автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Моделирование управления и декомпозиционное решение информационно-вычислительных задач при переработке зерна в муку

РГб од

На правах рукописи

2 5 НОЯ Ш5

БЛШИН Аркадий Михайлович

МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ И ДЕКОМПОЗИЦИОННОЕ РЕШЕНИЕ ИЮОРЫАЦЩШ-Е&ШСЛИГЕЛЬШОС ЗАДАЧ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ЗЕРНА В МУКУ

05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (в отрасли технических наук); 05.13.01 - Управление в технических системах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Воронеж - 1996

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте зерна и продуктов его переработки (ВНИИЗ)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Благовещенская М.Ы.

доктор технических наук, профессор Сноленцев В.П.

доктор технических наук, доцент Матвеев М.Г.

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт

информации и технико-экономических исследований пищевой промышленности АгроНКИТЭИПП

Защита состоится "19" декабря 1996 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного Совета Д063.90.02 Воронежской государственной технологической академии в ауд. 30 по адресу г.Воронеж, проспект Революции, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГТА.

Автореферат разослан "15" ноября 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета,

кандидат технических наук, доцент В.М. СаьюйлоЕ

Актуальность проблема. Технологический процесс (ТП) переработки зерна пшеницу в сортовую муку на мукомольном комбинате (МК) связан с решением множества весьма сложных многопараметрических задач, среди которых: ресурсное обеспечение запасов пшеницы разных типов, формирование помольной смеси и оптимизация подготовки зерна к помолу, повышение выходов готовой продукции при нормативном ее качестве и другие. Эффективность решения этих задач во многом определяет эффективность управления ТП и, естественно, конечные результаты производственной деятельности МК.

Суть проблемы, таким образом, состоит в комплексном подходе к выбору методов и средств управления, обеспечивающих максимальную эффективность производства. Этого молено достичь, используя научные методы анализа и моделирования объектов и процессов, а также современные принципы информационных технологий для разработки методологических основ управления и его автоматизации.

В мукомольном производстве рассматриваются два отдельных самостоятельных объекта: ТП МК как распределенный объект управления и зерно пшеницы как объект технологической переработки.

Объект управления включает три основных звена - технологические отделения: элеваторное - 30, подготовительное - ПО и размольное - РО (выбойное отделение и склад готовой продукции в данной работе не рассматриваются). С позиций неформального (экспертного) определения он является сложным многофакторным объектом с большими транспортными запаздываниями и со множеством степеней свободы относительно управляющих воздействий. В свою очередь он представляет собой систему разнообразных объектов на всех иерархических уровнях управления, большинство которых являются инерционными динамическими объектами. Эти объекты имеют множество входных и выходных параметров и подвергаются различным возмущениям.

Таким образом, ТП МК - это сложная стохастическая система.

Объект технологической лереработи - зерно пшеницы имеет мномес-гво показателей качества, часть из которых зависит от условий округаюаей среды и изменяет свои значения со ьременем. Весьма слжше процессы tro переработки ьо многом зависят от ларьки ис-ходhd"o герна, которое м*-оыт различные «ушдшный и хяебопеглр-кье свойства, выр^жачциес-а так»? мйожеотюм физика- химических и прочих хар&ктеризтик.

Т&чим обрагсм, верхе и зернезродукты имеют боашие информационные поля, а информационная касаденнссть ьадач контроля и управления процессами их переработки выбывает необходимость применения вычислительной техники (ВТ) л автоматизации информационных технологий на разных уровнях управления прсигзсцсгвом.

Появление и широкое распространение персональных ЭВМ (1T9RM) с высокой наде-тлостью к большой вычислительной мощностью кракти--чески решило проблему технического обеспечения АСУ ТП в частя средств ВТ. Таким обрагом, обеспечивается важнейшее звено -средстэо обработки информации в с-ледующей цепочке процесса управления: "мегоод получения первичной информации, средство получения первичной информации, кеяод обработки информации, средство обработки информации, метод управления, средство управлении".

Бри имеющейся вычислительной базе возникает потребность е разработке всех других звеньев указанной цепочки, е том числе и в разработке методов получения и обработки информации об объектах (постановка, формализация и решение информационно-вычислительных задач}, а также методов управления последними (моделирование управления и проектирование реализующего управляющего комплекса).

Цель работы. Разработка концептуальных моделей управления основными технологическими объектами, системное исследование реализующих комплексов, формализация и декомпозиционное решение ин7 формационно-вычислительных задач, образующих научно-матодологиче-

скую базу для синтеза информационного, программно-математического и технического обеспечений АСУ ТП хранения и переработки зерна.

Научная новизна. РазрэСотаьа концептуальная модель управления ТП элеватора. Проведено исследование процедурам ных составляли* управления: - процедуры принятая решения по управлению и ее инициативных факторов-причин, а тагеке процедуры исполнения управления. На этой концептуальной базе построена архитектура реализующего комплекса систем контроля и управления ТП ЭО, а также разработаны формализованные модели основных технологических задач.

Осуществлена постановка задачи оценки состояния аернозой массы хранения (ЗМХ). Разработаны формализованная модель ситуационного состояния зерна и модель ситуационного управления им.

Определена концепция построения тлели прогнозирования состояния ЗМХ на базе независимого статистического описания информативных факторов. Исходя кз этого, сформулирована постановка задача прогноза состояния ЗМХ и разработана мелодика прогноза по факторной модели, включающая статистическую обработку факторного временного ряда и подборку моделирующей функции из большого класса аппроксимирующих функций с учетом критериальных признаков.

Предложено новое понятие технологического прогноза, который предусматривает определение с значимой долей вероятности значений каждого информативного фактора на прогнозируемом временном отрезке. Предложено тагаке понятие кризисного прогноза, который предусматривает определение (вероятностно) периода времени, з течение которого изменения состояния ЗМХ приведут каждый информативный фактор к своим критическим значениям.

Разработана концептуальная модель двухуровневого управления мельницей, позволяющая провести исследование уровня оперативно- татического управления со стороны сменного персонала (бригады) и уровня стратегического управления со стороны руководства

МК. На этой основе построена архитектура реализующего комплекса систем контроля и управления ТП ПО и РО.

Разработана методология определения белизны муки, включающая: Методику измерения коэффициента отражения одного поля уплотненно-сглаженной поверхности образца муки; Методику определения белизны одного выделенного образца муки и Методику определения белизны представленной для анализа пробы муки.

Разработан телевизионный способ определения отрубянистости и дисперсности муки, защищенный авторским свидетельством N 712662. На этой базе создан телевизионный анализатор (а. с. N 857813).

Разработаны методика и способ определения содержания эндосперма в зерне для оценки его качества (а. с. N 161736В), в основу которого заложен телевизионный метод контроля.

Предложен способ автоматизированного формирования помольной смеси (ПС), который защищен авторским свидетельством N 1687292. Главная суть способа заключается в том, чтобы с помощью ПЭВМ подобрать компоненты зерна разных типов, каждый из которых должен иметь идентичные условия подготовки и, главное, - одинаковые режимы гидротермической обработки, а затем смешать их и вести подготовку уже сформированного потока в целом.

Осуществлена логическая формализация ситуационной модели ТП РО как сложного объекта на основе применения неформальных (экспертных) методов. Составлено формализованное описание состояний объекта в виде множества ситуаций, представленных набором отклонений выходных параметров (отрубянистости и выходов) от нормативно-расчетных интервальных значений. При этом показано, что каждой нештатной ситуации должно быть поставлено в соответствие полученное в результате неформальных процедур решение по управлению, которое должно содержать вид управляющего воздействия на ТП и точки его приложения.

Эффективность работы бригады за смену предложено оценивать по минимуму дисперсии выходов муки по сортам при ее нормативном качестве. Для оценки деятельности бригад за месяц предложен количественный критерий эффективности работы, учитывающий основные показатели работы, в том числе и стабильность.

Практическая ценность и реализация результатов работы. На Московском мельзаводе N 2 "Новая Победа" в 1983г. с целью оперативного контроля ТП РО была введена в опытно-промышленную эксплуатацию экспериментальная научно-исследовательская телевизионная установка "Дельта". В 1984 г. там же была внедрена "Методика контроля и управления ТП РО трехсортного помола пшеницы с применением телевизионного метода и установки "Дельта". Производственная проверка алгоритма функционирования системы управления РО показала, что оперативное управление ТП РО в случае возникновения нештатных ситуаций обеспечивает повышение ЗИЗ за счет увеличения общего выхода муки. Годовой экономический эффект при этом составил 51,6 тыс.руб. (по ценам 1984г.).

Внедрение в производство задачи автоматизированного анализа эффективности управления ТП на Подольском экспериментальном мукомольном заводе показало, что годовой экономический эффект в зависимости от прироста выходов (не менее 0,17. по каждому сорту) составил не менее 33,9 тыс. руб. (по ценам 1987г.).

Разработанная программа "Многофакторный эксперимент" для ПЭВМ в 1989г. принята в Межотраслевой специализированный фонд алгоритмов и программ МЭВЦ "Злекс" ГКВТИ СССР 01 00069).

На Истринском комбинате хлебопродуктов в 1989г. сданы в эпытную эксплуатацию следующие задачи: "Учет зерна по силосам", 'Коррекция данных по силосам", "Справка по элеватору", "Планиро->ание размещения зерна", входящие в программный пакет "Элеватор".

В 1992 г. был издан учебник (в соавторстве): "Курсовое и.

дипломное проектирование по автоматизации предприятий".

Апробация работа. Основные положения диссертации доложены: на 3 Всесоюзной конференции "Механика сыпучих материалов", Одесса, 1975; на Всесоюзной конференции "Научно-технический прогресс в зерноперерабатывающей промышленности", Одесса, 1977; на научно* технических конференциях молодых ученых и специалистов НПО "Пшдепромавтоматика", Одесса, 1977, 1979; на Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности и качества продукции на базе развития распределенных систем управления", Чебоксары, 1976; на научной конференции молодых ученых МТИПП, 1979; на 1 Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов "Управление производством и автоматизированные системы управления", Одесса, 1980; на выставке-семинаре "Инструментальные методы оценки качества пищевых продуктов", Москва, 1983; на Всесоюзном семинаре "Вопросы разработки и использования общесистемного обеспечения АСУ пищевой промышленности", Одесса, 1983; на семинаре "Система искусственного интеллекта научного совета АН УССР по проблеме "Кибернетика", Одесса, 1984; на Всесоюзной конференции "Пути и способы расширения применения дистанционного контроля, качественной сохранности зерна, семян сельскохозяйственных культур", Краснодар, 1989; на Всесоюзной научной конференции "Пути повышения качества зерна и зернопродуктов, улучшения ассортимента крупы, муки и хлеба", Москва, 1989; на научной конференции с международным участием "Питание": здоровье и болезнь", Москва, 1990.

Публикации. По результатам выполненных научно-практических исследований в соавторстве и самостоятельно опубликовано свыше 6С работ и получено 5 авторских свидетельств на изобретения. Созданная экспериментальная научно-исследовательская телевизионная установка "Дельта" экспонировалась на ВДНХ СССР, на ряде отраслевш и тематических выставок и на международной выставке "Автоматиза-

ция-83". Приборные и программные разработки отмечены 4 серебряными медалями ВДНХ СССР.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержит 299 стр. текста, 28 иллюстраций, 28 таблиц, 85 видеограмм, список литературы в количестве 308 источников и 3 приложений на 57 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность проблемы повышения эффективности управления ТП на МК. Приводится обоснование разработки научной и методологической базы для синтеза информационного, программно-математического и технического обеспечений АСУ ТП элеваторного и мукомольного производств. При этом показана необходимость рассмотрения всех элементов, составляющих систему в целом, - объектов управления и объектов переработки в совокупности всех видов обеспечения функционирования системы.

Сформулирована цель работы. Поставлены основные задачи исследований.

В первой главе проанализировано современное состояние в об-.ласти разработки и внедрения систем автоматизированного контроля и управления ТП МК. Приведен обзор основных проектов создания распределенных АСУ ТП на ряде предприятий отрасли.

Подробно проанализированы причины общего отрицательного результата внедрения АСУ ТП Подольского мукомольного завода. При .этом выделена главная из них, которая заключается в том, что функционирование системы верхнего уровня управления при решении задач оптимизационного характера в условиях недостоверной, метрологически. необеспеченной информации, поступающей из подсистем

нижнего уровня управления, невозможно и, в принципе, недопустимо.

Опыт создания таких систем показывает необходимость продолжения работ, в основном, по двум направлениям. Первое - разработка высоконадежных и точных средств измерения параметров ТП и построение на их базе систем контроля. Второе - разработка концептуальных методов управления и его детального информационного и программно-математического обеспечения.

Вторая глава посвящена системному исследованию методов и задач автоматизированного управления ТП элеватора. Учитывая специфику последнего, а именно: необходимость непосредственного участия технолога в процессе управления, предложена нижеследующая концептуальная модель управления. Согласно этой модели управление представляется в виде двух взаимосвязанных последовательных процедур: первая - процедура принятия решения по управлению (иПпр) и вторая - процедура исполнения управления (ипи)• Формально процесс управления (и) в общем виде выглядит следующим образом:

где - определенная технологическая задача: Бзм - состояние зерновой массы; Бтп - состояние ТП.

В работе проанализированы обе процедуры, причем для первой из них рассмотрены три инициативных фактора - причины.

Системный анализ технологических задач, направленных на цели создания ресурсов зерна, сохранности его при хранении и обеспечения необходимых производственных процессов на элеваторе, привел к построению обобщенной архитектуры комплекса систем контроля и управления, представленной на рис. 1. Она включает три самостоятельные по назначению системы. Первая из них - Информационно-вычислительная система (ИБС) "Элеватор" представляется как надстро-

ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА "ЭЛЕВАТОР" (ИБС)

I. Подсистема формирования и ведения ВД (ПВД)

1.1. Задача учета зерна в силооах 1.2. Задача коррекции данных о зерне 1.3. Задача учета показ-й работы маршр. и сехн.обор-я 1.4. Задача учета показ-й работы бригады за смену

III. Подсистема формирования и . изготовления документации- (ПВД)

II. Подсистема анализа техн-Я ситуации и принятия решения по управлении ТП (ППР)

2.1. Задача размещения зерна в еилопах 2.2. Задача получения оправки о зерне 2.3. Задача оценки состояния ЗМХ 2.4. Задача прогноза состояния ЗМХ 2.5. Задача формирования помольной смеси 2.6. Задача- расчета выхода муки

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ (СЮ

I. Подсистема лабораторного контроля качества эерге(ЛЛЖЗ)

1.1-инструмент-е мет-ы

1.2-органолепт-е мет-ы

II. Подсистема автоматического контроля параметров ЗМХ (ПАК)

СИСТЕМА ДИСПЕТЧЕРСКОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ (СДАУ)

Прием

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

ПРОЦЕСС

Перемещение

Рис. £ Архитектура комплекса систем контроля и управления на элеваторе

Отпуск

ечная и имеет информационно-советующий и организационно-экономический характер. Остальные две системы - Система контроля (СК) и Система диспепнерского автоматизированного управления (СДАУ) выполняют, в основном, роль технического и метрологического обеспечения непосредственных функций контроля и управления.

Процедура принятия решения по управлению осуществляется на базе ИБС "Элеватор" с использованием информации, получаемой от СК и от отдельных устройств СДАУ. Процедура исполнения управления полностью реализуется системой ДАУ.

Основой построения ИВС является банк данных, содержащий ряд специфических информационных баз данных (БД), в том числе БД по зерну. Последняя формально описывается в виде множеств:

где N - номер силоса, М - масса зерна, Б - дата закладки в силос, Р1, Р2 - первая и вторая группа показателей качества зерна, РП - район произрастания, Т - тип, П - подтип, ГК - группа клейковины, ЗР - зараженность, ЗХ - запах, МБ - морозобой-ность, V - влажность, КЛ - клейковина, СТ - стекловидность, 7. - зольность, НАТ - натурный вес, ЗПР, СПР. МПР, ВПР - соответственно зерновая, сорная, минеральная и вредная примеси.

Все задачи технологического характера в ИВС подразделены на две группы. В первую группу входят учетные задачи, объединенные в Подсистему формирования и ведения банка данных - ГОД. Они позволяют формировать БД и ее актуализировать.

Вторая группа задач объединена в Подсистему анализа технологической ситуации и принятия решения по управлению - 11ПР. Она це-ленаправлена на обработку информации, получаемой из ПБД, и выдачи справочной информации, совета или прямого указания по решению в конкретной технологической ситуации. Задачи этой группы способствуют исполнителю наиболее полно оценить производственную ситуацию и принять наиболее рациональное решение по управлению.

(3)

Для основных технологических задач разработаны формализованные модели, которые приведены ниже. Для каждой задачи разработаны также алгоритмический и программный модули, которые объединены в программный пакет "Элеватор", что подробно описано в работе.

Формализованная модель задачи учет зерна 2Уч={Нс, МЛ ММ, Рмь М>Д рхД рЛ М3, Рз1, 0Э, Мв> Загрузка - гуч+: Рм - Рх1М = Рз1 V Р1 | Р! е

Рх1М-МхМ + Рз1-М3 ,, , РШ = -й- V Р±) Р! Е ?2

Мх + Мз

М^Мхм+М3 при Мм<Мсм; Ом=В3 при Мх=0; Бм=Охм при Мх>0 Выгрузка - гуч-: рш = Рх1М V Р11 Р1 Е Р4, Р2

мы=мхы-мв при мх">мв ; Ок=охм Формализованная модель задачи коррекции данных о зерне ¿кор = < N0, Мм, РМ1. Оц, Мх", рхД > ММ - Мхм; 0М - РМ1 - Рх1М V Р1| Р! 6 Р1, Р2

Формализованная модель задачи получения справки о зерне гСпр = < в, мн, мв, рЛ Р1В, он, б8 > при вб с в Вэ = { К3, м№, РМ!3, Юм3 } V Мы3 Е ММI мн < < мв V Рт3 6 РЩ|Р1Н<РМ1<Р18 V Рт £ Р1.Р2 V ом3 е 0цЮн<0ц<0в

Формализованная модель задачи размещения зерна 2раз = «с, М<Д Мхм, рхД Бх", М3, р3ь 08. Ш3М, Кн> ШЭМ = Мс" " при ш3м>0; рх1м = рз1 V Р1| Р! 6 ра Рх!м е грЛ Р1в] V Р1| Р1 е р2

Р1ЕР2 Й1-1 Рх1ы - Рз1 I и ,

ки = £ ----V Р11 Р! 6 р2

1

Ранжирование: Я -* ш1п км

Расчет: М3 ост(^) - Мз - та*"", где ^1,2,..п

В1 52 №2 Вп

Реализация: ¿раз -» ¿уч ■* г раз - /уч - ¿раз -» 1у ч

М3 ост>0 Мз ост-'О Мз Ост=0

где ^с, - номер силоса и его объем:

(4)

} (5)

(б)

Мм, Pn i, Du - показатели, заносимые в БД после выполнения задачи, соответственно: масса зэрна. показате-II N п N ли его ячества и дата закладки в силос N; Мх ,Pxi .Dx - соответствующие показатели зерна, хранящегося

в силосе N. до решения задачи; Мз.Рз1> Оз - соответствующие показатели загружаемого или

размещаемого звена; Mg н н - масса выгружаемого зерна;

Мв» PiB> D^ - нижние и верхние границы интервалов соответс-М , Pi , Пг твуюыих показателей зерна для получении справ-

s s s ки и для размещения зерна; N ^Мц , pn1 . - номер силоса и соответствующие показатели зерна

NRJ в силосе N. выбранные для справки; П>3 , Ша - соответственно объем загрузки в силосы N и NRJ

(силос с проранжированным номером RJ); "з oct(Rj) - остаточная масса при размещении зерна в силосе

с проранжированным номером RJ; kl) - критерий близости;

tti - весовой коэффициент 1-го показателя качества;

Ai - вариация 1-го показателя качества;

к - критерий ранжирования.

Для решения задачи оценки состояния ЗМХ как сложной термодинамической многофакторной системы требуется всесторонний анализ ее качества. Учитывая это, предложена концепция моделирования состояния и прогнозирования, исходя из которой принято описание состояния ЗМХ на основе "сокращенного" набора параметров по трех-факторной модели на базе статистического временного ряда данных.

Вся область "существования" факторов - F(t) с помощью граничных и критических значений (данные соответственно с нижними индексами г и к), которые определяются технологическим путем, разбивается на конечное число областей. При попадании факторного вектора в каждую из областей производится описание конкретной факторной ситуации (S), которой дается специфическое определение, например штатная ситуация типа "норма" (Sh) или нештатная ситуация типа "авария" (Sa), например - "Заражено" (Sag).

Исходя из постановки задачи, предусматривающей выделение из множества параметров трех основных, наиболее информативных: температуры зерна - T(t), относительной влажности - W(t) и зараженности вредителями - G(t), полученное трехфакторное простраяство1 разбито на 10 областей. Только одна из них характеризуется штат-

ной ситуацией "норма" (Эн). а остальные - нештатными, условно обозначаемыми как аварии (ЭА) с учетом приоритета значимости факторов. Графически это проиллюстрировано на рис. 2.

Модель сокращенного описания объекта контроля в виде вектора К согласно концепции представляется следующим образом:

R3F - F(t) = -С T(t), W(t), G(t) > V T(t) e [тгн, TrBJ; v w(t) е со, loo]; V G(t) е со, ег]

(?)

На этом основании с помощью метода ситуационного анализа, была разработана следующая модель ситуационного состояния ЗМХ: Вектор ситуации: Г?з - 5 = { Б1, З^, 3е > н { 3», Зд } . Факторная ситуация вектора по температуре: Зт=-{Та),Ткн,Ткв} » -(ЗНТ,3Д+Т,3А-Т> V та) 6 СТГН, Тгв3 . Факторная ситуация вектора по влажности:

sw = { w(t), wk > « { sHw, sAw > v w(t) e [o, iood .

Факторная ситуация вектора по зараженности:

SG = { G(t), Gr, TrG } n { SHG, SAg > V G(t) £ [0, Gr] ,

при граничной температуре: TrG € [О, Ткв] .

Штатные факторные ситуации "норма": SHT = Э ST V T(t)|TkH < T(t) < TkB SHW = В Sw V W(t)|0 < W(t) < Wk

SHG = 3 SG V G(t)|0 < G(t) < Gk V T(t)|T(t) e СГКИ, TKB]

Нештатные факторные ситуации "авария": SA+T - Э ST V T(t)|T(t) > TkB SA-T - 3 ST V T(t)nkK > T(t) SAW - 3 Sw V W(t)|W(t) ? wk

-SAG = 3 SG V G(t)|G(t) > Gk V r(t)|T(t) e [TrG, TKB]

(8) (9) (10)

(11)

(12)

(13)

Разработанная модель ситуационного управления выглядит следующим образом:

Рис. Z Разбиение трехфакторного пространства на области - ситуации для оценки состояния ЗМХ

Б = { Бн, Эд } (фрейм-прототип), (14)

(Эн ] = [Эн1- П Бн" п 5не] - Шли = 0] , (15)

[3Д1] = ГЗА+Т и Бд-1 и ¡V и Бд^ - ШППр, . ипи^ • (16)

Л-1.2.....9

Таким образом, совершенно однозначно решается задача ситуационной оценки состояния зерна в текущем временном периоде. Необходимым условием для этого является одновременное измерение всех факторов с обоснованной точностью проводимых измерений. В соответствие с вышеизложенным был разработан алгоритм контроля параметров, ситуационной оценки состояния ЗМХ и его управления.

В работе показано, что при хранении зерна чрезвычайно важно не только контролировать его текущее состояние и иметь его ситуационную оценку на данный момент времени, но и с достаточной степенью достоверности иметь прогноз его поведения в будущем, т.е. иметь представление о возможных "переходах" его состояния в ту или иную ситуацию.

В диссертации раскрывается разработанная концепция построения факторной модели прогноза состояния ЗМХ с учетом доверительных интервалов и критериев близости модели. При статистической обработке факторного временного ряда предлагается из большого класса функций подобрать одну моделирующую функцию, наилучшим образом аппроксимирующую этот ряд данных. Затем на базе этой функции решать задачи детального анализа состояния ЗМХ или задачи прогноза поведения фактора и общего состояния зерна.

В общем виде функция Г(Ъ) может быть представлена в виде следующей аппроксимирующей функции на временном отрезке [Ьг, Ьм] -при •. • или -ЛЬ, где 1=1,2,.. .И:

i* Л1- £2....-£3- Ак1-1 к2-1 кз-1 ' т""1 • б*3"1, (17)

к1=1 кг=1 кз=1

где к2-1 кЗ-1 - коэффициенты с трехзначными индексами;

К1, К2, КЗ - индексы степени Факторов;

Р1, Р2> РЗ - целые числа максимальных степеней.

Моделирование отдельных факторов ЦК) для V [^ДыЗ

производится следующим образом:

= 31-91(1) + ... + ап-<?п(Ь) + Ь(1) = ^"(Ь) + М) , (18)

Гта)=1тм(«+М1:); Гу^-Г^аИМО; fG(t)=fGм(t)+hG(t) . (19) где ? \

'п - функция Факторной модели для п-го Фактора (Т. №. О ;

п (ь) _ функция близости модели для п-го фактора (Т.W. О; 9п (ь) - п-я аппроксимирующая функция; ап - п-й коэффициент.

Факторная модель - 1^(1) согласно концепции прогноза выбирается из множества моделирующих функций, линейно-независимых на временном отрезке [11, при исЬг-:...^ или ^=11+(1-1) -ЛЬ:

[ М*) . (20)

где 1-1,2,.. .И.

В качестве критерия близости модели выбирается несмещенная оценка стандартного отклонения - 6м, по которой происходит ранжирование (Ю п-го числа отобранных моделей:

И ^^юп V £ [ Ф^а) . (21)

Сущность прогноза проиллюстрирована на рис. 3. Процедура прогноза включает задачу определения с значимой долей вероятности на базе факторной модели - Гм^) значений каждого информативного фактора (Ртпр) на прогнозируемом временном отрезке (т или к-М.), что весьма важно для планирования технологических операций. Этот вид прогноза назван ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОГНОЗОМ - Птпр. Формально эта процедура выглядит так:

Птпр: £тпр - С^тпр) „V £тпр £ СЬы,

Ртпр шш = ? &тпр) " £б или > (22)

•"тпр птах ™ ^(Ьтпр) + ебм

где £ - коэффициент, зависящий от требуемой вероятности прогноза.

Не менее актуальна и обратная задача - определить вероятностно на основе обратной функции факторной модели - период

т

¿ть контроля

— Овллегь

ПРО г-но ЗА

га-¿6"*

кпр *-кл/>

тн'н тах

Рис.3 Прогноз по факторной модели описания состояния ЗМХ

\

СО

времени (Ькпр). в течение которого изменения состояния ЗМХ приведут каждый информативный фактор к своим критическим значениям (Рк), что потребует немедленных управляющих воздействий. Этот вид прогноза назван КРИЗИСНЫМ ПРОГНОЗОМ (Пкпр)• Формальное выражение:

В работе приведена методика всесторонней диагностической проверки моделирующих функций и оценки эффективности прогноза.

С целью автоматизации исследований состояния ЗМХ, формализации и прогнозирования поведения различных ее факторов разработано программное средство "Многофактэрный эксперимент", позволяющее осуществлять сбор и обработку измеренных значений факторов и проводить количественную оценку степени их взаимовлияния.

Обработка данных включает: проведение регрессионного анализа одновременно по 20 видам уравнений и в виде полинома п-й степени (п<7) с целью выявления наилучшей моделирующей функции, проведение дисперсионного анализа и ряда дополнительных расчетов по анализу текущего состояния зерна и его прогнозу с выдачей результатов, в том числе и графических, на дисплей или на печать.

Описание задачи включает видеограммы последовательного выполнения программы. Программное средство зарегистрировано в Фонде алгоритмов и программ.

В третьей главе излажена концептуальная модель двухуровневого управления мельничным производством (МП), объединяющим ПО и РО. Согласно этой модели управление ТП МП осуществляется на уровне оперативно-тактического управления со стороны бригады, а также на уровне стратегического управления со стороны руководства завода и, прежде всего, главного технолога.

Для оперативно-тактического уровня управления объект харак-

Пкпр'

теризуется существующим состоянием ТП - Згп = Р (Эг, 5то, Бу), которое включает в себя состояние в части технологии - Бт, состояние в части технологического оборудования - Зто и состояние в части средств управления - Бу.

Цель управления на этом уровне: при данном состоянии ТП переработать регламентированное количество зерна и обеспечить стабильное производство муки нормативного качества при выходах по сортам, не меньших нормативно-расчетных значений. Критерий достижения цели управления должен учитывать показатели стабильности ведения ТП и представляет собой минимум дисперсии текущих выходов муки по сортам. Формализованное выражение цели управления - 1от:

0(В1)1-вт|п2; при: Вх > В1И_Р; СЪ - 0эр О! е ( 01н ± 5!« ) Зтп= Р { Эх, Эхо» Зу )■

(24)

где 01 - соответственно выход и качество - отрубянистость н-р (зольность или белизна) муки 1-го сорта;

- нормативно-расчетный выход муки 1-го сорта;

С НС"1) - дисперсия текущих значения выходов муки по сортам;

01 - нормативная отрубянистость муки 1-го сорта, соотве-

тствующая среднему значению нормативного интервала н по качеству 1-го сорта;

«1 - максимальное отклонение показателя качества в пре-

р дэлах нормативного интервала качества 1-го сорта;

Оз. 0з - соответственно фактически переработанное и регламентированное количество зерна за смену.

Таким образом, главной задачей для бригады при управлении является обеспечение стабилизации установленных регламентированных режимов ТП на основе оперативного контроля качества и выходов муки по сортам. Регулирование ТП производится только в случае отклонений этих показателей за пределы допустимых нормативных интервалов. При этом используется непрерывно поступающая информация о текущем состоянии процесса в течение всей смены.

На уровне стратегического управления в описание объекта кроме состояния ТП - Бтп дополнительно включается состояние бригады

- S6, зависящее от степени квалификационной подготовленности, от физического состояния отдельных ее членов, от ряда социальных и других факторов. Итоги работы МП в значительной мере зависят от общего состояния объекта: STn = F ( Sr> STo. Sy, Бб ).

Объект в данном случае характеризуется своими среднестатистическими показателями функционирования за определенный период времени, охватывающий продолжительность целого ряда смен. Для этого уровня управления используется информация о среднестатистических показателях работы каждой бригады за несколько смен.

Цель стратегического управления: на основе статистического анализа выходных данных работ бригад за определенный период времени обеспечить приближение к предельным значениям сменных выходов муки по сортам при минимуме их дисперсий. Эта цель (Zct) разбивается на частные цели управления, направленные соответственно на совершенствование технологии (ZT), технологического оборудования (Zto) и средств управления (Zy), а также на повышение профессионального уровня бригад (Z6), и представляется в следующем формализованном виде:

( D(Bic) - min ) ZCr=f(Zr„ Zro, Zy, Z«)J _ nn (25)

[ Bic - ßinp J ,

где Btc, Binp - соответственно сменные и предельные значения вы-с ходов муки по сортам;

D(Bi ) - дисперсия сменных значений выходов муки.

С учетом того, что эффективность сортового помола пшеницы определяется степенью извлечения крахмалистого эндосперма из исходного зерна и содержанием его в вырабатываемых сортах муки, в качестве критерия управления ТП МП был предложен критерий ЭИЗ (Кэш), учитывающий косвенное содержание эндосперма в зерне . (отру-бянистость - 03) и выходные данные каждого сорта муки (Щ) - его выход (Bi) и отрубянистость (Ol):

Кэ® - - . „ Щ . (26)

(100 - Оэ) 1-в-1'2

где Щ = С 0,01-В1-(100 - 0!)3 .

Для анализа деятельности предприятия на основе предложенного критерия целесообразно ввести коэффициенты технологичности производства по каждому виду продукции - Кт, характеризующие фактическое достижение результатов относительно нормативно-расчетных:

П1 В! • (100 - О!)

КТ1 = ——--, (27)

П1Р В!Р • (100 - 0!Н)

где Щ. Щр - фактический и нормативно-расчетный выходные показа-р тели ¡-го сорта ;

В!. Вц - фактические и расчетный выхода муки 1-го сорта;

01, 01 - фактическая и нормативная отрубянистость муки 1-го сорта.

При достижении фактических результатов помола нормативно-расчетных показателей - Кт1=1. При более эффективном использовании ресурсов зерна и ТП - КТ1>1.

В диссертации проанализированы основные информационные потоки при управлении МП. Дана классификация контролируемых параметров. Рассмотрены методы контроля качества продукции. В частности, при фотометрическом способе определения белизны муки предложено выделить отдельные стороны процесса измерения в виде трех следующих самостоятельных методик измерения:

1. Методика измерения коэффициента отражения одного поля уплотненно-сглаженной поверхности образца муки, использование которой направлено на уменьшение случайной ошибки измерения.

2. Методика определения белизны одного выделенного образца муки, позволяющая определить необходимое количество исследуемых полей с целью получения достоверного результата.

3. Методика определения белизны представленной для анализа пробы муки, которая позволяет определить число образцов муки с целью достоверного определения белизны пробы муки как генеральной

совокупности при статистическом подходе.

На базе этого методического материала разработан экспериментальный лабораторный белизномер "Гашон", который предназначен для измерения зональных коэффициентов отражения муки и статистической обработки результатов, проводимых в автоматическом режиме.

Для анализа качества (отрубянистости и дисперсности) зерноп-родуктов предложен телевизионный метод анализа, схема которого изображена на рис. 4. Телевизионный анализ осуществляется следующим образом: сформированное микроскопом, работающим в отраженном свете, оптическое увеличенное изображение участка уплотненно-сглаженной поверхности образца проецируется на фотомишень телевизионной камеры. Последняя, осуществляя развертку электронным лучом, формирует на своем выходе видеоимпульсы в случае пересечения сканирующего луча с изображением оболочечных частиц зерна, спектральный коэффициент отражения которых значительно ниже, чем у частиц эндосперма.

В анализаторе видеоимпульсы нормализуются и подвергаются логической обработке с целью выявления информативных признаков. ЭВМ управляет всеми процессами измерения, ведет статистическую обработку данных и рассчитывает показатели, характеризующие качество.

Исследуемое изображение совместно со служебными сигналами отображается на экране видеоконтрольного устройства, что позволяет производить настройку и калибровку установки, а также контролировать процесс измерения.

При анализе поверхности образца измеряется относительная площадь, занимаемая на ней оболочечными частицами, и определяется показатель качества образца - Ом по формуле:

1 м

Он----СИ . (28)

Бп • N N 11

Схема исследования качества муки телевизионный методом

где Qi - Soi / Sn ;

Soi - площадь, занимаемая оболочечными частицами при анализе i-ro поля;

Sn - площадь i-ro поля анализа:

N - количество полей анализа;

Qi - показатель качества одного i-ro поля анализа.

Исходя из определения отрубянистости, характеризующей относительное содержание по массе оболочечных частиц в образце муки, и, используя показатель качества - Qn, а также коэффициент отношения плотностей эндосперма и оболочек - с=рэ/р0, выведена математическая модель взаимосвязи отрубянистости образца зернопродук-та - О« с характеристиками его поверхностной структуры:

100

Ом--• (29)

1 - С + C/Qn

Для проведения статистических измерении показателя качества Q была разработана и опубликована методика, в основе которой лежит полученное аналитическое выражение, связывающее количество полей анализа - N с коэффициентом К (характеризует отношение максимально возможного показателя качества одного поля - Чтах к текущему показателю качества образца продукта - On) и с величиной заданного максимального отклонения- результата в % - е:

| К - 1 |

ц > - • ЮО . (30)

В соответствии с вышеизложенными принципами была создана те-девизионно-вычислительная установка "Делыпа". Разработано метрологическое обеспечение установки, охватывающее комплекс мероприятий по ее настройке, калибровке й градуировке. Способ и устройство телевизионного анализа, реализованные при создании установки, защищены авторскими свидетельствами'N 712662 и N 857813.

Проведенные эксперименты на установке позволили . идентифицировать коэффициенты исходной модели и получить зависимости отру-, брнистости образца от показателя качества при разных оптических

увеличениях установки, которые представлены на рис. 5. Аналитическая зависимость O^f (Qn) при оптическом увеличении установки Кх = 109 следующая:

1

О« = - . (31)

0,0285/Qm - 0,0108

В работе показано, что с целью практической проверки телевизионного метода контроля качества и полученной модели исследования отрубянистости муки была решена задача формирования мучной смеси с требуемыми показателями качества по отрубянистости.

Для анализа качества зерна телевизионным методом разработан "Способ определения содержания эндосперма в зерне", который защищен авторским свидетельством - N 1617366. Приведено описание этого способа и результаты проведенных экспериментов по определению • соотношения масс оболочечных частиц и эндосперма в зерне.

Проведенные исследования подтвердили гипотезу о возможности сквозного контроля качества продукции - зерна в ПО, а также промежуточных продуктов размола и муки в Р0 с помощью телевизионного . метода, что предоставляет возможность вести оперативное управление та МП и оценивать его технологическую эффективность по ранее предложенным критериям.

В четвертой главе отражены исследования по синтезу методологических основ принятия решения и информационно-математического обеспечения управления ПО. Его ТП характеризуется непрерывностью работы с постоянными режимами в течение декады. В связи с этим, информационно-вычислительные задачи носят по времени и по месту приложения локальный характер и решаются в одноразовом порядке ■при переходе на новую ПС. Следовательно они могут быть условно объединены общим понятием - информационно-математическое обеспечение контроля и управления ПО, которое базируется на: а) предварительной. оптимизации этого процесса, включающей расчет парамет-

ров ПС (выбор компонентов и расчет их дозирования); б) установлении оптимальных режимов для каждого этапа очистки зерна; в) расчете оптимальных режимов увлажнения и ГГО зерна.

С учетом вышеизложенного разработана архитектура комплекса систем контроля и управления, которая представлена на рис. 6.

На верхнем уровне управления Задачи формирования ПС и расчета выхода муки решаются на основе информационного массива данных элеватора в составе ШС "Элеватор" в подсистеме ППР (см. рис.1).

В работе приведен анализ известных способов формирования ПС и представлено новое решение этой задачи, которое защищено авторским свидетельством N 1687292. Задача автоматизированного формирования ПС должна решаться с учетом рационального использования как зерна полноценного, так и неполноценного, а правила автоматизированного формирования ПС известными способами в данном случае не всегда приемлемы. Главная сущность предлагаемого способа заключается в том, чтобы подобрать компонент зерна разных типов и различного качества, каждый из которых должен иметь идентичные условия подготовки и, главное, - одинаковые рехимы ГГО зерна, а затем смешать их и вест подготовку уже сформированного потока в целом. При этом общие свойства смеси приобретают более выровненные средневзвешенные показатели, которые стабилизирующим образом влияют на весь последующий процесс размола.

В разработанном способе учитываются ресурсные задачи и технологические задачи смешивания разнотипного зерна с возможностями включения в состав потока компонентов улучшителя или ухудшителя. Последнее обстоятельство позволяет рационально использовать имеющиеся ресурсы зерна, подрабатывать остатки некоторых партий зерна или включать в поток партии зерна любого качества по желанию технолога, опирающегося на свой профессиональный опыт и на свою квалификацию.

ИЯОРМАЦИШНО-ЫАТЕМАГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

1. ЗАДАЧА 2. ЗАДАЧА 3. ЗАДАЧА 4. ЗАДАЧА

формирования расчета оценки расчета

помольной выхода влияния параметров

смеси муки погрешностей ГТО

дозирования зерна

на ТП

Рис. 6 Архитектура комплекса систем контроля и управления в ПО

Предлагаемый метод формирования ПС составляет, таким образом, базу для принятия решения, т.е. дабт возможность технологу легко комбинировать подготовленными компьютером данными по зерну и составлять рациональные по количественным ресурсам и технологическим свойствам рецептуры ПС при полной автоматизации расчетов.

Для реализации способа на основе БД по зерну (см. формулы 2) разработана следующая формализованная модель задачи формирования ПС, включающая процедуры: постановки задачи (гп), учета и измерения параметров (2ИЗМ), задания условий формирования ПС (23), группировки партий зерна (ггр), классификации партий зерна (гкл). формирования компонентов (2фК), формирования потоков (2фП) и формирования смеси (2фС):

(32)

1. Постановка: 2„ = < В, Ыс, Э, ц, К, к, J, I, ПС >,

где В - множество БД по зерну: Ис - силос; (3 - подмножество обобщенных партий; ч - партия; К - подмножество классов; к - класс; J - компонент; I - поток; ПС - помольная смесь.

г. Учет и измерение параметров: 2ИЗМ = { М, Ру, Рф, Рп, 0 >.

Вторая процедура предусматривает учет известных признаков группы Ру, измерение массы М, фиксированных параметров группы Р®, переменных параметров группы Рп, а также регистрацию дату загрузки зерна в силос - Б:

Ру = -С РП, Т, П } V Ру £ Р1 С В

Т = { Та, Т2 >, Т1-11Я. 1г=2и4

Р® = { ГК, ЗР, ЗХ. МБ > V Рф 6 Р1 С В Рп £ Р2 С В, М, Ю С В

3. Задание условий формирования ПС:

*2з=Пр,Рг,Шст,П„,СТг,гн,СТ1Пгв,Мпгн(Т1),Мпгв(Г1),>/пгн(Т2),»пгв(Т2)> Процедура предусматривает следующее. Задают общую производительность ПО - Рг и число потоков для раздельной подготовки зерна

(33)

к помолу - Ip. Задают также количество классов по стекловидности - Шст и по влажности - nw. Затем устанавливают нижние и верхние границы каждого из шСт классов по стекловидности (CTmrH,CTmrB), а также нижние и верхние границы каждого из nw классов по влажности отдельно для зерна 1 и 3 типов (Ti) - CWnrH(Ti), WnrB(Ti)] и для зерна 2 и 4 типов (Тг) - CWnrH(T2), WnrB(Т2)1 таким образом, чтобы каждый класс отвечал одним и тем же условиям подготовки зерна, в частности условиям кондиционирования.

4. Группировка партий зерна zrp : q - Е Nc .

а

2ГР = -Cq,G,Nc,nicr,nw,Mcl,Dc|,PiCI,Pi,P2.CTrnr,Wnr(Ti),Wnr(T2)>;

Процедура предусматривает автоматическую классификацию всех партий зерна и их группировку в подмножество G обобщенных партий с учетом оснований параметров группы Pi - арП, ат, ап, агк» азр, азх, Змб, а также расчет и регистрацию средневзвешенных показателей каждой партии (pi4). Формально это выглядит следующим образом:

G = арп-ат-ап •аГк-азр-азх'Эмб "П^ст-Hw ; Q < N Э q| q е 6, V Nc £ N, V Piq| Piq = const, V Pi^Pi

V CTN 6 [ CTmrH, CTmrB i

ijN с г i ujBi

при Tj v wN e с wnrH(Ti), wnrE(Ti) ]

при T2 V WN € [ WnrH(T2), WnrB(T2) 1

^ Г, N 1/N —- « Pi j ■ M 3

«

(34)

р*4^--- V Р1ер2

рЫ п N

где " щ .РI - параметры зерна в Ы-ом силосе;

С^ „ - стекловидность и влажность зерна в Ы-м силосе;

Мл П ,Р1 - рассчитанные показатели ч-й обобщенной партии; £* - число партий зерна в я-й обобщенной партии.

б. Классификация партий зерна . гкл : к -* Е ч .

- ■{к,К,д,Мч,0С1,Р1ч,Р1,Р2.СТкг,^кг>; 8

Пятая процедура предусматривает автоматическую группировку

всех обобщенных партий зерна в подмножество К ■= ШсТхп,, классов.

При этом автоматически рассчитываются и регистрируются средневз-

вешенные показатели каждого класса (Р1к), имеющего границы по СТ - [СТк.гн, СТ[<ГЕ] и по W - №кгн, ■ Формальное описание процедуры следующее:

з к|кек V чей V стче[сткгн,сгкГБ] V >тмкгн,укгв]

, В ■ —Г В Р^-гМ4-! (35)

где м , 0 , Р1 - рассчитанные показатели зерна в к-м классе; В - число партия зерна в к-м классе.

6. Формирование компонентов 2фК ] -> Е ч

2фК = {К,К^,МЧ,0С,,Р1С!,Р1,Р2} . * Шестая и последующие процедуры предусматривают формирование компонентов, потоков и ПС путем подбора партий зерна из одного класса, которые соответствуют определенным требованиям по стекло-видности, по массе или по другим показателям, путем включения в каждый из компонентов одной или несколько партий зерна из одной выбранной обобщенной партии. При этом автоматически рассчитываются и регистрируются средневзвешенные показатели компонентов (р^) или потоков (Р1') или всей ПС (р^110) . Для последней рассчитывают данные по длительности расхода зерна, производительности отдельных компонентов и потоков. Формальное описание следующее:

Т г т —7 X рЛ-М^ 1

м*-^: о^..^; р^д---, V Р1ЁР2 \ (36)

где М"1, С*, - рассчитанные показатели зерна в о -м компоненте; X - число партии зорна в 3-м компоненте.

7. Формирование потоков 2фП : 1 Е J .

X

2<ьп = ''к,К,Л,Чул,Чух> .

т X , . . —7 X Р^г'Ю^ I

м—¡¡I—• | ,(37)

где М1, О1, Р1' - рассчитанные показатели зерна 1-го потока;

9ул> Чух - соответственно партии зерна в качестве компонентов улучшителя и ухудпгателя; X - число компонентов в 1-м потоке.

8. Формирование смеси йфс : ПС Е I, 2®с = < I >

_

М^; V Р16Р2

М110 М1 • Рг I М1 • Рг1

Тпс - —— ; Рг1---н?— : Рг =

м110 1 м

где М^ . > Р1 - рассчитанные показатели зерна 1-го потока;

Тпс - общее время расходования ПС;

IpJ т - число компонентов в 1-м потоке;

Рг • Рг - производительность ,1-го компонента и 1-го потока.

В результате решения всех формальных и неформальных процедур обеспечивается оптимизация состава потоков и всей ПС в целом.

В работе дано подробное описание алгоритма и программы (в составе программного пакета "Элеватор"), реализующей способ. Приведены 'видеограммы при решении задачи формирования ПС.

Задача расчета выхода муки решена по Правилам организации и ведения ТО и реализована также в виде алгоритма и программы в составе программного пакета "Элеватор". Она предназначена для автоматического определения выходов продукции на основе установленных для мельницы норм базисного выхода с учетом отклонения фактического качества перерабатываемого зерна от базисного.

В диссертации осуществлена постановка новой задачи, связанной с оценкой влияния погрешностей дозирования зерна на ТП. Показано, что погрешности дозирования зерна имеют три фактора влияния. Первый из них определяет колебания выходов готовой продукции ДВПС в зависимости от погрешности формирования ПС, которые при трехкомпонентном формировании потока можно оценить по формуле:

ЛВпс(3) = —2" / С(В1 - В2)-Р2 + (В1 - Вз)-Рз]2-(ДР1)2 + х Рпс

X / + Г(В2 - В1)-Р1 + (В2 - Вэ)-Рз32 • (ЛР2)2 + X х [(В3 - В1)-Р1 + (Вз - В2)-Р2]2 • (ДР3)2 , (39)

где B1.B2.B3 - выхода муки соответственно из первого, второго и третьего компонентов зерна. %; Pl.P2.P3 - расходы зерна при дозировании соответственно первого. второго и третьего компонентов зерна, т/час: Рпс - общий расход помольной смеси, т/час;

ДР1,ДР2.ДРз - погрешности соответственно первого, второго и третьего дозаторов . т/час.

Второй фактор вызывает нерациональное расходование имеющихся ресурсов зерна. Так. при реализации расчетной рецептуры ПС могут возникать остатки некоторых партий зерна или может происходить их преждевременное расходование. Ошибка во времени расходования компонента (ДТ|<) при наличии погрешности дозирования (ДР) составляет:

Ткр

ДТк = - ■ ДР , (40)

Рк

где Ткр _ расчетное время расходования компонента, час; Рк - расход зерна к-го компонента, т/час.

Третий фактор определяет отклонения фактических режимов от-волаживания ПС от заданных (ТОТвр)- Погрешности питающего (ДРП) и выпускающего (ДРВ) дозаторов при величине расхода = Р-в приводят к нарушению баланса потоков и, естественно, к отклонению фактического времени отволакивания от расчетного в зависимости от текущего времени (1) . Ошибка при этом составляет:

^__

ДТотв - - А2-(ДРп)2 К (ТотвР «МДРв)2 . (41)

Рв

На основании проведенных исследований разработана методика, которая позволяет произвести количественную оценку соответствующих факторов влияния, вызванных погрешностью дозаторов. Приведены примеры анализа возможных ситуаций в случае применения стабилизаторов расхода зерна типа У1-ЕСР, имеющих паспортную погрешность -ДР=0,3 т/час. При значениях производительности первого потока -Р1=3,5 т/час, второго - Рг=2,0 т/час и третьего - Рз=0,5 т/час оценка возможных колебаний выхода муки, вызванная погрешностью дозаторов, составляет 0,35%. Это показывает весьма существенное

влияние погрешности на все режимы формирования и подготовки ПС.

Разработанная методика включает также решение обратной задачи, которая позволяет при заданных режимах процесса подготовки зерна определить точностные характеристики дозаторов по всем трем факторам влияния и обосновать требования к ним.

В пятой главе представлен материал по моделированию управления ТП РО и разработке его информационно-математического обеспечения. Концептуальная модель управления при этом разработана с учетом того, что цели управления ЭО и ПО направлены на создание партий зерна мельничных кондиций и на формирование ПС, стабильных по составу и качеству на протяжении определенного времени.

Цель управления РО, совпадающая с генеральной целью управления ТП всего завода, преследует максимальное повышение выходов продукции при нормативном его качестве.

Для РО разработана архитектура комплекса систем контроля и управления, которая приведена на рис. 7. Она включает 4 системы низшего уровня, которые необходимы для решения функциональных задач непосредственного управления, задач стабилизации определенных параметров ТП в РО, а также задач получения всей необходимой информации о ходе ТП для верхнего уровня управления.

На высшем уровне управления в состав Информационно-советующей управлящей системы "МЕЛЬНИЦА" включены следующие две задачи: Задача автоматизированного ситуационного управления ТП РО, которая решается на уровне оперативно-тактического управления, и Задача автоматизированного анализа эффективности управления ТП, которая решается на уровне стратегического управления. Эти информационно-вычислительные задачи направлены на повышение ЭИЗ и ритмичности выработки муки.

При решении задачи автоматизированного ситуационного управления ТП РО была выдвинута частная цель: оперативное выявление и

Примечания: Оз расход зерна на 1 драной системе;

Эз.Уз.СТз - показатели качества зерна ПС на входе РО: соответственно содержание эндосперма, влажность, стекловидность;

Ов.01,02 - отрубянистость (белизна) муки соответственно высшего, первого и второго сортов;

Ов > 01■ 02 - расход потоков муки соответственно высшего. первого и второго сортов.

Рис. 7 Архитектура комплекса систем контроля и управления в РО

устранение нарушений ТП, т.е. восстановление выходных параметров процесса в норму. В данном случае ТП РО охарактеризован как сложный объект управления, для чего были использованы неформальные признаки сложных объектов, сформулированные Л.А.Растригиным. Такое определение ТП РО позволило при синтезе систем его управления применить экспертные методы поиска решений по управлению.

Неформальный анализ практической деятельности технологов в процессе управления ТП ГО показал, что их действия, хотя и носят эвристический характер, однако могут быть упорядочены в виде разработанной обобщенной программы поведения технолога, которая позволяет формализовать отдельные процедуры управления.

С использованием метода ситуационного анализа бьша осуществлена логическая формализация ситуационной модели объекта управления. С этой целью для его выходных параметров были установлены: а) нормативные интервальные значения для отрубянистости муки по сортам и б) нормативно-расчетные интервальные значения для их выходов. Отклонения выходных параметров 1-го сорта от интервальных значений представляются в следующей логической форме:

О! = -1

01 = О °1 = 1

В| = -1

В1 = О В! = 1

V 011 Ох < 01н-б1н

V 01|01н-51й < 01 < 01»+Б1Н

V 01|01и+51н < 01

V В±| В1 < В1р-Д1р

V В1|В1Р-Д!Р < Вх < В1Р+Д1Р \/ В^В^Д^ < В!

(42)

где О1 ,В1 - отрубянистость и выход 1-го сорта муки, выраженные в логической форме; 01н,В1р - текущие отрубянистость и выход 1-го сорта муки; 01 .В1 - нормативно-расчетные значения отрубянистости и выхо-

н р да 1-го сорта; 01 ,Д1 - интервальные значения для отрубянистости и выхода 1-го сорта.

Аналогично формализованы отклонения общего выхода муки - Вм-

На основании такой постановки определена текущая ситуация ТП РО в виде двух векторов-строк: отрубянистость и выход:

[oi]® - [6в. 0!, 02] ; [вм, Bi]J = [Вм. Вв, B1. В2] , (43) где i - в, 1.2 соответствует высшему, первому и второму сортам.

Анализ перечня всевозможных ситуаций позволил составить полное описание состояний РО в виде множества ситуаций. В результате среди них выявлены штатные ситуации (одна ситуация по качеству муки и 8 - по выходам), которые характеризуют плановый ход ТП, и определены нештатные ситуации (26 ситуаций по качеству муки и 43 - по выходам), требующие введения управляющих воздействий.

Множества нештатных ситуаций в зависимости от вида причин нарушения ТП упорядочены в матрицы, которым поставлены в соответствие матрицы управления (с индексами 0 и 1):

Г "126 Г (0)126 Г (1) ~ (1)143 Г (1)143 ,,,,

[oSJJ3 - [Uj \1 ; |BJM , Bji ]4 - jUj Jt . (44)

Вектор-строка выход рассматривается с учетом выдвинутых критериев управления, в связи с чем определены соответствующие матрицы управления, требующие анализа по критериальному уровню (с индексами 2 и 3):

Г (2) " (2)"110 Г (2)110 Г (3) ~ (3)"18 Г, (3)18 |Bju , Bji J4 - [Ud j1 ; [Bin , Bji J4 - [Uj . (45)

Таким образом, получена формализованная модель ТП ГО в виде функций сопоставления набора матриц логических ситуаций, характеризующих все возможные нештатные состояния объекта, и значений соответствия им - матриц управления. Каждый элемент последних представляет собой решение по управлению, которое содержит вид управляющего воздействия и точки его приложения и которое может быть определено неформальными методами, например в результате экспертного опроса или в результате проведения деловой игры.

Представленная формальная часть алгоритма управления является неизменной и служит для решения общих принципов управления и для наполнения содержанием при реализации управления.

Содержательная часть алгоритма раскрывает суть решения по управлению и представляет собой методику контроля и управления РО, отвечающую на следующие вопросы: 1 - Каковы количественные оценки нормативно-расчетных интервальных значений для выходных параметров, (что является признаком нарушения Т11)? 2 - Каковы возможные причины нарушений? 3 - Каковы источники и средства получения информации при управлении? 4 - Каковы методы устранения нарушения (решения по управлению)? Операция нахождения решений по управлению производится на этапе идентификации параметров модели, т.е. определения области значений соответствия.

В данной работе предпринята попытка показать необходимость решения этих вопросов и намечены пути, по которым это осуществимо. Так, по результатам проведенной деловой игры с технологами различных заводов были предварительно определены рекомендуемые интервальные значения для качества сортовой муки и нижние пределы для их выходов, а также разработана методика контроля и управления РО с применением телевизионного способа анализа качества продукции. В этой методике частично реализован алгоритм функционирования автоматизированной информационно-советующей управляющей системы. Опытная эксплуатация методики на Московском мельзаводе N2 "Новая Победа" показала, что ее внедрение в производство обеспечивает повышение ЭИЗ (увеличение общего выхода муки и выхода высоких сортов) за счет оперативного поиска причин нарушения ТП, их устранения и ликвидации таким образом потерь.

Задача автоматизированного анализа эффективности управления ТП, поставленная впервые, предназначена для стратегического управления ТП на базе статистического анализа информации о показа-

телях работ различных бригад и МП в целом.

В основу задачи положена оценка эффективности работы по ряду показателей, включая стабильность ведения ТП. Решая эту задачу, руководство предприятия имеет возможность сделать соответствующие выводы по его стратегическому управлению в части формирования производственных бригад, планирования расписания смен и т.п., а также, при необходимости, усовершенствовать технологию или технологическое оборудование или методы и средства управления.

Задача решается по разработанной методике, которая предусматривает:

1. Учет количества переработанного зерна каждой бригадой (СЬ) ив целом по заводу (СО, а также средних значений выходов муки по сортам за каждую смену (В1С) в течение месяца.

2. Расчет средних значений выходов муки по сортам в отчетном месяце для каждой бригады - Вп, а также по заводу в целом - В4:

1 N1 1 N

= 17 -п?1 В"Сп • - т В1сп . (46)

где 1-м. в. 1.2 - соответственно выхода: общий и сортов муки: ^ - количество бригад;

^ - общее количество рабочих смен и количество смен, проработанных з-ой бригадой за месяц.

3. Расчет средних значений общего выхода муки и выходов муки каждого сорта по результатам работы в каждую смену для каждой бригады и по заводу в целом по формулам, аналогичным (46).

4. Расчет дисперсий значений общего выхода муки и выходов каждого сорта относительно: средних значений за месяц, средних по каждой- смене работы в отчетном месяце (месячные и сменные отклонения) по бригадам и по заводу в целом.

5. Определение следующих показателей для результирующей оценки стабильности работы: коэффициентов стабильности по выходам за месяц, а также соответственно в первые, во вторые и в третьи

смены работы каждой бригады (Б;)) и завода в целом (Б); коэффициентов междусменной стабильности по выходам работы каждой бригады (С^) и всего завода в целом (С). Для этой цели в работе предложены расчетные формулы.

Сравнительную оценку деятельности бригад предлагается проводить по критерт эффектшноаш (К^Эф), который охватывает комплекс показателей работы, определенных с учетом соответствующих весовых коэффициентов (кв; кц кг; ко; кэ; ко): «5эф = кв-(Ввз - В») + к1-(Ви - Ва) + к2-(В23 - В2) +

+ ко-СЦг^ - 1) + кэ- (1 - Б^/Б) + кс-(1 - Сл/С) . (47)

Весовые коэффициенты отдельных составляющих этого критерия были подобраны эмпирическим путем на базе экспертных оценок, проводимых на Подольском мукомольном заводе. При этом учитывалось соотношение оптовых цен на готовую продукцию для показателей выработки муки по сортам, исходя из чего в дальнейшем определялись и другие коэффициенты. В данном случае их значения равны: кв=13; к1=12; к2=10; к0=20; кэ-Ю; кс=0,5.

Критерий эффективности имеет нулевое значение в том случае, если показатели работы бригады соответствуют средним показателям по заводу (средний уровень работы). Для бригад, имеющих показатели выше средних - К^Эц> > 0. Если показатели ниже средних, то К1эф < 0.

Для реализации задачи разработана компьютерная программа, которая работает в режиме диалога и запрашивает у пользователя набор выходных данных работы каждой бригады за смену, а затем обрабатывает и выводит результаты анализа за отчетный месяц на печать в виде трех табличных форм. В качестве примера приведены протоколы результатов анализа деятельности Подольского мукомольного завода, где эта задача была внедрена в эксплуатацию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате диссертационной работы решена актуальная научно-практическая проблема создания общей методологической базы для синтеза информационного, программно-математического и технического обеспечений АСУ ТП хранения и переработки зерна, позволяющей в максимальной степени повысить эффективность мукомольного производства.

Общие выводы диссертационной работы:

1. Предложен комплексный подход к выбору методов и средств управления ТП МК, обеспечивающих максимальную эффективность производства, для чего были использованы научные методы анализа и моделирования объектов и процессов, а также современные принципы информационных технологий.

2. Разработана концептуальная модель распределенного управления ТП МК, включающего элеватор и мельницу сортового помола пшеницы.

3. Построена архитектура комплекса систем контроля и управления, распределенная по ТП элеваторного, зерноподготовительного и размольного отделений МК.

4. Разработана концептуальная модель управления ТП элеватора, на основании которой были исследованы процедуральные составляющие: процедура принятия решения по управлению и процедура исполнения управления.

5. Осуществлен синтез ИБС, при котором технологические задачи, решаемые на элеваторе, сгруппированы по двум подсистемам. В подсистему формирования и ведения банка данных включены задачи учетного характера, а в подсистему анализа технологической ситуации и принятия решения по управлению - задачи информационно-советующего характера.

6. Осуществлено моделирование основных технологических задач на элеваторе. Для них разработаны алгоритмы и программы, объединенные в программный пакет "Элеватор", который был сдан в опытную эксплуатацию на Истринском комбинате хлебопродуктов и был отмечен серебряной медалью ВДНХ СССР.

7. Разработаны модель сокращенного описания объекта контроля и модель ситуационного состояния зерна, а также алгоритм контроля параметров и ситуационной оценки состояния ЗМХ.

8. Предложена методология прогнозирования состояния ЗМХ с учетом нововведенных и сформулированных понятий технологического и кризисного видов прогноза.

9. Разработаны факторная модель прогноза поведения ЗМХ на базе статистического временного ряда данных и методика прогноза по этой модели. Последняя включает: статистическую обработку факторного временного ряда, подборку моделирующей функции с учетом выдвинутых критериальных признаков, учет диагностической проверки моделирующих функций и оценку эффективности прогноза.

10.Разработано программное средство "Многофакторный эксперимент", предназначенное для автоматизации исследований состояния ЗМХ, которое принято в Межотраслевой специализированный фонд алгоритмов и программ МЭВЦ "Элекс" и зарегистрировано под N 00069.

11.Разработана концептуальная модель двухуровневого управления мельницей, на базе которой проведено исследование уровня оперативно- тактического управления со стороны сменного персонала и уровня стратегического управления со стороны руководства завода. При этом сформулированы цели управления и критериальные оценки эффективности управления.

18.В качестве критерия управления ТП мельницы предложен объективный критерий ЭИЗ, включающий содержание эндосперма в зерне, $ также показатели муки по сортам - ее выход и отрубянистость.

13.Разработана методология определения белизны муки фотометрическим способом, включающая три самостоятельные методики: методику измерения коэффициента отражения одного поля поверхности образца, методику определения белизны образца и методику определения белизны представленной для анализа пробы муки.

14.Сформулированы основные требования для разработки современного белизномера муки, согласно которым разработан экспериментальный лабораторный белйзномер "Тактон".

15.Предложены телевизионный способ и устройство исследования качества зернопродуктов, защищенные авторскими свидетельствами.

16.Разработаны математическая модель взаимосвязи отрубянистости образца зернопродукта с характеристиками его поверхностной структуры и методика телевизионного анализа отрубянистости.

17.Создана экспериментальная телевизионная установка "Дельта" для анализа качества зернопродуктов и разработаны методики ее настройки, калибровки и градуировки. Установка экспонировалась на Международной выставке "Автоматизация-83", где была отмечена Дипломом, а также на ВДНХ СССР, где была отмечена серебряной медалью.

18.Решена задача формирования мучной смеси с требуемыми показателями качества, которое оценивалось телевизионным методом.

19.Предложен новый способ определения содержания эндосперма в зерне, в основе которого заложен телевизионный метод контроля. Способ защищен авторским свидетельством.

20.Осуществлено моделирование процесса формирования помольной смеси, в результате чего разработан новый способ ее автоматизированного формирования, который защищен авторским свидетельством. Способ реализован в виде алгоритма и программы для ЭВМ.

21.Разработаны модель, алгоритм и компьютерная программа задачи автоматического расчета выхода муки.

22.Осуществлены постановка и решение новой задачи - оценки влияния погрешностей дозирования зерна на ТП, которая предназначена для количественной оценки отдельных факторов влияния погрешности дозаторов, а также для определения исходных требований по точности к последним.

23.Осуществлен синтез информационно-советующей управляющей системы "МЕЛЬНИЦА", которая включает: задачу автоматизированного ситуационного управления ГО, решаемую на уровне оперативно-тактического управления, и задачу автоматизированного анализа эффективности управления ТП, решаемую на уровне стратегического управления.

24.Предложена ситуационная модель ТП РО и его управления, на основании чего разработан алгоритм контроля и управления. Последний представлен в виде неизменного формального описания и в виде содержательного (методического) описания.

25.Проведена деловая игра с группой технологов-экспертов, по результатам которой разработана содержательная часть алгоритма управления - методика контроля и управления РО. Ее производственная проверка на Московском мельзаводе "Новая Победа" определила годовой экономический эффект от повышения оперативности управления порядка 51,6 тыс.р. (по ценам 1984г.).

26.Предложена концепция оценки эффективности управления, в основу которой заложена оценка эффективности работы отдельных бригад и завода в целом за смену и за месяц по комплексу показателей, в том числе характеризующих стабильность ведения ТП.

27.Решена методическая задача автоматизированного анализа эффективности управления ТП на базе предложенного количественного критерия, которая была внедрена на Подольском мукомольном заводе и выявила годовой экономический эффект не менее 33,9 тыс. руб. (по ценам 1987г.).

Содержание диссертации опубликовано в следующих основных работах:

1. Погрешности микроскопического метода гранулометрического анализа / А.Б.Бассель. А.М.Блюмин. О.С.Курбатов. П.Н.Платонов // 3 Всесоюзн. кон®. "Механика сыпучих материалов": Тез. докл. -Одесса. 1975. - С. 159-160.

2. Телевизионный автоматический анализатор дисперсного состава / A.M.Алтухов. А.М.Блюмин. О.С.Курбатов. Б.П.Кршеминский // Физика аэродисперсных систем. - Киев-Одесса: Вида школа. 1976. -Еып. 14. - С. 44.

3. Оценка точности результатов дисперсного анализа / А.М.Алтухов. А.М.Блюмин. О.С.Курбатов. Б.П.Кршеминский // Физика аэродисперсных систем. - Киев-Одесса: Виша школа. 1976. - Вып. 14. -С. 50.

4. Соколов В.А.. Блюмин A.M.. Гасюк Г.Г. 0 возможности исследований микроструктуры пищевых продуктов методами телевизионной автоматики // Сб. науч. тр. / НПО "Пищепромавтоматика". Одесса: НПО "Пищепромавтоматика". 1977. - Вып. 16. - С. 25-31.

5. Блюмин A.M. Развитие методов и средств оценки качества пищевых продуктов на основе их телевизионного микроструктурного анализа // Сб. науч. тр. / НПО "Пищепромавтоматика". - Одесса: НПО "Пищепромавтоматика". 21979- - Выл. 18. - С. 27-31.

6. А. с. 712662 СССР. М. Кл. G 01 В 19/40. Способ телевизионного автоматического измерения размеров однородных объектов / А.М.Блюмин. Г.Г.Гасюк. - Опубл. 30.01.80, Бюл. N 4.

7. Блюмин A.M.. Соколов В.А.. Фишман А.Н. Построение и связь информационно-управляющих систем в распределенной АСУ ТП мукомольного завода // Сб. науч. тр. / НПО "Пищепромавтоматика". -Одесса: НПО "Пищепромавтомдтика". 1980.- Вып. 19. - С. 99-104.

8. А. с. 857813 СССР. М. Кл. G 01 N 21/85. Устройство для определения состава и качества смеси / А.М.Блюмин. Г. Г.Гасюк. Н.Б.Гержой и др. - Опубл. 23.08.81. Бюл. N 31.

9. Блюмин A.M. 0'методике телевизионного микроструктурного анализа пищевых продуктов для оценки их качества // Сб. науч. тр. / НПО "Пищепромавтоматика". - Одесса: НПО "Пищепромавтоматика". 1982. - Вып. 21. - С. 86-90.

10.Блюмин A.M.. Кармаза B.C. Рекомендации по применению микро-ЭВМ в организационно-экономических АСУ и в сетях телеобработки данных // Рекомендации по разработке и использованию общесистемного обеспечения АСУ. - Одесса: НПО "Пищепромавтоматика". 1982. - Вып. 6. - 62 с.

11.Блюмин A.M.. Автоматизация контроля и управления в размольном отделении мукомольного завода с применением телевизионного метода : Авторе®, дис. ... к-та техн. наук. - М.. 1984. - 30 с.

12.Разработать и сдать в эксплуатацию АСУ ТП на Подольском мукомольном заводе Московской области мощностью 245 т зерна в сутки и создать типовые проектные решения // Заключительный отчет / ВНИИЗ. Руководитель работ А.М.Блюмин. - Шифр 7.03.01; N 01828019520. - M.. 1986. - 170 с.

13.Автоматизированное ситуационное управление технологическим процессом мукомольного завода / A.M. Блюмин. Н.Б.Гержой, А.Т.Птушкин и др. - М. : ЦНИИТЭИ Минхлебопродуктов СССР. 1988. - Вып. 9. - 28 с.

14.А. с. 1617366 СССР. G 01 N 33/10. Способ определения содержания эндосперма в зерне для оценки его качества / А.М.Блюмин.

Н. Б . Гер?»сой. А. Т.Птувкш: - Опубл. 30.12.90. Бы , N 48.

15.Бл/омин A.M. Определение точности дозирования зерна при подготовка к сортоьому помолу /,' Khj.. сб. "Научно-технические достижения и парадоь-ой опыт а отрасли хлебопродуктов". - Ы.: ЦНШ13И ЕНЯС "Эернопродукт". 1930. - Вып. 2. - С. 12-16.

16.Блюмин A.M. Учет и оперативная обработка технологических данных о зерне- на элеваторе с помешаю персональной ЭВМ // Jtes. сб. ''Научно-технические достижения и передовой опш' б отрасли хлебопродуктов". -М.: цНЯИТЗИ ВШО "Эернопродукт", 1990. -Bun. 4. -С. 29-33.

17.Блюмин A.M. Двухуровневое управление технологическим процессом сортового помола зерна таеници // йнф. сб. "Паучки-тохнические достижения и передовой опыт в отрасли хлебопродуктов". - М.. UHJÖiTSfi ШЛО "Зернолродукт". 1SQ0. - Вып. - С. 14-17.

18.Система управления "Элеватор" на персональных ЗВМ / А.М.Блю--мии. Э.В.Штанагей. H.A.Сергеева, Т.¡С.Туник. // Хлебопродукты. - 1990. - N 7. - С. 19-22.

19.А. с. 1687292 СССР. В 0?. В 1/СС. Способ автоматического управления процессом Формирования помольной смеси / A.M.блюмин. Опубл. 30.10.91. Бил. N 40.

20.Блюмин A.M. Использование персональных ЭВМ на предприятиях отрасли. - М.: ЦНИЯТЭК ВШ0 "Зернопродукт". 1992. - 25 с.

21.Блюмин A.M. Ситуационный подход при контроле и оценке состояния хранящегося зерна // Кнс. cö. "Научно-технические достижения и передовой опыт в отрасли хлебопродуктов". - М.: ЦНИИТЭИ БНПО "Зернопродукт". 19S2. - Вып. 5-3. - С. 3-6.

22.Новицкий O.A., Блшин A.M.. Лзлушля В.В. Курсовое я дипломное проектирование по автоматизации предприятия. - М.: Колос. 1992. - 207 с.

23.Саулькин В.И., Блкмин A.M. Способ контроля и оценки состояния хранящегося насыпью сыпучего материала и устройство для егососушествления // Решение о выдаче патента на изобретение. МПК А 01 F 25/00. Заявка 5067998/13/040414 от 27.08.92.

24.Блкмик A.M. Как получить информацию о зерне из компьютера // Крестьянские ведомости. - 1934. - N 20-21. - С. 14 _ /