнений. Очистка стоков подобного состава требует применения различных технологий и сооружений. Поэтому методы и модели, разработанные * применительно к очистке этих сточных-вод, могут найти применение - при проектировании сооружений очистки других категорий стоков.

3<р<рект очистки, У»

Энаррг. Эалт.

На верхнем иерархическом уровне используется математическая модель структуры ТСВ, которая формируется по .блочному принципу и включает (рис. 2) структурную модель и систему уравнений материального баланса.

Рис. 2. Структура математической модели ТСВ,

Структурная модель ТСВ представляется ориентированным потоковым графом, вершинам которого соответствуют элементы схемы", 2 которых. реализуются технологические процессы, а ориентированные дуги, объединяющие вершины, представляют связузозш с их технологичеезше материалышзе потоки.

Оссбсшюстьх) рассматриваемой категории, сточных вод является их многопараметричность, обусловленная присутствием различных с.срязненин, а также значительная нестабильность как расхода, тазе и состава стока.

Технояогические схемы очистки сточных вод обычно имеют обратные техно логические связи, что приводит к образованию замкнутого потокового графа й усложняет его расчет. Определение параметров дуг замкнутого потокового графа производится методом разрыва обратных связей и итерационным расчетом. Декомпозиционный метод выделения разрывающего множества потоков позволяет минимизировать и упорядочить итерацию. -Система уравнений материальных балансов представлена совокупностью двух независимых систем уравнений: собственно материальных балансов, отражающих законы сохранения вещества и неразрывности потоков; технологаческих связей, устанавливающих соот-.ношениея между технологическими параметрами потоков и. эффективностью реализации процесса.

При наличии тесной'корреляции между различными загрязнениями, их множество может быть разделено на независимые и зависимые. Первые формируют основную систему уравнений базовых потоков, а вторые определяются отдельно. При декомпозиции замкнутых схем такое деление позволяет существенно уменьшить парамет-ркчность системы матмодели ТСВ. Применительно к рассматриваемой категории сточных вод установлена' возможность использования содержания взвешенных веществ как единственного базового показателя загрязненности сточной воды и тем самым упростить расчет магмодели.

• ■

В результате системного анализа процессов, протекающих в элементах ТСВ, установлена возможность кх классифицировать по признаку преобразования входных потоков в выходные. Выделены три группы процессов и соответвтсузощих им технологаческих операторов:

- разделители, производящие деление входного потока на некоторое количество выходных потоков без изменения химического состава или. фазового состояния компонентов, но с возможностью изменения их содержания в потоках;

- смесители, создающие в выходном потоке однородную смесь путем механического объединения входных потоков;

- реакторы, изменяющие химический состав или фазовое состояние компонентов загрязнений.

Такая классификация позволяет унифицировать математическое описание элементов ТСВ. Для случая использования содержания взвешенных веществ в сточной воде как единственного базового показателя ее загрязненности, система уравнений собственно материального баланса элемента ТСВ представлена двумя уравнениями, отражающими баланс по расходу <3^ воды и расходу твердой фазы с учетом коэффициентов ку связи элементов схемы:

■ Уравнения технологических связей специфичны для каждой группа технологических операторов. Для разделителей эта урав-

( 1 ) ■

<3*ех = <2*„ / С(

05с„ = - Е ;

("2 )

гния связывают массовые расходы

<Эед ИСХОДНОГО И СГ/ЩСПНо-

го (¿ех продуктов с эффективностью Е разделения твердой фазы и концентрации ее Сех в сгущенном продукте ( 2 ):

Для смесителя пригодны зга же уравнения, но необходимо их преобразовать в обратные.

Уравнения реакторов отражают более сложную зависимость массовых расходов <2е};| раствора реагента и изменения <2ех2 содержания твердой фазы от дозы Б реагента, содержания Т активного вещества в товарном продукте, концентрации Сех реагента в сгущенном продукте и изменения Ет в твердой фазе:

= О»'«! * О / Т ; < (3)

„ - Олех2 - 03ех1 *ЕГ; .

Определение массовых расходов ингредиентов загрязнешш производится из теоретически полученной зависимости, учитывающей экспериментально обоснованное распределение этого ингредиента между твердой и жидкой фазами сточной воды, наличие тесной корреляции между эффектданостыэ удаления твердой фазы и извлечением ингредиента.

На шикнем иерархическом уровне применительно к технологическим процессам очистки сточных вод формируются их мате-малзческие модели, структура которьк: показана на рис. 3.

Такие математические модели получена для широко раопро;-_ сгранегшых процессов очистки ( отстаивание, фильтрование, флота-реагентиая обработка, усреднение и др.) в результате реаднза-

шш планируемого эксперимента по обработке сточных вод ряда предприятий легкой промышленности Латвии, России, Украины.

Рис. 3. Структура матмемагаческой модели процессов

ХП - технологические характеристики процесса;

КС - конструктивные параметры сооружения ;

ПЗ - приведенные затраты.

.В ч<тещтЬслацё на базе специального и инварнантного математического обеспечений разрабатывается технология автоматизированного проектирования систем водоотведения, включаюшал синтез ГСВ, анализ ее работоспособности и параметрическую оптимизацию.

На' стадии синтеза проектные процедуры выбора базиса элементов ;з структуры их взаимосвязи выполняются проектировщиком. Предложенная классификация процессов очистки существенно упрощает как формирование, так н последующий расчет ТСВ. Установление пара-

метров работы элементов производится в автоматизированном режи-

г

ме, достаточность и качество вводимой информации контролируется . в режиме диалога.

Процедуры анализа выполняются в автоматическом режиме и реализуются в зри этапа. Первый этап устанавливает рабоюсло-' собносгь варианта схемы и включает: упорядочение структуры ТСВ, определение последовательности расчета ее элементов и разрывающего множества потоков, расчет технологической схемы по общему расходу, базовому компоненту, лимитирующим показателям. Выявление работоспособности варианта схемы достигается ее расчетом при максимальных возможностях принятых процессов. По результатам этого этапа анализа принимается решение об исключении непригодной схемы из дальнейшего рассмотрения, направленной ее корректировке или принятии к последующим этапам анализа.

На втором этапе. анализа производится параметрическая оптимизация, критерием которой принят минимум затрат (максимальное значение показателя ОТН) по обезвреживанию сточных вод. Целевая функция является аддитивной, состоящей из затрат на проектирование системы, экологического ущерба водоему и приведенных затрат по запроектированной системе водоотведення.

Величина ущерба, вызванного сбросом сточных вод в в.одоем, определяется в зависимости от расхода и загрязненности стока в

соответствии с выражением: м

. "п =5I<( Hi * Л,) +■ (К * H¡ * М,» * Kf * и руб/год. ( 4 )

где:

H¿ - норматив оплаты за сброс тонны i-го загрязнения, руб/'г;

Л4 - годовой сброс 1-го загрязнения в пределах лимита, т/год;

М] - годовой сброс 1-го загрязнения сверьх лимита, т/год;

К - коэффициент увеличения норматива оплаты за сверхлимитный сброс загрязнения;

Кг - региональный (бассейновый) коэффициент;

И, - коэффициент индексации норматива оплаты;

п - количество нормируемых загрязнений в сточной воде.

По этой же формуле определяется ущерб при сбросе загрязненной сточной воды в подземные горизонты , а для иромлредлриятий -и сбросы через систему коммунальной канализации.

Стоимость проектных работ устанавливается- непосредственно в проектной организации и зависит от сложности и глубины проработки проекта.

Приведенные затраты по ТСВ также представлены аддитивной функцией относительно приведенных затрат элементов системы. Поиск оптимума целевой функции производится прежде всего путем изменения технологической эффективности элементов ' системы. Учитывая относительно узкий диапазон варьирования параметров и с учетом ограничений на качество очищенной воды, оптимизация производится методом последовательных приближений. Ка каждом шаге оптимизации изменяют параметры того элемента, вклад которого в аддитивную функцию приведенных затрат максимален. Изменение параметров принимается, если оно Црйводит к уменьшению целевой функшш 'при выполнении требований " по качеству очищенной вода. Процесс, оптимизации данной" технологической схемы заканчивается, ""если на очередном шаге - не окажется ни одного элемента, изменения параметров которого уменьшают величину целевой функции.

Трегай этап анализа применяется к ТСВ, ол л шалы гон по результатам второго этапа, и состоит в проведении многовариалпюго ана-' лиза (опыт выполнения которого в области водоопзедения практически отсутствует) с целью установить показатели работы системы в условиях известной нестабильности входных и управляющих параметров. ' '

Учитывая сложный характер -математической модели функционирования ТСВ, анализ чувствительности проводится методом приращений. Статистический анализ ТСВ, в'зависимости от экологической опасности сточной вода, проводится методами "наихудшего случая" или статистических испытаний. Полученные презулыаты соответствуют ожидаемым показателям очищенной воды и позволяют прогнозировать качество функционирования запроектированной системы водоопзедения.

. Приведены алгоритмы основных проектных процедур пред. ложенной технологии автоматизированного проектирования систем водоотведения. ~ ■

В пятой главе приведены. сведения о программном комплексе, реализующем разработанные методы и модели в предложенной технологии автоматизированного проектирования, о внедрении результатов исследований' и эффективности САПР систем водоотводе-ния. Прикладное программное обеспечение реализовано на языке Turbo Pascal 6.0 для IBM-совместимых ЭВМ.

Программный комплекс EKOSAPR обеспечивает проектирование оптимальных ТСВ, .программный модуль DAMAGE предназначен для определения величины ущерба от сброса сточных вод в водоем, модуль PROSEKA - проектировать оптимальную сеть ^канализации населенного пункта и автоматически вычерчивает про-

филь заданных участков коллекторов, программа БТАТКОИ производят статистическую обработку и корреляционный анализ данных о составе сточной воды, а программа РОиУАИ - ■ многовариантный анализ системы водоотведения.

Программный комплекс ЕКОБАРР. внедрен в МНИИТЭР, ряде ведущих проектных институтов легкой промышленности (ГПИ-2, ГПН 9, Г1Ш-10, ГПИ-14), используется при'проектировании и реконструкции очистных сооружений. *

Внедрение первой очереди САПР позволило повысить качеспзо проектных решений как за счет исключения субг>ект!твнъ!Х ошибок, таз« и за счет оптимизации, позволило включить в технологию авто-матизнрованного проектирования новые процедуры, существенно расширяющие и углубляющие знания о поведении системы водоотведения в различных условиях ее эксплуатации,

Экономическая эффективность от внедрения САПР проявляется в улучшении качества разрабатываемых проектов, сокращении сроков проектирования, уменьшении объемов строительно-монтажных забот за счет принятия оптимальных решений, повышении экологической безопасности систем водоотведения, улучшении условий груда проектировщиков.

Исследования по формированию САПР систем водоотведения шились базой для открытая в УИИВХ подготовки инженеров по лециадизации ■ "Автоматизированное проектирование систем ■одослабжения и канализации"; разработанные программные модули ; комплексы использованы в учебных курсах, в курсовом и дипломом проектировании студентов специальности "Водоснабжение и аналлзация, рациональное использование и1 охрана водных ресур-эв". Составлены рабочие программы и читаются студентам к\-реы

"Системы и технология автоматизированного проектирования", "Системный анализ и математическое моделирование объектов водо-отведения" и др. - .

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Существующая технология проектирования систем водоотеде-ния, не гарантирует получение проектных решений, надежно защищающих водоемы от загрязнения сточными водами. Совершенствование технологии проектирования требует широкого использования эффективных методов и моделей, автоматзированого проектирования, обеспечивающих принятие проектных . решений качественно нового уровня.

1. Системный анализ процесса проектирования систем водоотведення показывает, что его -определяющим моментом является выбор и обоснование предпочтительной технологии очистки сточных вод. Оптимальность выбора схемы предопределяет эффективность решений, принимаемых на всех уровнях проектирования. Этот ключевой этап проектирования принят в качестве первой очереди САПР, реализацию которой следует обеспечить разработкой "соответствующих методов и моделей автоматизированного проектирования.

3. Установлено, что для рассматриваемого этапа проектирования очистных сооружений целесообразно принять два иерархических уровня описания ТСВ:* технологическая схема и технологический процесс. Верхний уровень отражает взаимосвязь и взаимодействие элементов в общей структуре ТСВ."' Нижний уроье}Ш описывает закономерности процессов: очисти сточных вод, реализуемые в ее

элементах. Определены -основные проектные .процедуры каждого уровня функционального проектирования ТСВ.

4. Определен состав, математического описания ТСВ, включающий четыре группы моделей: математическая модель структуры ТСВ, описывающая взаимосвязь ее элементов; математические модели процессов, реализуемые в элементах ТСВ; математические модели конструктивных параметров сооружений, в которых, протекают эга процессы; математические выражения целевой функции параметрической оптимизации, а также инвариантный математический аппарат анализа чувствительности и статистического анализа ТСВ.

5. Показана целесообразность модифицировать показатель организационно-технологической надежности САПР применительно к оценке эффективности функционирования систем проектирования объектов экологического назначения. Модифицированный показатель отражает учет ущерба природе при сбросе сточных вод в водоем и ориентирует проектные организации на поиск оптимальных решений, не избегая увеличения затрат на собственно проектные работы.

6. Для выбранных категорий сточных вод теоретако-экспе-■ рнментальным путем разработаны все группы моделей ТСВ. Все процессы, реализуемые в элементах ТСВ, классифицированы на три группы технологических операторов, качественно и количественно различным образом преобразующих входные потоки в выходные. Такая классификация позволила унифицировать математическое описа-нне технологических процессов и упростить реализацию процедуры синтеза ТСВ. ' 1

7. Предложена технология автоматизированного проектирования оптимальных систем водоотведения, включающая синтез ТСВ, аис-лиз ее работоспособности и параметрическую оптимизацию. Проце-

дура структурного синтеза ТСВ выполняется в диалоговом режиме. Процедуры анализа выполняется в три этапа: установление работоспособности варианта структуры ТСВ, параметрическая оптимизация работоспособного ' варианта ТСВ, многовариантиый анализ оптимального варианта ТСВ с целью прогнозирования качества ее фушсционирования в условиях нестабильности входных и управляющих параметров. ,

8. Применительно к предложенной технологии автоматизированного проектирования разработаны программные средсгоа ЕКОБАРН, -БАМАСЕ, РИОБЕКА, 5ТАТКОК, РОЫУАН реализующие математические модели и методы, являющиеся предметом изучения в данной работе. Указанные программные продукты охватывают весь комплекс проектных задач, предусмотренных при разработке первой очереди САПР систем водоотведения.

9. Экономическая эффективность н практическая ценность разработки подтверждена результатами внедрения • программных комплексов в системах автоматизированного проектирования ряда проектных инсшгутов. Исследования по формированию САПР систем водоотведения явились базой для открытия подготовки инженеров по специализации "Автоматизированное проектирование систем водоснабжения и канализации", чем обеспечивается кадровое сопровождение эффективному использованию САПР.

10. Развитие САПР систем водоопзедения обеспечивается модульным принципом ее построения и может быть реализовано путем . расширения базиса моделей технологических процессов и сооружений,; введением .ошгеатшя графических образов сооружений, автоматизацией выпуска проектной документации и др.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Артамонов В.В. Основы теории анализа и синтеза оптимальных технологических систем водообрабогки (ТСВ). Респ. н.-г. конф. "Актуальные проблемы водохозяйственного строительства", Ровно, 1080, стр. 10-13.

2. Артамонов В.В., Вижевская Т.В. Надежность систем очистки сточных вод. Респ. межвед. н.-т. сб. "Гидромелиорация и гидротехническое строительство", вып. 8, Львов, 1980, стр. 32-36.

3. Артамонов В.В., Вижевская Т.В. Расчет нагрузок на очистные сооружения канализации. Тез. докл. респ. н.-т. конф. "Актуальные проблемы водохозяйственного строительства", Ровно, 1980, стр. 13-14.

4. Артамонов В.В. Вижевская Т.В. Технологические схемы очистки сточных вод. Киев, "Буднзелъннк", 1981, 64 стр.

5. Артамонов В.В., Вижевская Т.В., Кузьменко В.С., Потапенко П. П. Модел)трование реагентаой очистки - сточных вод. Респ. межвед. н.-т. сб. "Гидромелиорация и гидротехническое строительство", вып. 5, Львов, с.тр. 65-70. •

6. Артамонов В.В., Вижевская Т.В. Математическая модель процесса флотации. Тез. докл. респ. н.-т. конф. "Интенсификация очистки природных и сточных вод", ч. 1, Ровно, 1980, стр. 43-44.

7. Артамонов В.В., Вижевская Т.В. Опшмальное проектирование и реконструкция сооружений очистки сточных вод кожевен-пых заводов. Тез. докл. Всесовзн. конф, "Применение прогрессивных методов и оборудования для очистки сточных вод и бессточной технологии", Кишинев, 1982, с тр. 197-200.

-268. Артамонов В.В., "Вижевская Т.В. Оптимизация систем физико-химической очистки сточных вод. Тез. докл. 1-ой Всесоюзн. н.-т. конф. "Основные направления развития водоогведеиия, очистки сточных вод и обработки осадка", Харьков, 1982, с. 121-124.

9. Артамонов В.В., Вижевская Т.В.," Ласков Ю.М. Расчет материальных балансов технологических схем очистйи сточных вод. "Водоснабжение и санитарная техника", N 4, М., 1983, "стр..64-67.

10. Артамонов В.В., Вижевская Т.В., Саблий Л.А. Определение оптимального режима усреднения сточных вод кожевенных заводов. Респ. межвед. н,-т. сб. "Гидромелиорация и пиротехническое строительство", вызц И, Львов, стр. 67-70.

11. Артамонов В.В., Вижевская Т.В. Автоматизированное проектирование технологических систем водообрабогки. Тез. докл. Всесоюзн. н.-пракг. конф. "Компьютеризация с1роительс!ва в новых условиях хозяйствования", Самарканд, 1990, стр. 17-19.

12. Артамонов В.В., Вижевская Т.В. Информационно-советующая система управления качеством воды региона. Тез. докл. Всесоюзн. н.-пракг. конф. "Компьютеризация строительства в новых условиях хозяйствования", Самарканд, 1990, стр. 22- 24.

13. Артамонов В.В. Структура универсального комплекса программ расчёта ТСВ на ПЭВМ. Тез. докл. Всесоюзн. школы-семин. "математические модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся- трубопроводных и гидравлических систем", Иркутск,

. 1990. стр. 28. •.•■"•.,

14. Артамонов В.В., Вижевская Т.В., Климчак В.М. Методика обоснования требований к очистке сточных вод водопользователей. Тез. докл. респ. н.-т. конф. "Совершенствование систем водоснабжения, водоогведеиия и очиспси сточных вод", Ровно, 1990,

стр. 34 37.

13. Артамонов В.В., Кнзеев Н.Д., Климчак В.М. Исследование структуры потоков в колонном электрофлотагоре. Тез, докл. респ. и. т. конф. "Совершенствование систем водоснабжения, водоотведения и очистки сточных вод", Ровно, 1990, стр. 42-46.

16. Артамонов В.В., Вижевская Т.В. Информационио-со-, вегующая система управления качеством воды водоема. Тез. докл. респ. н.-т. конф. "Проблемы и опыт охраны окружающей среды в республике", Днепропетровск, 1990, стр. 71-73.

17. Артамонов В.В., Вижевская Т.В., Чулков В.О. Автоматизированное проектирование технологических систем . очистки •.точных вод. "Проектирование и инженерные изыскания", N 3, 1991, :гр. 55-60.

18. Артамонов В.В. Технология автоматизированного роектирования очистных сооружений. Н.-т. конф. УИЙВХ, Ровно, 992, с 1р. 43. '

19. Артамонов В.В., Вижевская Т.В. Автоматизировал-ое проектированззе систем водоснабжения и канализации. Методи-зскне указания к спецкурсу, спецсеминару и для дипломного проек-фовання студентов специальности 2908 "Водоснабжение и кала-¡зация, рациональное использование и охрана водных ресурсов", ИИВХ, Ровно, 19,89.