автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Оптимизация параметров рециклинга железа на базе исследования закономерностей его движения в техносфере

На правах рукописи

Коротченко Антон Сергеевич

Оптимизация параметров рециклинга железа на базе исследования закономерностей его движения в техносфере

Специальность 05.13.01 «Системный анализ, управление и обработка информации (в промышленной сфере)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

9 ИЮН 2011

Москва 2011

4849114

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированных систем управления» Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС».

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор Е.А. Калашников

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Краснова Светлана Анатольевна

кандидат технических наук, доцент Широков Андрей Игоревич

Ведущее предприятие: Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина» (ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина»)

Защита состоится «2Ъ» 2011 г. В /Ч'.сО на заседании Диссертационного

совета Д 212.132.07 при Национальном исследовательском технологическом университете «Московский инсппуг стали и сплавов» по адресу: 119049, г. Москва, Крымский вал, д. 3, аудитория К-325

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского технологического университета «МИСиС».

Автореферат разослан « /8 » Р5~_2011 г

Отзывы и замечания по автореферату в 2-х экземплярах, заверенные печатью организации, просьба выслать по адресу: 119049. г.Москва. Ленинский пр-т. д.4 на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д 212.132.07 кандидат технических наук, профессор

Е.А. Калашников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы обуславливается необходимостью создания методики и инструментальных средств, обеспечивающих управление вторичными ресурсами железа посредствам моделирования и оптимизации сложного производственного процесса рециклинга железа в техносфере.

Наступившее тысячелетие в передовых индустриальных странах мира окончательно утвердило глобальный подход к оценке эффективности использования и управления вторичными ресурсами, согласно которому организация глобального рециклинга и управление движением вторичных ресурсов металлов является основополагающим фактором построения индустриального общества нового типа - «общества рециклинга».

Проблемой низкой эффективности управления вторичными ресурсами является отсутствие критериев управления рециклингом и принципов оптимизации использования природных и вторичных ресурсов, которые могут обеспечить грамотное перспективное развитие всего металлургического комплекса как отдельных регионов и стран, так и мировой металлургической индустрии в целом.

Основные трудности, возникающие при определении эффективности управления вторичными ресурсами, связаны с наличием нескольких критериев оценки качества рециклинга.

Для решения поставленной задачи разработан гибкий алгоритм для преодоления трудностей, связанных с многокритериальной функцией качества, основанный как на получении информации о предпочтениях эксперта посредством диалога, так и на использовании стандартных настроек системы, в случае отсутствия необходимой подготовки эксперта. Оценка полученного решения производится согласно субъективному представлению эксперта (ЛПР) о качестве решения, описываемом значениями локальных критериев.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование комплексной модели использования природных, вторичных и техногенных ресурсов металлов, позволяющей прогнозировать экологические сценарии устойчивого развития металлургической индустрии. Разработка диалогового алгоритма и создание на его основе диалоговой системы для решения задачи многокритериальной оптимизации технологического процесса глобального рециклинга железа, что обеспечит снижение объема использования природных ресурсов металлов и улучшение экологической ситуации. Система позволит использовать различные управляющие воздействия и изменять диапазоны их значений, применять ограничения на отдельные показатели, варьировать важностью критериев эффективности в зависимости от задач, стоящих перед экспертом.

Задачи исследования. Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи исследования:

- выявление проблематики, связанной с методикой анализа использования природных, вторичных и техногенных ресурсов металлов;

- разработка и исследование модели рециклинга железа в техносфере на основе подходов, используемых в системном анализе;

- описание подхода и разработка диалогового алгоритма для решения задачи многокритериальной оптимизации технологического процесса рециклинга;

- создание диалоговой системы компьютерного моделирования и многокритериальной оптимизации технологического процесса рециклинга железа;

- проведение вычислительных экспериментов, получение новых научных и технических результатов для регулирования процесса рециклинга.

Методы исследования. В работе использован метод имитационного моделирования для построения модели рециклинга железа. Исследования выполнены на основе методов системного анализа и принятия решений в условиях многокритериальности. При создании программного комплекса использовались методы объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна.

- разработана имитационная модель рециклинга железа в техносфере, обладающая комплексностью и универсальность, что позволяет проводить расчет практически для любых экономических и географических условий (для областей, регионов, страны, группы стран);

- сформулирована и решена задача настройки параметров рециклинга в виде многокритериальной задачи, на основе которой разработан алгоритм и спроектирована структура программного комплекса оптимизации;

- программная реализация системы оптимизации выполнена в виде гибкой диалоговой системы, позволяющей использовать ее ЛПР разной квалификации;

- решена задача оптимизации параметров рециклинга, что позволит обеспечить необходимый уровень потребления металлопродукции на душу населения при соблюдении качественных характеристик железа.

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанная имитационная модель рециклинга используется при преподавании мультимедийного учебного курса «Рециклинг» студентам «Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» (УрФУ). Диалоговая система моделирования и оптимизации успешно используется предприятиями, входящими в состав Комиссии по металлургическому и горному комплексу Российского Союза Промышленников и Предпринимателей, а также

ЗАО «Экологическим институтом» Международной академии наук экологии, для анализа тенденций развития рынка вторичных ресурсов черных металлов и решения задачи долговременного прогноза образования и потребления вторичных ресурсов железа в металлургических регионах и в стране в целом.

На защиту выносятся следующие основные результаты:

1. Разработанная имитационная модель рециклинга железа в техносфере и результаты исследования изменений управляющих воздействий;

2. Диалоговый алгоритм многокритериальной оптимизации технологического процесса рециклинга железа.

3. Структура и программная реализация диалоговой системы.

Достоверность. Для оценки корректности разработанной модели рециклинга

вторичных ресурсов железа были выполнены расчеты параметров движения железа в экономике Японии в период 1958 - 2008 годов. Выбор объекта исследований обусловлен наличием необходимой официальной информации об объемах производства и потребления стальной продукции в этой стране, а также тем обстоятельством, что именно для условий Японии была построена методика оценки вторичных ресурсов черной металлургии аналогичная разработанной. Применение имитационной модели рециклинга к условиям черной металлургии Японии позволило проследить изменение состава металлофонда страны и структуры образующегося амортизационного лома за период 1958 - 2008 гг. Япония относится к странам, которые уже прошли максимум в развитии производственных мощностей черной металлургии ориентированных на использование природных ресурсов. Накопленный металлофонд железа позволяет этой стране перейти на модель черной металлургии, ориентированную на вторичные ресурсы железа (даже при сохранении высокого уровня экспорта металлопродукции и металлолома). Результаты исследований очень хорошо корреспондируются с данными официальной статистики и оценками специалистов.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных форумах:

- Школе - конференции: «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии», «Металл-Экспо», Москва, 2009 год;

- Международной конференции с элементами научной школы для молодежи: «Проблемы экологии и рационального природопользования стран АТЭС и пути их решения», «Металл-Экспо», Москва, 8-13 ноября 2010 год;

- Конференции «Ломоносовские чтения», МГУ, декабрь 2010 год;

- семинарах на кафедре автоматизированных систем управления ФГОУ ВПН «Национального исследовательского технологического университета МИСиС».

Модель зарегистрирована в качестве НОУ-ХАУ МИСиС №_3-202-2009 ОИС от 10 февраля 2009 года. Наименование ноу-хау: Методология анализа техногенного элементопотока металлов.

Модель стала лауреатом конкурса на 12-ом Всероссийском форуме «Образовательная среда-2010»

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, включая 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка литературы, включающего 241 наименований, и двух приложений. Основной текст занимает 168 машинописных страниц, в том числе 75 рисунков и 18 таблиц.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность выполненной работы, определены цели и задачи исследования, сформулирована научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены передовые подходы к экономике «циркуляционного» типа, приведены общие теоретические сведения о «глобальном рециклинге», проанализированы математические модели, описывающие потребление вторичных ресурсов в черной металлургии.

Наступившее тысячелетие в передовых индустриальных странах мира окончательно утвердило глобальный подход к оценке эффективности использования и управлению вторичными ресурсами, важнейшим из которых является металлический лом. В промышленно развитых странах на государственном уровне уже длительное время успешно используется методика расчета затрат различных ресурсов на технологические процессы. «Анализ жизненного цикла» любого потребляемого человеком продукта или изделия в современном виде заключается в количественной оценке использованных для производства продукции и материалов, а также выбросов в окружающую среду.

В основу развития индустрии в 21 веке положена концепция Устойчивого долгосрочного совершенствования технологических процессов в соответствии, с которой выдвинуты глобальные задачи:

- разработка национальных стратегий построения общества, ориентированного на рециклинг и экологически чистые технологии;

4

- развитие и совершенствование законодательно-правовой базы;

- разработка и внедрение новых технологий производства экопродуктов.

Согласно поставленными задачам формируется стратегия развития общества, в

основу которой положены следующие принципы:

- ресурсосбережение - уменьшение количества ресурсов всех видов используемых в процессах производства, эксплуатации и предоставления услуг;

регулирование срока эксплуатации изделия;

- организация эффективного глобального рециклинга;

- минимизация выбросов в окружающую среду на всех стадиях производства, потребления, рециклинга и депонирования продуктов и материалов;

- управление обращением с отходами всех видов, включая отходы производства и потребления.

Сделан вывод, что грамотный прогноз количества образования и структуры амортизационного металлолома становится определяющим фактором в системе государственного регулирования потребления вторичных ресурсов железа. Подобный прогноз строиться исходя из современной методологии исследований, которую активно разрабатывают в передовых индустриально развитых странах. Закладывается фундамент экономической системы ориентированной на рециклинг на государственном уровне.

Рассмотрены задачи и алгоритмы многокритериальной оптимизации и принятия решения, использование которых обусловливается необходимостью учета нескольких критериев, описывающих качество функционирования сложного процесса глобального рециклинга.

Приведен обзор существующих программных комплексов имитационного моделирования и моделирования производственных процессов в металлургии. Некоторые из рассмотренных инструментов обладают дополнительным модулем оптимизации параметров процесса. Анализ выявил необходимость в разработке собственной системы, основываясь на опыте уже существующих программных комплексов.

Во второй главе приведено описание особенностей будущей имитационной модели рециклинга, а также ее построение и описание всех элементов.

Наибольшую известность из рассмотренных в первой главе эконометрических моделей стран ЕС, США и Японии, получили модели Токийского университета -корпорации Те15и§епкуока1 (Япония) и исследовательского института Шпог (Франция).

Упомянутые выше модели предназначены для определения потоков первичных и вторичных ресурсов железа, но применимы только для стран с экспортно-ориентированной

экономикой с высокой долей утилизации вышедшей из употребления продукции и имеют следующие недостатки:

1. входными параметрами являются количественные характеристики потоков природных и вторичных ресурсов;

2. выходными параметрами являются количественные характеристики потоков конверторного и электросталеплавильного производства железа;

3. модели работают для относительно узкого диапазона параметров потоков ресурсов. Поэтому исследование на первой стадии включает экспертную оценку и выбор наиболее вероятных вариантов развития экономики в условиях различной конъюнктуры рынка (в том числе зарубежного) высококачественных металлоизделий. На втором этапе производится выбор нескольких (как правило, не более 10) вариантов исходя из наилучших экологических параметров;

4. для отечественных условий подобные модели не подходят, в связи:

- с высокой неопределенностью условий развития экономии - и в законодательной сфере, и в сфере спроса на продукцию различного качества (что определяется общим уровнем потребления, то есть уровнем жизни основной массы населения);

- особенностью обращения с вторичными ресурсами железа в России - высокой долей депонированных вторичных ресурсов, что влечет за собой увеличение диапазонов возможного варьирования потоками как первичных, так и вторичных ресурсов.

Поэтому была поставлена задача разработки модели прогноза и оптимизации в отечественных условиях, где будут устранены вышеперечисленные недостатки. А именно необходимо:

1. в качестве входного параметра учесть поток выплавляемой стали, который определяется параметрами внутреннего и внешнего потребления металлопродукции;

2. в качестве выходного параметра рассмотреть поток природных ресурсов, необходимых для прогнозируемого объема производства;

3. стальные изделия, поступающие в сферу потребления, разделить на группы в зависимости от длительности периода эксплуатации (соответствующие кратко-, средне- и долгосрочному временному интервалу);

4. добавить значимые элементы рециклинга, такие как депонирование, экспорт / импорт металлопродукции, экспорт / импорт металлолома.

5. при оптимизации рассмотреть максимально возможное число различных вариантов, учитывающих факторы изменения конъюнктуры внутреннего потребления (уровень жизни населения), внешнего потребления (экспорт и импорт металлопродукции и

металлолома), внутреннего рынка вторичных ресурсов (расход депонированных вторичных ресурсов).

Согласно поставленной задаче глобальный рециклинг рассмотрен как сложная система целенаправленного элементопотока (движения железа в техносфере), включающая совокупность взаимосвязанных элементов, представляющих собой совокупность всех количественно определенных параметров движения железа в техносфере на различных стадиях, включая:

- извлечение из сплошной природной среды (недр);

- все технологические стадии производства и потребления металлопродукции;

- экспорт и импорт сырья и металлопродукции;

- потребление металлопродукции в сфере эксплуатации;

- все формы обращения с вторичными ресурсами и отходами производства и потребления, в том числе рециклинг и депонирование.

Функционирование системы является, в первую очередь, следствием воздействия на нее со стороны социальной среды. Это выражается в изменении параметров сферы потребления металлопродукции, экспорта или импорта изделий из металла или металлолома, а главное - изменением параметров обращения с вторичными ресурсами металла. Воздействие социальной среды на систему представляет собой вход системы, а выбросы в окружающую среду на всех стадиях обращения с природными и вторичными ресурсами (которые, в частности определяют экологические последствия) - выход системы. Структура системы глобального рециклинга представлена в иерархической форме (рисунок 1), состоящей из компонентов, связанных между собой.

Подготовка вторичного _сырья_

Рисунок 1 - Структура системы объекта исследований 7

_у__

Техногенные месторождения

Рециклинг является технологической системой, включающей всю совокупность операций и связей на всем протяжении от входа в систему, через компоненты и элементы системы до ее выхода (включая конечную продукцию и выбросы в окружающую среду), характеризующейся спецификой металлургических технологий.

Рециклинг рассматривался согласно методологии имитационного моделирования сложных объектов, так как необходимо не только знать причины происходящего в системе («как есть»), но и корректно оценить (спрогнозировать), что может произойти при тех или иных вариантах условий и организационных решений («как может быть»). Это необходимо для того, чтобы руководящий персонал мог грамотно выбрать и затем приступить к реализации наиболее предпочтительных прогнозных решений.

Далее произведена декомпозиция рециклинга на подсистемы и указаны его внутренние связи. Главной особенностью применяемой методики является анализ движения (потока) основного элемента - металла (конкретно - железа), а не металлургических материалов. Поток металла строится «непрерывным». Сбалансированность достигается выполнением следующего правила: количество металла, содержащегося во всех материалах, формирующихся «на выходе» из предшествующего элемента исследуемой системы равно сумме количеств металла «на входе» в следующий за ним элемент за вычетом всех видов отходов, попутных и вторичных материалов и выбросов всех видов, образовавшихся в предшествующем элементе системы. В результате декомпозиции получена схема элементопотока железа в техносфере, изображенная на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема «Глобального рециклинга» и составляющих его подсистем

Следующим этапом формализации объекта является детализация входа и выхода на материальные потоки.

Выделены следующие множества переменных:

1. входные переменные объекта - Х(Хт ,XaimM ,XalmL), где:

- Хт - прогнозируемое производство металлопродукции;

- ХатМ - прогнозируемое количество экспорта / импорта металла в составе металлопродукции;

- X ™""1 - прогнозируемое количество экспорта / импорта металла в составе металлолома;

Поскольку целью устойчивого развития общества является достижение определенного уровня жизни, которому соответствует некоторый уровень потребления стальных изделий, то входными переменными являются параметры, обеспечивающие необходимый уровень производства стальных изделий для достижения определенного уровня потребления стальной продукции (т.е. практически - уровня жизни основной массы населения).

JJffJ lowP j т mediumP j j highP r j lom \

2. управляющие переменные объекта - ' ' ' ' .где:

■ длительность пребывания металла в различных сегментах сферы потребления:

- UfwP - длительность пребывания металла в краткосрочной сфере;

- u™d"mP . длительность пребывания металла в среднесрочной сфере;

- U*ighr - длительность пребывания металла в долгосрочной сфере.

■ уровень сбора металлолома в различных сегментах сферы потребления:

- U^wF - коэффициент сбора лома для изделий краткосрочной сферы потребления;

- U "l'M'"F. коэффициент сбора лома для изделий среднесрочной сферы потребления;

- U 2Sip - коэффициент сбора лома для изделий долгосрочной сферы потребления.

■ распределение металлолома по маршрутам производства металла:

- Uj°m - доля металлического лома, поступающего в последующую переработку в

электросталеплавильный цикл;

- U'™- доля металлического лома, поступающего в последующую переработку в

конверторный цикл;

Управляющим воздействием на систему является изменение различных параметров производства, потребления, переработки, то есть воздействия на систему со стороны социальной среды.

3. выходные переменные Y(YNa""!,YF°ur,Yr'°rJ?"m,Y°bLom), где:

■ у""""« _ количество металла природного сырья необходимого для прогнозируемого объема производства;

■ уг°'" - количество потерь металла;

■ Уп°г - количество металла вторичных ресурсов рециклинга;

■ Кр"™ - уровень накопления примесей;

■ уоЬит - уровень накопления оборотного лома.

Выходные переменные характеризуют выходы объекта, т. е. его влияние (через конечные результаты функционирования) на внешнюю среду и стадии рециклинга.

4. переменные состояния — гт, г1"',.- отражают условия функционирования объекта. Они существенно зависят от технологической природы объекта исследования, и полностью определяются его спецификой.

Блок-схема объекта исследования как системы принимает вид, представленный на рисунке 3, на котором указаны: элементы множества входных переменных Х(Хт,Х"*"м,ХеМ) и выходных переменных у{У"аш" ,УРаег ,УГюг ,У?ит ХШт) соответственно входящими и выходящими стрелками.

уУ!ог

Рисунок 3 - Структура имитационной модели рециклинга с обозначением переменных

Далее на рисунке 4 приведен пример описания одного из элементов построенной имитационной модели рециклинга, а именно элемент металлообработки

лг(/)т Z(t) , в Y(jT

Рисунок 4 - Металлообработка, как элемент модели рециклинга

Длительность периода исследования составляет t = 1,2...n , t - рассматриваемый год, п - количество лет в рассматриваемом периоде.

X(t)m- прогноз (ретропрогноз) производства металла в составе металлопродукции за исследуемый период по годам;

So"

тът

Вт = ' ,где:

г™

Вг.

- В™ - коэффициент потерь металла при металлообработке;

- В"- доля металла, поступающего в сферу краткосрочного потребления; -В" — доля металла, поступающего в сферу среднесрочного потребления;

- В" - доля металла, поступающего в сферу долгосрочного потребления;

Прогнозируемое производство металла в составе металлопродукции по годам с учетом потерь:

г (0" = /0, х(Г. в= Щ- -(1-в;)

т- =

У(0Г дог г(0Г го:

> где

- Уф™ (1,2(1)т,В,т)= 7(ХГ-В™ - количество металла, поступающего в сферу краткосрочного потребления;

- У(1)™ (I,г(1:)т,В™) = 2(1)ш-В™ - количество металла, поступающего в сферу среднесрочного потребления;

- У^)^ =£(1,/(1)т,В™)= 7(1)т-В™ - количество металла, поступающего в сферу долгосрочного потребления;

- (1,Х(1)т,Во ) = Х(От В™ - количество потерь металла при металлообработке;

Подобным образом описаны все элементы модели рециклинга. Согласно построенной модели основные выходные параметры получились следующие:

- 7(?)л°'"ге - количество металла природного сырья необходимого для прогнозируемого объема производства:

у(1)к"'иге = + У( 1)4"-"; (1)

- У{()р°"г - количество потерь металла во всех стадиях глобального рециклинга:

У(!)р""г = У(1)" + У(')'ГР + ДО ТаитР + + У('УГ + у (0?""" + У (ОТ' + У (0 2"; (2)

- У(/)'"" - количество металла вторичных ресурсов рециклинга:

У (0''"" = {У(0'Г + У(0%еро")+ У(1)'Г + У(1)"""'~ + У(1)1т; (3)

У(/)Рг""- фактор накопления примесей в стальных изделиях, ед.:

У(')Рпт =

[у(*\^о1ег 4- ( УУА^Р0" \ _1» у/учел»»! 1

^^++цыерI~у С' У /2 )+'('> )

(4)

(У(1)г+У(1)2т+У(0зт) - у(,)ои™_ количество металла, поступающего с ломом в конверторный маршрут вторичных ресурсов рециклинга (амортизационный лом):

У^оыот - П ■ {у {<)'"' +У (<)""" )■ (5)

Для оценки корректности разработанной модели рециклинга вторичных ресурсов железа были выполнены расчеты параметров движения железа в экономике Японии. Выбор объекта исследований обусловлен наличием необходимой официальной информации об объемах производства и потребления стальной продукции в этой стране, а также тем обстоятельством, что именно для условий Японии была построена методика оценки вторичных ресурсов черной металлургии аналогичная разработанной. Основные результаты расчетов хорошо корреспондируются с данными официальной статистики и оценками специалистов.

В третьей главе описаны принципы построения диалоговых алгоритмов, основные этапы построения диалоговой системы моделирования и многокритериальной оптимизации, а также функционал и возможности разработанной системы.

Сформулирована многокритериальная задача оптимизации параметров рециклинга, согласно которой:

- альтернативы (возможные сценарии рециклинга) обозначены как хк,к = \,...,п. Множество альтернатив X этом случае состоит из п альтернатив: X - {х, ,.-,*„}.

- X альтернативы обладают следующими 5-ти свойствами - критериями, по которым оценивается эффективность процесса рециклинга:

■ zi - затраты природных ресурсов;

" Z2 - выбросы в окружающую среду;

■ гз - вторичные ресурсы рециклинга;

■ та - фактор накопления примесей;

■ Z5 - количество металла, поступающего в конверторный цикл с металлоломом вторичных ресурсов;

- каждому i-му (; = 1,..., 5) свойству г, альтернативы х соответствует критериальная оценка z, = / (х);

- взаимная важность критериев описана рядом приоритета 1= {1,2,3}.

- каждое альтернативное решение х (зависит от параметров входных данных, а именно от конкретных значений управляющих воздействий) характеризуется присущей ему векторной оценкой i значением векторного критерия в точке, то есть каждой альтернативе х соответствует в 5-мерном критериальном пространстве Z решение г = (z,, z2, z3, г4, zs) = fix) = (/, (х), /2 (х), /3 (х), /4 (х), /5 (*)) е Д5

- альтернативы х принадлежат исходному множеству альтернатив X, образованному ограничениями и условиями (хе X);

- отображение множества X в критериальное пространство Z порождает в этом пространстве множество решений Zx, являющееся образом множествах:

х zх с Z = Rs;

- на множество решений в критериальном пространстве наложены критериальные ограничения, образующие подмножество 2г = Z!t uZls:

- Z7 - максимально возможные накопление примесей;

- ZlS - максимально технологически возможное количество металла, поступающего в конверторный цикл с металлоломом вторичных ресурсов.

- допустимое множество решений Zd в критериальном пространстве Z образовано пересечением множеств Zx и Zz, ZD = Zx r\Zz .

- локальный критерий zj был нормализован с помощью смены направленности цели z3 = -Z3 таким образом, что его необходимо минимизировать, где z3 - нормализованная, а

Z3, - исходная величины критерия.

- решая задачу выбора, необходимо было определить альтернативу к или группу

альтернатив возможного развития отрасли, при котором min /](x),i = 1,...,3. Результатом

xeZ

принятия решения является набор параметров управляющих воздействий, который обеспечивает достижение поставленной цели и удовлетворяет эксперта.

Предложен подход для преодоления многокритериальное™, используя принципы оптимальности и информацию о предпочтениях ЛПР.

Сформулированы основные требования к созданию диалоговой системы моделирования и оптимизации процесса рециклинга, основываясь на существующем опыте разработки систем подобного типа. Они описывают необходимые свойства системы, такие как удобство работы, возможность создания различных вариантов исследования, возможности расширения и программную реализацию с учетом современных требований к алгоритмическому программному обеспечению.

Разработана система моделирования и последующей многокритериальной оптимизации рециклинга, обладающая широким спектром настроек технологических параметров рециклинга, которые позволяют провести моделирование и расчет практически для любых экономических и географических условий (для областей, регионов, страны, группы стран).

Принятие решения в режиме диалога с пользователем позволяет провести оптимизационную настройку процесса рециклинга. В процессе возможно:

- задавать диапазон значений управляющих параметров, тем самым расширять или сужать область допустимых значений;

- определять важность критериев оптимизации, посредством изменения ряда приоритета;

- задавать значения критериальных ограничений и т.д.;

- использовать различные методы принятия решения;

Спроектированная система (Recycle Optimum) имеет модульную структуру, что позволит развить систему с помощью добавления новых модулей к системе без существенных изменений существующей структуры системы (рисунок 5).

Модуль взаимодействия с БД

Модуль авторизации пользователя

Модуль подсказок

Модуль формирования/ удаления региона

Блок пользоват ельского инт ерфейса

Модуль анализа результатов принятия решения

Блок визуализации резуль т ат ов

.1 I__

V

Модуль анализа результатов моделирования

Модуль моделирования

Модуль просмотра модели

Модуль расчета

Модуль построения движения железа

Блок моделирования рециклинга

Модуль генерации экспериментальных данных

Модуль управления принятием решения

Блок принят ия решения

Рисунок 5 - Схема системы программного комплекса Recycle Optimum

Структурно система состоит из четырех основных блоков:

1. Блок пользовательского интерфейса предназначен для интерактивного управления процессами моделирования и последующей оптимизации. С помощью этого блока осуществляется доступ авторизационного пользователя к настройкам системы, выбору или созданию нового региона для исследования, вводу основных параметров рециклинга и типов моделирования

2. Блок моделирования рециклинга предназначен для создания модели рециклинга посредствам указания основных взаимосвязей между стадиями рециклинга и последующим расчетом построенной модели.

3. Блок принятие решения предназначен для генерации экспериментальных данных, настройки процедуры принятия решения.

4. Блок визуализации результатов предназначен для интерпретации полученных результатов, создания и выгрузки сводных таблиц для анализа и построение сопутствующих графиков в среде Microsoft Office Excel.

Система создана с учетом правил объектно-ориентированного программирования и поэтому имеет возможности развития системы, которые не требуют серьезной перестройки структуры системы, и осуществляется путем добавления модулей программы с новыми возможностями и функциями. В качестве средства для создания системы была

выбрана среда для разработки Delphi 7.0 компании Borland/Inprise. Система предназначена для работы под управлением операционных систем Microsoft Windows и обладает следующими технологическими возможностями и особенностями:

- наличие простого и интуитивно понятного графического интерфейса делает систему доступной и легкой в использовании даже для начинающих пользователей персональных компьютеров;

- наличие системы помощи и подсказки, а также детальной документации, делает систему удобной в изучении;

- расчет происходит одновременно с пошаговым выводом информации на экран, что позволяет немедленно интерпретировать получаемые результаты и вносить в технологию необходимые изменения, а также контролировать корректность исходных данных с первого шага расчета;

- наличие автоматического формирования расчетных моделей (разбиение на конечные элементы), что позволяет обеспечить высокую точность расчета, не зависящую от квалификации пользователей;

- детальная визуализация процесса рециклинга позволяет проанализировать всю технологическую цепочку от стадии разработки природных ресурсов до вторичного использования ресурсов. Имитационное моделирование такой технологической цепочки выполняется автоматически и дает возможность пользователю быстро и эффективно проанализировать несколько различных вариантов по принципу «что, если...»;

- подготовка данных происходит параллельно с их отображением для визуального контроля, а расчет сопровождается одновременным графическим выводом результатов. Таким образом, программа является эффективным инструментом для компьютерной оценки процесса рециклинга, которая значительно превосходит метод "проб и ошибок";

- наличие функции сохранения настроек и результатов проведенной работы позволяет параллельно моделировать и оптимизировать рециклинг для разных регионов исследования без перенастройки системы.

Таким образом, Recycle Optimum является симбиозом двух основных функциональных систем, а именно системы моделирования и принятия решения. Система моделирования процесса рециклинга позволяет провести моделирование и расчет основных характеристик рециклинга в определенный период времени, а система принятия решения позволяет провести последовательную оптимизационную настройку процесса рециклинга в режиме диалога с пользователем.

В четвертой главе рассмотрена апробация диалоговой системы для выполнения исследования по адаптации и тестированию разработанного математического описания

движения железа при производстве и потреблении продукции черной металлургии, и произведены расчеты по оптимизации сценариев возможного развития отрасли, используя количественные данные из статистических источников Японии.

Для настройки системы выделены наиболее значимые критерии оценки результатов и управляющие параметры рециклинга, которые поддаются регулировке. Для управления процессом рециклинга была реализована возможность программно изменять границы значений управляющих воздействий, что позволит, с одной стороны, точно настраивать процесс рециклинга, а с другой - расширить область задачи. Диапазон изменения параметров управляющих воздействий:

1. Доля амортизационного лома, направляемого на переработку в электросталеплавильный маршрут, Рэ: 60 - 90 %;

2. Длительность пребывания изделий в сферах эксплуатации:

- Краткосрочной: 2-5 лет;

- Среднесрочной: 5-15 лет;

- Долгосрочной: 20 - 40 лет.

3. Потери при сборе амортизационного лома: 5-40 %.

Рассматривались стабильные условия функционирования производственных мощностей, обеспечивающих ежегодное производство металлопродукции 120 млн. т/год в период 2011 - 2040 годы. Экспорт металлопродукции не превышал 42 млн. т/год, а импорт металлопродукции не превышал 5 млн. т/год. Экспорт металлолома находился на уровне до 10 млн. т/год. Использование ресурсов депонирования (железо из ранее сформированных техногенных месторождений) не превышало уровень 3 млн. т/год.

На основании заданных условий, проанализировано максимально возможное количество «экологических сценариев» - альтернатив возможного развития отрасли, которое составило 28624.

В качестве критериев оптимизации были выбраны:

- количество металла природного сырья необходимого для прогнозируемого объема производства (г,);

- количество потерь металла (г2);

- количество металла вторичных ресурсов рециклинга вторичные ресурсы железа рециклинга (г,).

Для Японии взаимная важность критериев была описана следующим рядом приоритета / = {г, >-1г У гг].

В качестве критериальных ограничений были выбраны:

- максимально возможное накопление примесей («Фактор накопления примесей»), которое для сохранения конкурентоспособности продукции не должно превышать 2,5 раз от начального уровня производства (то есть не превысить за рассматриваемый период начальный уровень примесей более чем в два с половиной раза);

- максимально технологически возможное количество металла, поступающего в конверторный цикл с металлоломом вторичных ресурсов, которое не должно превышать 30% от общего уровня загрузки конверторного цикла (то есть не превышать 30 % от суммы железа первичного и вторичного сырья, поступающего в конверторный цикл производства).

Допустимое множество решений образованное посредством наложения критериальных ограничений составило 19 522 альтернативы.

Локальный критерии z3 был нормализован так, что его необходимо минимизировать.

Решая задачу выбора, необходимо было определить альтернативу или группу

альтернатив возможного развития отрасли, при котором min /,(*)>' = 1,—>3.

дгеХ

Для принятия решения были использованы следующие принципы оптимальности: принцип оптимальности по Парето, лексикографический принцип и лексикографический принцип квазиоптимальности, принцип главного критерия. Выбранные принципы требуют от ЛПР минимальной дополнительной информации, в отличие от других принципов оптимальности, которые требуют от ЛПР информации, которую ему обычно трудно предоставить априори. Именно поэтому не были использованы принципы, базирующиеся на использовании понятия векторного критерия качества.

С целью уменьшения исходного множества альтернатив был применен принцип оптимальности по Парето, который состоит в выделении «неулучшаемых решений». В результате множество «неулучшаемых» альтернатив составило 13880, но принцип не ответил на вопрос: какое из решений лучшее?

Для получения приемлемого количества (множества) альтернатив для анализа, которые позволят ЛПР выбрать наилучшую альтернативу развития отрасли, был использован лексикографический принцип квазиоптимальности, согласно которому решалась последовательность задач минимизации:

1. Xl ={x:agrminz1 - А,},

хеХ

2. Хг = {х: agrminz2 - Д2},

хе Хг

3. Хъ = {x:agrmmzг -Д3}, хе Х2

с введенными отклонениями от оптимума (уступками):

- Д1 = 20 млн. тонн за рассматриваемый период времени;

- Д2 = 30 млн. тонн за рассматриваемый период времени;

- Д3 = 40 млн. тонн за рассматриваемый период времени;

Уступки были выбраны исходя из данных, принятых в аналогичной модели Токийского университета. В модели Токийского университета в принятые диапазоны расхода ресурсов и выбросов попадают все проанализированные сценарии развития черной металлургии Японии, выбранные на основе экспертной оценки, и обеспечивающие необходимое качество амортизационного лома по содержанию примесей (то есть конкурентоспособность производимой продукции). Результаты применения метода квазилексикографического упорядочивания представлены в таблице 1, а именно с 1 по 22183 альтернативу.

Таблица 1 Альтернативы развития черной металлургии Японии по результатам

применения методов принятия решения

№ Критерии оптимизации Фактор Срок Рэ, Экспорт/импорт

накопле- эксплуатации %

Затраты Выбросы Затраты ния Кратко- Средне- Продук- Лома

природных в ОС, вторичных приме- срочная срочная ции

ресурсов, млн. т ресурсов, сеи сфера, сфера,

млн. т млн. т годы годы

1 1327 761 3195 2,58 2 5 60 импорт импорт

841 1339 810 3184 2,06 2 15 60 импорт экспорт

21173 1208 653 2949 2,43 2 5 90 нет импорт

21175 1318 648 2730 2,42 2 5 90 нет нет

22013 1216 700 2942 1,94 2 15 90 нет нет

22183 1337 652 2712 1,91 3 5 90 нет нет

24989 1437 542 2886 1,59 5 15 90 нет нет

Далее, использовался лексикографический принцип, согласно которому решалась последовательность задач:

1. X, ={x:agrminz,};

хеХ

2. Х2 ={х: agrmin z2};

хе Xl

3. Хг ={x:agrmmz}}.

хе Хг

После решения первой задачи минимизации природных затрат было получено единственное решение, а именно альтернатива № 21173 (таблица 1). Данное решение обеспечивается достижением следующих определяющих управляющих воздействий:

1. Потери при сборе амортизационного металлолома составляют 5 % (минимально возможные);

2. Срок эксплуатации изделий в долгосрочной сфере потребления - 20 лет;

3. Потребление ресурсов депонирования - 3 млн. тонн/год - максимальное.

На последнем этапе исследования использовался принцип главного критерия, согласно которому самый важный критерий, а именно количество металла природного сырья был принят за главный. Необходимо было найти альтернативу, обеспечивающую прохождение наибольшей части потока металла по маршруту с минимальными потерями на стадиях подготовки металлолома и производства стали. Наилучшим решением являлась альтернатива:

х' = argminzj, где Х0 = {х:хе X,arg(z, > zj),zl = const,i = 2,3} xeX0

Остальным критериям назначены пороговые величины, основываясь на исследованиях аналогичной модели Токийского университета, а именно z2 = 550 млн. тонн, z2 = 2500 млн. тонн.

Этим условиям отвечает единственная альтернатива 24989 (таблица 1) со следующими основными параметрами:

1. Длительность пребывания изделий в сферах эксплуатации - максимальная (краткосрочной сфере - 5 лет, в среднесрочной - 15 лет), потому что в этом случае меньше стадий сбора и подготовки металлолома (где потери достаточно велики в сравнении с потерями на конверторном маршруте);

2. Доля металлолома перерабатываемого в электропечах - максимальная (90%), так как потери железа в этом случае существенно меньше, чем при плавке в конверторах;

3. Экспорт металлопродукции и металлолома отсутствует, потому что любое производство продукции или вывоз ресурсов «на сторону» приводят к тому, что металл уходит за границы страны, а потери «остаются» и «распределяются» на металл, потребленный внутри государства (региона).

Полученные результаты принципиально отличаются от параметров аналогичной модели Токийского университета. В японском аналоге наилучшие варианты оптимизации исключают возможность импорта металлолома и низкую степень загрузки электросталеплавильного маршрута, когда доля амортизационного лома, направляемого на переработку в электросталеплавильный маршрут, составляет 60% (при

20

рассматриваемом диапазоне значений 60 - 90 %). Эти наилучше варианты строго ориентированы на минимальные сроки эксплуатации изделий во всех сферах потребления. Кроме того, расчеты по модели Токийского университета предсказывают образование примерно 300 млн. тонн амортизационного металлолома, не утилизируемого по условиям накопления примесей (фактор накопления примесей больше 2,5). Таким образом, применение разработанной модели позволяет ЛПР принимать решения в более широком диапазоне решений, учитывающем принципиально различные возможности:

- технологические - различную степень загрузки конверторного и электросталеплавильного производств;

- ресурсные - возможность экспорта металлолома;

- потребительские - различную длительность пребывания изделий в кратко- и среднесрочной сферах эксплуатации.

Важно отметить, что полученные варианты решений исключают накопление вторичных ресурсов металлолома, не пригодных к использованию в производстве по причине снижения качества продукции.

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:

1. Наименьшие затраты природных ресурсов имеют место в случае максимально возможной загрузки электросталеплавильных мощностей для переработки амортизационного лома (альтернатива № 21173). При этом импорт лома обеспечивает лучшие показатели по расходу природных ресурсов, но при отсутствии импорта лома и максимальном сроке эксплуатации изделий среднесрочной сферы потребления имеет место низкий уровень накопления примесей в металлопродукции (альтернативы № 22013 и №841).

2. Минимальные выбросы в окружающую среду достигаются в случае максимально возможной загрузки электросталеплавильных мощностей для переработки амортизационного лома, при отсутствии импорта и экспорта металлолома (альтернатива № 24989). Увеличение срока эксплуатации изделий краткосрочной сферы потребления на один год позволяет существенно снизить уровень накопления примесей в металлопродукции (альтернативы № 1 и 22183).

3. Максимальный уровень переработки вторичных ресурсов, реализуемый как «самоцель» при полной загрузке всех производственных мощностей по ее производству, не обеспечивает ни минимальных затрат природных ресурсов, ни минимальных выбросов в окружающую среду (альтернатива № 1).

4. Выполненные расчеты показывают, что при отказе от импорта металлолома и увеличении срока эксплуатации изделий краткосрочной сферы использования, можно

обеспечить требуемое качество металлоизделий при одновременном выполнении требований по степени рециклинга (95 %) и переработке амортизационного лома преимущественно в электросталеплавильном переделе (90 %).

5. Достигнутое в результате многокритериальной оптимизации значительное уменьшение использования первичного сырья и выбросов в окружающую среду, характеризующееся уменьшением значений критериев г1 и г2, и увеличение значения критерия гг свидетельствуют о стабилизации управления движением вторичных ресурсов металлов, что является основополагающим фактором построения индустриального «общества рециклинга».

Полученные результаты позволяют сделать вывод о высокой эффективности разработанной системы и практической значимости проведенных исследований. Система моделирования и принятия решения может быть использована для компьютерной оценки процесса рециклинга, которая дает возможность быстро и эффективно проанализировать различные варианты развития отдельного региона или общества в целом по принципу «что, если...», чтобы принять управленческое решение.

Основные результаты и выводы

В диссертации предложены, успешно апробированы методика, математическое и программное обеспечение системы моделирования и многокритериальной оптимизации процесса глобального рециклинга. Система предназначена для решения задачи государственного управления движением вторичных ресурсов металлов и последующей оптимизации рециклинга, что позволяет улучшить экологическую нагрузку на окружающую среду, не ухудшая качества получаемой продукции. Получены следующие основные научные и практические результаты.

1. Реализован подход к описанию жизненного цикла железной металлопродукции:

- стальные изделия, поступающие в сферу потребления, подразделяются на группы в зависимости от длительности периода эксплуатации (как правило - три группы, соответствующие кратко-, средне- и долгосрочному временному интервалу);

- поток железосодержащих материалов характеризуется коэффициентами и функциями, описывающими распространение железа в природной среде, накопление в техногенных месторождениях, фондах и других элементах техносферы;

- оборотный лом предприятий и отходы металлообработки рассматриваются как вторичные материалы, образующиеся в один год с производством металлопродукции, амортизационный лом образуется спустя несколько лет или несколько десятков лет после производства и использования металлопродукции в готовых изделиях;

- количество амортизационного лома, которое образуется в экономике в некотором году, рассчитывается на основе данных производства за предшествующие годы и показателей эксплуатационной долговечности изделий.

2. Задача настройки параметров рециклинга сформулирована как задача многокритериальной оптимизации и принятия решения. Предложен подход, позволяющий преодолеть многокритериальность задачи путем использования информации о предпочтениях эксперта. Реализована оптимизационная задача определения альтернативы, при которой:

- достигается определенный уровень потребления железной продукции по конкретным сферам потребления;

- достигается приемлемый для эксперта уровень минимальных затрат природных ресурсов и выбросов в окружающую среду при максимальной доле использования вторичных ресурсов железа и не превышающим нормы накоплением примесных микроэлементов.

3. Реализована расчетная задача государственного регулирования рециклингом, при которой, управляющим воздействием на систему рециклинга являются государственные законы, акты и нормативы, способные регулировать:

- распределение металлолома по маршрутам производства;

- длительность пребывания металлопродукции в различных сегментах сферы потребления;

- распределение металлопродукции между различными сегментами сферы потребления;

- уровень сбора металлолома;

- наличие экспорта или импорта металлопродукции;

- использование ресурсов депонирования.

4. Созданы диалоговые алгоритмы для решения задачи моделирования и последующей многокритериальной оптимизации процесса рециклинга.

5. Сформулированы требования к диалоговой системе, разработана ее структура и реализован программный комплекс, способный:

- моделировать процесс рециклинга в режиме диалога с пользователем;

- производить оптимизацию параметров рециклинга в режиме диалога с пользователем.

6. Система успешно апробирована для управления движением железа при производстве и потреблении продукции черной металлургии в условиях Японии.

Использование системы позволило существенно снизить использование природных ресурсов и выбросов в окружающую среду.

Основные положения и выводы диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Черноусов, П.И. Зачем металлургии нужны «экологические сценарии»? / П.И. Черноусое, A.C. Коротченко // Металлоснабжение и сбыт. 2009. № 7 - 8. С.67-70.

2. Черноусов, П.И. Методология анализа техногенного элементопотока металлов / П.И. Черноусов, A.C. Коротченко, К.А. Каменецкий, М.А. Каменецкий // Вторичные металлы. 2009. № 2. С. 57-60.

3. Рябова, A.B. Прогнозирование экологических сценариев потребления амортизационного лома в черной металлургии в Обществе рециклинга / A.B. Рябова, П.И. Черноусов, A.C. Коротченко // Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии: Сб. науч. тр. ISBN 978-5-87623-301-1. М. МИСиС, 2009. С. 172-178.

4. Черноусов, П.И. Анализ, учет и прогноз вторичных ресурсов железа в Обществе рециклинга / П.И. Черноусов, A.C. Коротченко, A.B. Рябова // Металлург. 2010. № 3. С. 36-42.

5. Chernousov, P. Analysis, monitoring, and prediction of the use of secondary sources of iron in recycling society / P. Chernousov, A. Corotchenco, A. Rybova // Metallurgist. Volume 54, Issue 3(2010), Page 144.

6. Голубев, O.B. Прогнозные сценарии потребления металлолома в черной металлургии / О.В. Голубев, A.C. Коротченко, П.И. Черноусов // Металлург. 2010. №11. С. 15-20.

7. Golubev, О. Predictions of scenarios for the consumption of scrap metal in ferrous metallurgy / O. Golubev, A. Corotchenco, P. Chernousov // Metallurgist. Volume 54, Issue 9 (2011), Page 649.

8. Голубев, O.B. Имитационная модель рециклинга вторичных ресурсов черных металлов / О.В. Голубев, A.C. Коротченко, П.И. Черноусов // Проблемы экологии и рационального природопользования стран АТЭС и пути их решения: Сб. науч. тр. ISBN 978-5087623-389-0. М. МИСиС, 2010. С. 148-157.

9. Калашников, Е.А. Разработка и программная реализация системы управления вторичными ресурсами металлов на основе имитационной модели и диалоговых алгоритмов моделирования и оптимизации / Е.А. Калашников, A.C. Коротченко, П.И. Черноусов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2011. №.6. С.

Формат 60 х 90 Vie Тираж 100 экз. Объем 1,5 п.л. Заказ 3082

Отпечатано с готовых оригинал-макетов в типографии Издательского Дома МИСиС, 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Анализ передовых подходов и экономике «циркуляционного» типа.

1.1.1 Устойчивое развитие и экологически чистое производство.

1.1.2 Выбросы в окружающую среду.

1.1.3 Обращение с отходами, рециклинг.

1.1.4 Концепция общества с оборотным использованием ресурсов.

1.1.5 Интегрированная политика производства экопродукта.

1.1.6 Экобаланс и анализ жизненного цикла изделия.

1.1.7 «Инициатива 3R».

1.2 Математические модели, описывающие потребление вторичных ресурсов (металлолома) в черной металлургии.

1.2.1 Модель Зусмана.

1.2.2 Модель Винерта.

1.2.3 Модель Тарди.

1.2.4 Модель Вира.

1.2.5 Модель Токийского университета.

1.3 Задачи и алгоритмы многокритериальной оптимизации и принятия решений.

1.3.1 Постановки многокритериальных задач принятия решений.

1.3.2 Этапы решения задач принятия решений при управлении производственной системой.

1.3.3 Характеристики приоритета и нормализации критериев.

1.3.4 Принципы оптимальности в задачах принятия решений.

1.4 Программное обеспечение моделирования и расчета производственных процессов.

1.4.1 Программный комплекс Visual Imitak.

1.4.2 Программный комплекс Tecnomatix Plant Simulation.

1.4.3 Программный комплекс моделирования процессов обработки металлов давлением QForm.

1.4.4 Программный комплекс моделирования литейных техноло1 пй SOLIDCast.

1.5 Выводы к главе 1.'.

ГЛАВА 2 ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПИСАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ МОДЕЛИ ГЛОБАЛЬНОГО РЕЦИКЛИНГА МЕТАЛЛА.

2.1 Особенности выбранной методики математического описания.

2.2 Описание глобального рециклинга в качестве объекта исследования.

2.3 Формализация технологического процесса рециклинга.

2.3.1 Формальная схема объекта.

2.3.2 Переменные объекта и их значения.

2.3.2.1 Входные и выходные переменные объекта. Переменные состояния и управления.

2.3.2.2 Значения неременных объект.

2.4 Подробное описание составляющих элементов и подсистем модели рециклинга.

2.4.1 Элемент - Металлообработка.

2.4.2 Элемент - Экспорт / Импорт металлопродукции.

2.4.3 Элемент - Краткосрочное потребление.

2.4.4 Элемент - Среднесрочное потребление.

2.4.5 Элемент - Долгосрочное потребление.

2.4.6 Элемент - Экспорт / Импорт металлолома.

2.4.7 Элемент - Подготовка металлолома.

2.4.8 Элемент - Техногенные месторождения.

2.4.9 Элемент - Электросталеплавильный цикл.

2.4.10 Элемент - Конверторный цикл.

2.4.11 Элемент - Природная среда.

2.4.12 Выходные параметры модели.

2.5 Адекватность построенной модели на примере развития передовых стран.

2.5.1 Ретропрогноз.

2.5.2 Анализ влияния различных факторов на параметры рециклинга.

2.6 Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ДИАЛОГОВОГО АЛГОРИТМА

МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ.

3.1 Описание проблемы и выбор критериев оптимизации.

3.2 Постановка многокритериальной задачи принятия решение для процесса рециклинга.

3.3 Методы принятия решения.

3.4 Построение диалоговой системы моделирования и принятия решения.

3.4.1 Формулировка требований к диалоговой системе.

3.4.2 Описание диалоговой системы.

3.4.3 Структура системы.

3.5 Программная реализация системы.

3.5.1 Возможности системы.

3.5.2 Технические особенности системы.

3.6 Работа системы в режиме диалога.

3.6.1 Действия оператора при работе с системой моделирования.

3.6.2 Действия оператора при работе с системой принятия решения.

3.7 Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ РЕЦИКЛИНГА ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ.

4.1 Апробация модели, исследование полученных результатов.

4.1.1 Постоянные и переменные данные для задачи принятия решения.

4.1.2 Анализ полученных результатов принятия решения.

4.2 Прогноз развития черной металлургии России.

4.3 Выводы к главе 4.

ВЫВОДЫ К РАБОТЕ.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИ.

Наступившее тысячелетие в передовых индустриальных странах мира окончательно утвердило глобальный подход к оценке эффективности использования и управлению вторичными ресурсами, важнейшим из которых является металлический лом. В промышленно развитых странах на государственном уровне уже длительное время успешно используется методика расчета затрат различных ресурсов на технологические процессы, в основу которой положен принцип «cradle to gate» (от истока до выхода) или «от колыбели до могилы», впервые предложенный в США в 1960 году. «Анализ жизненного цикла» («Life Cycle Analysis - LCA») любого потребляемого человеком продукта или изделия в современном виде заключается в количественной оценке использованных для производства продукции энергии и материалов, а также выбросов в окружающую среду. Как правило, выделяют следующие основные стадии жизненного цикла изделия (ЖЦИ):

1. Получение сырья: добыча источника энергии и его переработка в энергию; добыча сырья; транспортировка сырья и энергии.

2. Производство продукции: подготовка сырья; изготовление продукции; производство попутной продукции; производственный рециклинг; упаковка; транспортировка продукции.

3. Использование продукции (сфера потребления).

4. Глобальный рециклинг.

Для всех стадий рассчитывают расходы энергии, материалов, транспортные издержки, выбросы в окружающую среду. Итог расчета «жизненного цикла» изделия представляют в виде экологического баланса - «экобаланса».

В конце 20 века была предложена концепция производства «металлургического экопродукта» с учетом всех стадий ЖЦИ и разработаны принципы Комплексной поли гики в отношении продукции (Integrated Product Policy), которая должна была установить окончательные экологические стандарты изделий с учетом ЖЦИ.

Оригинальная методика составления экобаланса «cradle to gate» для изделий, произведенных на интегрированных металлургических предприятиях, предложена германскими специалистами Ю.А. Филиппом, В. Теобальдом, В. Фолькхаузеном в 1997 году. Она базируется на составлении и оптимизации сценариев производства и эксплуатации металлургического «экопродукта». В течение нескольких лет авторами были исследованы жизненные циклы изделий из листового проката, используемых в автомобильной промышленности. Экобаланс охватывал 14 технологических этапов от добычи сырых материалов до рециклинга в виде лома. В расчетах были использованы около 1000 исходных данных и параметров. Учитывалось влияние 13 видов входных материалов, шести потоков энергии, определено 29 типов выбросов и девять видов отходов, утилизируемых или отгружаемых в отвал. Описанная методология получила признание и развитие в ЕС и Японии.

В Японии метод составления экобалансов для металлургической продукции получил название «оценки жизненного цикла на основе анализа экологических сценариев». После принятия в 2000 году парламентом Японии шести законов, направленных на построение экономической системы, ориентированной на рециркуляцию, были нормированы методы утилизации строительных, пищевых, упаковочных, 4-х видов электробытовых вторичных материалов и автомобилей. Таким образом, лом черных металлов, который ранее рассматривался как естественно возникающий материал, после 2000 года стал заботой общества, с которой следует обращаться, опираясь на соответствующую законодательную базу.

С позиции составления экобаланса для продукта черной металлургии в настоящее время принято выделять четыре основных стадии анализа. Первая стадия включает в себя собственно процесс производства черных металлов. Здесь отрабатывается производственный процесс с минимальным энергопотреблением и нагрузкой на окружающую среду. Вторая стадия включает производственный процесс на предприятии-потребителе продукции черной металлургии. Здесь рассматривается возможность уменьшения воздействия на окружающую среду за счёт применения специфических видов металлопродукции и металлообработки. На третьей стадии экологическая направленность проявляется в использовании конечных изделий из черных металлов с определенными качественными характеристиками. Четвертая стадия - этап утилизации лома черных ¿металлов с целью их вторичного использования.

На второй * и последующих стадиях металлопродукция превращается в «экопродукт», то есть экологически ориентированный продукт или изделие. Реализация концепции экопродукта имеет следующие цели: ф ормирование общества с оборотным использованием ресурсов; ограничение выбросов всех видов; снижение энергопотребления.

Жизненный цикл стального изделия начинается с добычи сырья и получения материала с заданными эксплуатационными характеристиками и продолжается различными этапами службы изделия, включая многочисленные стадии рециклинга.

Интегрированный» (через предприятия полного цикла) и «электросталеплавильный» (через мини - заводы) технологические маршруты представляют собой два дополняющих друг друга элемента стратегии производства и утилизации стали. В любой технологии рециклинга металлолома происходит замещение сырьевых материалов, используемых при «интегрированном» маршруте.

В условиях существующего в настоящее время, относительно слабо регулируемого государством рынка металлоизделий, разделение технологических маршрутов для производства плоского и длинномерного проката осуществляется с учетом экономических факторов и практически не оказывает влияния на общий уровень рециклинга стальных изделий. При составлении глобальных прогнозов развития отрасли необходимо учитывать, что стальные изделия эксплуатируются в сфере потребления разное время: кратко-, средне-и долгосрочные периоды. При этом жизненный цикл продукта может составлять срок менее года или более ста лет, если речь идет, например, о консервных банках или стальных конструкциях. В зависимости от длительности ЖЦИ и параметров рециклинга требуется различное количество первичной «сырой» стали, чтобы обеспечить рост рынка и компенсировать потери после использования изделий.,

В последнее десятилетие во всех передовых индустриальных странах проводились исследования но анализу влияния этапа эксплуатации изделия на затраты природных и вторичных ресурсов и размеры выбросов в окружающую среду. Полученные результаты позволяют утверждать, что упомянутые параметры, рассчитанные на весь жизненный цикл, в значительной степени определяются способом эксплуатации изделия. При «статическом» использовании металлоизделия (например, в качестве строительного материала в конструкциях) они зависят, прежде всего, от технологии производства стали. В тоже время при использовании металла в изделиях, эксплуатируемых относительно короткое время (например, в автомобилях), определяющей становится технология рециклинга.

Еще одной важнейшей проблемой, с которой сталкивав!ся современная металлургия, является проблема присутствия в амортизационном ломе примесных микроэлементов -примесей. Последними исследованиями установлена сложная взаимосвязь между количеством микропримесей в металлоломе, уровнем образования амортизационного лома и жизненным циклом металлоизделий. Многие специалисты считают, что в связи с повышением требований к потребительским свойствам стальной металлопродукции уже в ближайшем будущем потребуется ограничение содержания определенных сопутствующих элементов в ряде изделий особого назначения.

Таким образом, повышение роли вторичных ресурсов и увеличение масштабов использования в качестве сырья материалов из техногенных месторождений, требует системного подхода. Он необходим для того, чтобы «встроить» потоки этих материалов в уже существующие технологические схемы, не допуская при этом их значительного усложнения и ухудшения качества продукции.

Актуальность проблемы обуславливается необходимостью создания методики и инструментальных средств, обеспечивающих управление вторичными ресурсами железа посредствам моделирования и оптимизации сложного производственного процесса рециклинга железа в техносфере.

Наступившее тысячелетие в передовых индустриальных странах мира окончательно утвердило глобальный подход к оценке эффективности использования и управления вторичными ресурсами, согласно которому организация глобального рециклинга и управление движением вторичных ресурсов металлов является основополагающим фактором построения индустриального общества нового типа - «общества рециклинга».

Проблемой низкой эффективности управления вторичными ресурсами является отсутствие критериев управления рециклингом и принципов оптимизации использования природных и вторичных ресурсов, которые могут обеспечить грамотное перспективное развитие всего мехаллургического комплекса как отдельных регионов и стран, так и мировой металлургической индустрии в целом.

Основные трудности, возникающие при определении эффективности управления вторичными ресурсами, связаны с наличием нескольких критериев оценки качества рециклинга.

Для решения поставленной задачи разработан гибкий алгоритм для преодоления трудностей, связанных с многокритериальной функцией качества, основанный как на получении информации о предпочтениях эксперта посредством диалога, так и на использовании стандартных настроек системы, в случае отсутствия необходимой подготовки эксперта. Оценка полученного решения производится согласно субъективному представлению эксперта (ЛПР) о качестве решения, описываемом значениями локальных критериев.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование комплексной модели использования природных, вторичных и техногенных ресурсов металлов, позволяющей прогнозировать экологические сценарии устойчивого развития металлургической индустрии. Разработка диалогового алгоритма и создание на его основе диалоговой системы для решения задачи многокритериальной оптимизации технологического процесса глобального рециклинга железа, ч го обеспечит снижение объема использования природных ресурсов металлов и улучшение экологической ситуации. Система позволит использовать различные управляющие воздействия и изменять диапазоны их значений, применять ограничения на отдельные показатели, варьировать важностью критериев эффективности в зависимости от задач, стоящих перед экспертом.

Задачи исследования. Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи исследования:

- выявление проблематики, связанной с методикой анализа использования природных, вторичных и техногенных ресурсов металлов;

- разработка и исследование модели рециклинга железа в техносфере на основе подходов, используемых в системном анализе;

- описание подхода и разработка диалогового алгоритма для решения задачи многокритериальной оптимизации технологического процесса рециклинга;

- создание диалоговой системы компьютерного моделирования и многокритериальной оптимизации технологического процесса рециклинга железа;

- проведение вычислительных экспериментов, получение новых научных и технических результатов для регулирования процесса рециклинга.

Методы исследования. В работе использован метод имитационного моделирования для построения модели рециклинга железа. Исследования выполнены на основе методов системного анализа и принятия решений в условиях многокритериальное™. При создании программного комплекса использовались методы объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна.

- разработана имитационная модель рециклинга железа в техносфере, обладающая комплексностью и универсальность, что позволяет проводить расчет практически для любых экономических и географических условий (для областей, регионов, страны, группы стран);

- сформулирована и решена задача настройки параметров рециклинга в виде многокритериальной задачи, на основе которой разработан алгоритм и спроектирована структура программного комплекса оптимизации;

- программная реализация системы оптимизации выполнена в виде гибкой диалоговой системы, позволяющей использовать се ЛПР разной квалификации;

- решена задача оптимизации параметров рециклинга, что позволит обеспечить необходимый уровень потребления металлопродукции на душу населения при соблюдении качественных характеристик железа.

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанная имитационная модель рециклинга используется при преподавании мультимедийного учебного курса «Рециклинг» студентам «Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» (УрФУ). Диалоговая система моделирования и оптимизации успешно используется предприятиями, входящими в состав Комиссии по металлургическому и горному комплексу Российского Союза Промышленников и Предпринимателей, а также

ЗАО «Экологическим институтом» Международной академии наук экологии, для анализа тенденций развития рынка вторичных ресурсов черных металлов и решения задачи долговременного прогноза образования и потребления вторичных ресурсов железа в металлургических регионах и в стране в целом.

Достоверность. Для' оценки корректности разработанной модели рециклинга вторичных ресурсов железа были выполнены расчеты параметров движения железа в экономике Японии в период 1958 - 2008 годов. Выбор объекта исследований обусловлен наличием необходимой официальной информации об объемах производства и потребления стальной продукции в этой стране, а также тем обстоятельством, что именно для условий Японии была построена методика оценки вторичных ресурсов черной металлургии аналогичная разработанной. Применение имитационной модели рециклинга к условиям черной металлургии Японии позволило проследить изменение состава металлофонда страны и структуры образующегося амортизационного лома за период 1958 - 2008 гг. Япония относится к странам, которые уже прошли максимум в развитии производственных мощностей черной металлургии ориентированных на использование природных ресурсов. Накопленный металлофонд железа позволяет этой стране перейти на модель черной металлургии, ориентированную на вторичные ресурсы железа (даже при сохранении высокого уровня экспорта металлопродукции и металлолома). Результаты исследований очень хорошо корреспондируются с данными официальной статистики и оценками специалистов.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- Школе - конференции: «Новые тенденции рационального использования вторичных ресурсов и проблемы экологии», «Металл-Экспо», Москва, 2009 год;

Международной конференции с элементами научной школы для молодежи: «Проблемы экологии и рационального природопользования стран АТЭС и пути их решения», «Металл-Экспо», Москва, 8-13 ноября 2010 год;

- Конференции «Ломоносовские чтения», МГУ, декабрь 2010 год;

- семинарах на кафедре автоматизированных систем управления ФГОУ ВПН «Национального исследовательского технологического университета МИСиС».

Модель зарегистрирована в качестве НОУ-ХАУ МИСиС №3-202-2009 ОИС от 10 февраля 2009 года. Наименование ноу-хау: Методология анализа техногенного элементопотока металлов.

Модель стала лауреатом конкурса на 12-ом Всероссийском форуме «Образовательная среда-2010»

ВЫВОДЫ К РАБОТЕ

В диссертации предложены, успешно апробированы методика, математическое и программное обеспечение системы моделирования и многокритериальной оптимизации процесса глобального рециклинга. Система предназначена для решения задачи государственного управления движением вторичных ресурсов металлов и последующей оптимизации рециклинга, что позволяет улучшить экологическую нагрузку на окружающую среду, не ухудшая качества получаемой продукции. Получены следующие основные научные и практические результаты.

1. Реализован подход к описанию жизненного цикла железной металлопродукции:

- стальные изделия, поступающие в сферу потребления, подразделяются на группы в зависимости от длительности периода эксплуатации (как правило - три группы, соответствующие кратко-, средне- и долгосрочному временному интервалу);

- поток железосодержащих материалов характеризуется коэффициентами и функциями, описывающими распространение железа в природной среде, накопление в техногенных месторождениях, фондах и других элементах техносферы;

- оборотный лом предприятий и отходы металлообработки рассматриваются как вторичные материалы, образующиеся в один год с производством металлопродукции, амортизационный лом образуется спустя несколько лет или несколько десятков лет после производства и использования металлопродукции в готовых изделиях;

- количество амортизационного лома, которое образуется в экономике в некотором году, рассчитывается на основе данных производства за предшествующие годы и показателей эксплуатационной долговечности изделий.

2. Задача настройки параметров рециклинга сформулирована как задача многокритериальной оптимизации и принятия решения. Предложен'подход, позволяющий преодолеть многокритериальность задачи путем использования информации о предпочтениях эксперта. Реализована оптимизационная задача определения альтернативы, при которой:

- достигается определенный уровень потребления железной продукции по конкретным сферам потребления;

- достигается приемлемый для эксперта уровень минимальных затрат природных ресурсов и выбросов в окружающую среду при максимальной доле использования вторичных ресурсов железа и не превышающим нормы накоплением примесных микроэлементов.

3. Реализована расчетная задача государственного регулирования рециклингом, при которой, управляющим воздействием на систему рециклинга являются государственные законы, акты и нормативы, способные регулировать:

- распределение металлолома по маршрутам производства;

- длительность пребывания металлопродукции в различных сегментах сферы потребления;

- распределение металлопродукции между различными сегментами сферы потребления;

- уровень сбора металлолома;

- наличие экспорта или импорта металлопродукции;

- использование ресурсов депонирования.

4. Созданы диалоговые алгоритмы для решения задачи моделирования и последующей многокритериальной оптимизации процесса рециклинга.

5. Сформулированы требования к диалоговой системе, разработана ее структура и реализован программный комплекс, способный:

- моделировать процесс рециклинга в режиме диалога с пользователем;

- производить оптимизацию параметров рециклинга в режиме диалога с пользователем.

6. Система успешно апробирована для управления движением железа при производстве и потреблении продукции черной металлургии в условиях Японии. Использование системы позволило существенно снизить использование природных ресурсов и выбросов в окружающую среду.

1. Brundtland G. Н. Our common future // G. H Brundtland. UN report. 1987.

2. Реймерс Н.Ф. Экология. Теории, законы, правила, принципы и гипотезы/ Н.Ф. Реймерс.- М.: Россия молодая, 1994. -361 с.

3. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология / Т.А. Акимова, В.В.Хаскин. М.: ЮНИТИ, 1998.- 455 с.

4. В.А. Алексеенко. Экологическая геохимия: Учебник / Алексеенко В.А. М.: Логос, 2000. - 627 с.

5. Чижикова В.М. Основы экологии: Курс лекций / В.М. Чижикова М.: МИСиС, 1998. -102 с.

6. Карабасов Ю.С., Чижикова В.М., Плущевский М.Б. Экология и управление. Термины и определения / Ю.С. Карабасов и др. М.: МИСиС, 2001. - 255 с.

7. Карабасов Ю.С., Чижикова В.М. Экология и управление: Учебник. / Ю.СКарабасов, В.М. Чижикова М.: МИСиС, 2006. - 708 с.

8. Юсфин Ю.С., Леонтьев Л.И., Черноусов П.И. Промышленность и окружающая среда/ Ю.С. Юсфин. и др М.: ИКЦ Академкнига, 2002. - 469 с.

9. Небел Б. Наука об окружающей среде./Б.Небел М.: Мир, 1994. - Т.1. - 424 с.

10. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания Книга 2./П. Ревель., Ч. Ревель. М. Мир, 1995.-270 с.

11. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды / под ред. А.Ф. Порядина, А.Д. Хованского. М.: Прибой, 1996. - 350 с.

12. Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С. Экологический вызов и устойчивое развитие/ В.И. Дани лов-Данильян. М.: Прогресс - Традиция, - 2000. - 416 с.

13. Agenda 21: Konferenz der Vereinten Nationen Für Umwelt und Entwicklung im Juni 1992 in Rio de Janeiro, Hrsg.:. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Bonn, 1997.

14. Оценка и пути достижения экологической чистоты металлургического производства / М.Н. Игнатьева и др.; под ред. Ю.Г. Ярошенко. Екатеринбург; УГТУ - УПИ, 2008. -391 с.

15. Об охране окружающей среды: закон Российской Федерации от 10.01.2002 № 7-ФЗ (ред. от 22.08.2004)

16. Marshall Report. The Climate Change Levy // Steel Times. 2000, Vol. 1, P. 24.

17. Филипп Ю.А. Современное состояние и развитие охраны окружающей среды в черной металлургии / Ю.А. Филипп // Черные металлы, 2000, № 9, - С. 26-35.

18. Richtlinie 96/61/EG: Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung. ABl, L257/26. 24. September 1996.

19. The Environmental Protection Act. 1999. // The IPPC Directive, P. 30

20. Philipp, J. A.; Schulz, V.: Integrierter Umweltschutz in der Eisen- und Stahlindustrie, Fachtagung des Abfallentsorgungs- und Altlastensanie-rungsverbandes NRW, 9. Juli 1999

21. Advanced Solution for waste-free iron and steel plants / Fleischandel A., Gebert W. // La Revue de Metallurge CIT, 1999 - №, 10. - P. 1218.

22. Баттерман X., Хиллебранд Б. Первый опыт работы по принципам устойчивого развития. / X. Баттерман , Б. Хиллебранд // Черные металлы, июль-август 2001, С. 9092.

23. Филипп Ю. А., Штилль Г., Фолькхаузен В. Экологические преимущества рециклинга металлопродукции,/ Ю. А., Филипп, Г. Штилль, В. Фолькхаузен // Черные металлы, Декабрь 2003, С. 63-66.

24. Л. Михок, Г. Лесински Охрана окружающей среды на заводах с полным металлургическим циклом. АО «Черметинформация», 2003, № перевода 23144.

25. ГОСТ 30166-95. Ресурсосбережение. Основные положения. Введ. 01.01.2002. -М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2001

26. ГОСТ 30167-95. Ресурсосбережение. Порядок установления показателей ресурсосбережения в документации на продукцию. — Введ. 01.01.2002. М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2001

27. ГОСТ Р 51387-99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения. — Введ. 01.07.2000. — М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2004

28. ГОСТ Р 51379-99. Энергосбережение. Энергетический паспорт промышленного потребителя топливно-энергетических ресурсов. Основные положения. Типовые формы. Введ. 01.09.2000. -М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2004

29. ГОСТ 30772-2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Термины и определения. Введ. 01.07.2002 -М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2002

30. ГОСТ Р 51769-2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Документирование и регулирование деятельности по обращению с отходами производства и потребления. Основные положения. Введ. 01.01.2002 - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2001

31. ГОСТ 30773-2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Этапы технологического цикла. Основные положения. Введ. 01.07.2002 - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2002

32. Дубовик O.JL Экологическое право: учебник для вузов./O.JI. Дубовик 2-е изд. М.: Проспект, 2007. - 688 с.

33. Херлиц X. Европейские разработки в области окружающей среды / X. Херлиц// Черные металлы, 2000, № 9, - С. 36-41

34. Айкман Т, Херр К., Айкман С. Защита человека оценка вредных веществ / Т.Айкман, К. Херр, С. Айкман// Черные металлы, 2000, - № 12, - С. 62-66.

35. Richtlinie 96/62/EG des Rates vom 27. Sept. 1996 über die Kontrolle und Verbesserung der Luftqualitat.

36. Richtlinie 1999/63/EG des Europaschen Parlaments und des Rates vom 22. April 1999 über Grenzwerte für Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid und Stickstoffoxide, Partikel und Blei in der Luft.

37. Рябова T.B. Современный уровень технического состояния анализа окружающей среды в черной металлургии Японии / Т.В. Рябова II Новости черной металлургии за рубежом. 2001, № 4, С. 100-105.

38. Штиль Г., Людвиг М., Фолькхаузен В. Новые требования к поддержанию чистоты воздушного бассейна и их влияние на практику выдачи разрешений / Г. Штиль, М. Людвиг, В. Фолькхаузен // Черные металлы, 2002, № 12, С. 58-63.

39. Philipp, J. A.: A case study integrated monitoring and control. Ecosteel - Steel for sustainable development. 16.-17. June, 1997. Stockholm.

40. Экология, охрана природы и экологическая безопасность: Учебное пособие для системы повышения квалификации и переподготовки государственных служащих/под общ. ред. Данилова Данильяна И.В. -.М.: МНЭПУ, 1997. - 744.

41. Макаров С.В., Шагалова Л.Б. Экологическое аудирование промышленных производств/С.В. Макаров, Л.Б. Шагалова М.: НУМЦ Госкомэкологии России, 1997. -144 с.

42. Матросов A.C. Управление отходами / А.С Матросов. М.: Гардарики, 1999. - 480 с.

43. Петелин А.Л., Черноусов П.И., Юсфин Ю.С. Утилизация отходов термическими методами. // Инженерная защита окружающей среды / под общ. ред. Бирмана Ю.А., Вурдовой Н.Г. М.: АСВ, 2002. - 296 с. с ил.

44. Гарин В.М., Кленова И.А., Колесников В.И. Экология для технических вузов/ В.М. Гарин и др., под ред. В.И. Колесникова. Ростов-на-Дону: Феникс, 2001. 384 с.

45. Федоров Л.Г. Управление отходами в крупных городах и агломерационных системах поселений. М.: 1999.

46. Металлургические методы переработки промышленных и бытовых отходов: Образование и проблемы переработки твердых бытовых отходов (ТБО): Курс лекций // О.В. Голубев, П.И.Черноусов, А.Я. Травянов. М.: МИСиС, 2005.

47. Металлургические методы переработки промышленных и бытовых отходов: Особые виды твердых бытовых отходов (ТБО): Курс лекций // Голубев О.В., Черноусов П.И. — М.: МИСиС, 2005.

48. Эверс Р., Шолль В., Виллике Р. Рынок лома и снабжение ломом черной металлургии Германии/ Р. Эверс, В. Шолль., Р. Виллике. // Черные металлы, 2003. № 9. С. 49 - 53.

49. Herlitz Н. Environmental challenges the impact of current and future legislation /Herlitz H. // Ironmaking and Steelmaking. - 2001. Vol. 28. № 2. P. 79-83.

50. Херлитц X. Ужесточение законодательства, связанного с защитой окружающей среды/ X. Херлитц // Новости черной металлургии за рубежом,- 2002, № 1, С. 107.

51. Global environmental protection and the steel industry in Europe // Bull./ ISI. -1999. 4. № 12. P. 837-842.

52. Бухвальдер Й, Гроспич K.-X., Хартиг В., Янц Й., Люнген Х.Б., Шмеле П. Требования к остаточным материалам для вдувания в доменные печи/ Й. Бухвальдер и др. //Черные металлы, -2003, № 6, С. 25-34

53. Амелинг Д. Рециклинг стали промышленное использование ресурсов и охрана окружающей среды /Д. Амелинг // Черные металлы, - 2000, № 12, С. 58-62.

54. Юсфин Ю.С., Карабасов Ю.С., Карпов Ю.А. и др. Ресурсосбережение и экология в металлургии. Научные школы МИСиС 75 лет. М.: МИСиС. - 1997. - С. 272-283'.56