автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Синтез оптимальных технологических схем производства химических реактивов и веществ особой чистоты с применением экспертной системы

ОД

г.^-, ч*. На правах рукописи

« И I V .' О

КОЗЛОВА МАРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРОИЗВОДСТВА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКТИВОВ И ВЕЩЕСТВ ОСОБОЙ ЧИСТОТЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ

05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (химия)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1996

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете имени Д.И. Менделеева на кафедре кибернетики химико-технологических процессов.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Макаров В. В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Бессарабов A.M., кандидат технических наук Кусков Е.К.

Ведущая организация -

Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ).

Защита диссертации состоится ^^ 1996 г. в

/О .£¿2 часов на заседании диссертационного совета Д 053.34.08 в РХТУ им. Д.И. Менделеева (125 047, Москва А-47, Миусская пл., 9) в ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Автореферат разослан

1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Бобров Д.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Состояние производства химических реактивов и особо чистых веществ (ХР и ОСЧ), мировой ассортимент которых (включая биопрепараты) насчитывает около 60 тыс. наименований и характеризуется значительной мобильностью, определяет уровень научно-технической прогресса. Однако потребность в этих продуктах удовлетворяется не- полностью, в связи с чем очевидна необходимость разработки и ввода в эксплуатацию оптимальных многоассортиментных химико-технологических систем (ХТС), способных к быстрой адаптации в изменяющихся условиях.

Большое разнообразие классов выпускаемой продукции определяет обширную область потенциально возможных типов ХТС, способов их математического описания, методов и алгоритмов расчета, что приводит, с одной стороны, к многовариантности задачи их оптимизации, а с другой - к возможности потери оптимального решения при использовании традиционных методов и алгоритмов.

Сократить множество моделей, алгоритмов синтеза и анализа многоассортиментных ХТС, значительно повысить эффективность.размещения новых производств и оптимизации технологических схем позволяет использование теории искусственного интеллекта и методологии интегрированных экспертных систем.

В связи с этим разработка новых методов синтеза оптимальных многоассортиментных ХТС производства ХР и ОСЧ с применением экспертных систем (ЭС) представляет собой актуальную научную и хозяйственно-экономическую задачу, решению которой посвящена настоящая диссертационная работа. Основные разделы диссертации выполнялись по Государственной программе "Разработка экспертной системы для оптимальной реконструкции действующих и синтеза новых производств химических реактивов и особо чистых веществ".

- метод оптимальной организации многоассортиментных ХТС с использованием теории ЭС;

- программное обеспечение интегрированной ЭС синтеза оптимальных ХТС производства ХР и ОСЧ;

- эффективные алгоритмы.синтеза многоассортиментных ХТС, содержащих оборудование периодического и полунепрерывного действия.

Методы исследования. В работе использованы: аппарат теории искусственного интеллекта, методология и математический аппарат системного анализа, методы интервальной математики, частично-дискретного и нечеткого математического программирования. Программное обеспечение реализовано на персональной ЭВМ типа PC/AT (операционная система MS-DOS, языки программирования - FORTRAN-77, CLIPPER(версия 5.1)).

рты разработать:

- 2 -

Научная новизна. Разработаны:

- новая методика синтеза малотоннажных многоассортиментных ХТС основанная на теории искуственного интеллекта и ЭС, которая позволяет существенно сократить область поиска оптимальных решений;

- архитектура интегрированной ЭС для выбора типа, оптимизации структуры и оборудования ХТС производства многоассортиментной продукции;

- структурно-функциональные модели многопродуктовых ХТС. которые учитывают интерактивные режимы работы технологического оборудования при детерминированной продолжительности технологических циклов аппаратов; при интервальных значениях параметров технологического процесса: при случайном поступлении сырья и случайной продолжительности технологических циклов аппаратов; при нечетких значениях критерия и ограничений;

- алгоритм подбора типов оборудования функционирующих ХТС для выпуска новых продуктов;

- декомпозиционно-эвристический алгоритм синтеза оптимальных ХТС;

- алгоритм оптимизации многоассортиментных ХТС при случайных потоках заказов и продолжительности циклов работы аппаратов.

Практическая ценность. Разработано методическое и программное обеспечение реализующее предложенные алгоритмы, которое применено для решения задач оптимизации многоассортиментных ХТС производства: выпускных форм дисперсных красителей для сублимационной термопереводной печати; кремнезоля марок К-1 "хч". ЛМ-1 "хч"; диоксида кремния "осч" с различными легирующими добавками: солей реактивной квалификации заказного ассортимента. Программное обеспечение синтеза оптимальных ХТС передано в ГИПРОНИИМеДпром и НПО ИРЕА. Факты передачи подтверждены актами.

Апробация, работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Vl-ой Московской конференции молодых ученых и студентов по химии и химической технологии "MKXT-IV" (г.Москва, 1992г.), VII1-ой Всероссийской конференции "Математические методы в химии - ММХ-8" (г.Тула, 1993г.). VII. VIII, IX Международных конференциях молодых ученых по химии и химической технологии "MKXT-VII". "MKXT-VIII\ "MKXT-IV" (г.Москва. 1993.1994.1995 гг.) и IV-ой Международной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов (KXTH-IV-94)" (г.Москва, 1994г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести

глав и заключения. Текст диссертации изложен на страницах маши-

нописного текста, содержит 3 7 рисунков и •/£ таблиц, а также список использованной литературы из /Л<? наименований. S приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определены актуальность, научная новизна и практическое значение работы, приведена структура диссертационной работы.

В главе 1 описаны структура и динамика ассортимента ХР и ОСЧ, состояние их производства, существующие подходы к проектированию и организации многоассортиментных ХТС.

Состояние производства ХР И ОСЧ. структура их ассортимента в значительной степени определяют прогресс ведущих отраслей народного хозяйства и качество научных исследований, в связи с чем ставится задача разработки высокоэффективных, малоотходных, ресурсосберегающих технологий химических реактивов перспективного ассортимента, веществ и материалов особой чистоты с заданными свойствами, организации технологических подсистем соответствующих производств в виде гибких автоматизированных систем на основе использования полифункционального, блоч-но-модулыюго оборудования.

Мировой ассортимент химических реактивов и биопрепаратов насчитывает около 60 ООО наименований, для него характерна высокая мобильность при устойчивой тенденции к его расширению, непродолжительный жизненный цикл при значительных затратах на научно-исследовательские и конструкторские разработки.

В производствах ХР и ОСЧ применяются практически все известные процессы химического синтеза, а для веществ особой чистоты - глубокой очистки. В настоящее время производства ХР и ОСЧ ориентированы на продукцию, в основном, фиксированного ассортимента, организовано в виде индивидуальных ХТС, а многие продукты вообще не производятся в промышленном масштабе. Отсюда следует, что промышленное освоение вновь разработанных продуктов в существующей ситуации затруднительно и требует значительных затрат времени и материальных ресурсов.

Из-за обширного непостоянного ассортимента и небольшого объема Енпуска ХР и ОСЧ проектирование индивидуальных ХТС неэффективно экономически. Поэтому для решения задачи промышленного выпуска новых малотоннажных продуктов, к которым относятся химические реактивы, нами разработана новая методика, которая состоит из этапов подбора оборудования действующих производств для выпуска новых продуктов, реконструкции действующего производства и только при невозможности реализации первых двух этапов - проектирование нового производства, основной one-

- 4 -

рацией которого является синтез оптимальных ХТС.

Таким образом, для разработки современных высокоэффективных производств ХР и ОСЧ необходим комплексный подход к организации, сочетающий решение указанной многоэтапной задачи с методами создания полифункциональных ХТС различного уровня сложности, функционирующих в периодическом режиме при наличии неполной или нечеткой информации.

Для решения поставленной в диссертации задачи был выполнен анализ структуры ассортимента, типов ХТС периодического действия, результаты которого состоят в следующем.

Исходя из возможности создания полифункциональных ХТС продукцию подотрасли . целесообразно декомпозировать на следующие агрегированные классы: - химические реактивы основного ассортимента; химические реактивы заказного ассортимента; вещества особой чистоты, внутри которых в дальнейшем выполнить классификацию по совокупности информативных признаков: классы химико-технологических процессов, объем выпуска, аппаратурная аналогия, глубина очистки и т.п.

В производствах подотрасли возможно использовать ХТС различных классов: индивидуальные: совмещенные с фиксированной аппаратурной структурой; с непосредственным взаимодействием технологических аппаратов; содержащие промежуточные демпфирующие емкости; с различным режимом работы аппаратов: с различной степенью полноты информации.

В результате системного анализа производств ХР и ОСЧ при их проектировании и реконструкции, нами сделан вывод, что большое разнообразие классов выпускаемой продукции определяет обширную область потенциально возможных ХТС, способов их математического описания. Это, с одной стороны увеличивает размерность задачи синтеза оптимальных ХТС, а с другой, - возможность потери оптимального решения.

Сократить область пространства альтернативных вариантов ХТС, моделей и алгоритмов позволяет применение идеологии искусственного интеллекта и экспертных систем. В диссертации поставлена задача разработать метод, математическое и программное обеспечение синтеза оптимальных многоассортиментных ХТС, основанные на теории искусственного интеллекта и экспертных систем.

В главе 2 описана разработанная в диссертации методика синтеза оптимальных ХТС производства ХР и ОСЧ, основанная на концепциях искусственного интеллекта, в частности - экспертных систем, что позволило преодолеть упомянутые выше трудности.

Разработанная методика синтеза оптимальных ХТС производства ХР и ОСЧ состоит из следующих этапов:

- морфологического анализа классов продукции, типов ХТС и алго-

ритмов оптимизации ХТС;

- выбора с помощью ЭС типов ХТС соответствующей структуры и технологического оборудования:

- оптимизация структуры и аппаратурного состава ХТС.

Такая методика дает возможность исключить недопустимые и бесперспективные варианты структуры и аппаратурного оформления ХТС при недостатке или слабой формализуемости исходной информации.

Для реализации предложенной методики нами разработана интегрированная ЭС, содержащая:

- подсистему морфологического анализа классов продукции, типов ХТС и их структурно-функциональных моделей;

- информационно-логическую подсистему, моделирующую деятельность организаторов производства и проектировщиков;

- расчетную подсистему, реализующую алгоритмы структурного и параметрического синтеза ХТС периодического действия с различными видами неопределенности информации.

Структурно-функциональная схема разработанной нами интегрированной ЭС приведена на рис.1. ЭС имеет дружественный интерфейс, большая часть диалога с пользователем происходит в режиме МЕНЮ, что значительно облегчает работу пользователя.

Основу базы знаний составляют продукционные правила типа "ЕСЛИ -ТО". Продукционные правила описывают связи между: классами продукции, типами ХТС и алгоритмами синтеза оптимальных ХТС, химико-технологическими процессами и оборудованием.

Базы данных интегрированной ЭС содержат числовую и символьную информацию об ассортименте, технологическом оборудовании, типах ХТС. алгоритмах синтеза оптимальных ХТС.

Программные модули системы написаны на языках CLIPPER (версия 5.1) и F0RTRAN-77 операционная сиптрма HS-DOS. Система реализована на персональных ЭВМ, совместимых с IPM PC, требуемый объем оперативной памяти составляет не менее 500 Кбайт.

В главе 3 описана разработэшга процедура морфологического анализа классов продукции, ХТС и структурно-функциональных моделей ХТС.

Сформировано полное морфологическое пространство признаков и их значений для выделенных объектов, фрагменты морфологических таблиц для исследуемых объектов приведены в таблицах 1-3, на основании которых выделены все потенциально возможные варианты классов продукции. ХТС и моделей.

Для выявления множества запрещенных вариантов классов продукции. ХТС, моделей использовались матрицы бинарных отношения. Морфологичес-

Б 3 ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

БАЗА ЗНАНИЙ

Б 3 ВЫБОРА МОДЕЛЕЙ

Б 3

ВЫБОРА

СХЕМНЫХ

РЕШЕНИЙ

Б 3

ВЫБОРА АЛГОРИТМОВ СИНТЕЗА

БЛОК СИНТЕЗА X Т С

Б Л О К ПРОВЕРКИ НА СОВМЕСТИМОСТЬ ПО ПРИМЕСЯМ

БЛОК МОРФОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

БЛОК УПРАВЛЕНИЯ Э С

БЛОК ВЫБОРА СТРУКТУРНОГО ТИПА X Т С

БЛОК ОРГАНИЗАЦИИ НЕЧЕТКОГО ВЫБОРА

Б Д

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

БАЗЫ

ДАННЫХ

Б Д ПО

АЛГОРИТМАМ СИНТЕЗА

Б Д

ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ТЕКУЩАЯ Б Д ПО

ПРОДУКТАМ

Рис. 1. Структурно-функциональная схема интегрированной экспертной системы синтеза оптимальных многоассортиментных химико-технологических систем производства ХР и ОСЧ.

Таблица 1.

Морфологические признаки формирования классов продукции

ПРИЗНАК ЗНАЧЕНИЯ ПРИЗНАКА

Объем выпуска Малотоннажный а < а* Крупнотоннажный а > а*

Класс чистоты Особой чистоты Чистый Чистый для анализа Химически чистый

Серийность Серийный п»1 Заказной !М

Метод химического синтеза продуктов Синтез в системе "твердое -твердое" Синтез в системах "газ - жидкость" "тпердое-жплкость" "жидкость-жидкость" Плазмохи- мический синтез Отсутствует стадия синтеза

Таблица 2.

Морфологические признаки формирования типов ХТС

ПРИЗНАК ЗНАЧЕНИЯ ПРИЗНАКА

Режим работы технологического оборудования Непрерывный Периодический Комбинированный

Тип структуры Гибкая Совмещенная Индивидуальная

Способ связи аппаратов Непосредственно Через накопители

Аппаратурное оформление Стандартное оборудование Блочно-модульное оборудование Специальное оборудование

Таблица 3.

Морфологические признаки составления вида математических моделей ХТС

ПРИЗНАК ЗНАЧЕНИЯ ПРИЗНАКА

Тип переменных Непрерывные Дискретные Целочисленные Смешанные

Вид неопределенности информации Детерминиро -ванная Интервальная Вероятностная (в виде закона распределения) Нечеткая (е виде функции принадлежности)

Математические модели технологического оборудования На основе Фундаментальных законов Регрессионные Информационно-логические

кий вариант х допустим тогда и только тогда, когда все входящие в него элементы попарно совместимы. Задано морфологическое пространство Л (Ь - размерность пространства признаков, X!- значение признака):

Ь

Л - П 6(1) - {(X,. Х2.....X,.)} , X! £ Л, - (1.....к,} ( 1)

1-1

Каждой паре координат 1 и к вектора х е Л ставится в соответствие индикатор совместимости (Ь(Х|, Хк)) элементов X! и Хк :

( 1. если X. и Хк совместимы: Ь (X,. Хк) » ( (2)

V 0 в противном случае

Для варианта х, все элементы которого попарно совместимы:

N (х) • П Ь (X,, Хк) - 1 ( 3)

к. 1>к

И, значит, что число II всех допустимых вариантов:

N - I N (х) (4)

X £ Л

Применение процедуры морфологического анализа позволило сформировать поисковое пространство классов продукции, типов ХТС и структурно-функциональных моделей, а также исключить для выделенных объектов варианты с недопустимыми сочетаниями значений признаков.

В главе 4 описана информационно-логическая подсистема интегрированной ЭС.

Первоначально по системе аксиом, имеющей вид логики высказывания, на основании информационных признаков классов продукции выбираются типы технологических систем адекватной структуры. Далее, по аналогичной системе аксиом с использованием экспертных оценок формируется набор оборудования, который затем уточняется методом парных сравнений и ранжируется. Математическая формулировка задачи имеет вид:

( А - Х„„ • I) * » - О __(5)

( вл - Хл твх * I) « Д3 - О J-1.i1 ( 6)

I л 1п X Р I » 1р ж 1 " I б I. ж 1 (7)

х - шах I б |„ х , (8)

где: А - матрица относительных весов признаков; I- единичная матрица; Х„ах - максимальное собственное число матрицы А (Х„ах>п); о> -собственный вектор матрицы А. соответствующий Хп»х; В^ - матрица относительных весов аппаратов по каждому из признаков и-ТГп - число признаков); пах - максимальное собственное число матрицы Вл: Дj-максимальный собственный вектор матрицы Вл. соответствующий XJ шах: р -

число анализируемых вариантов.

Значительное отличие от п свидетельствует о некоторой внутренней несогласованности экспертных оценок для элементов матрицы А и о необходимости их уточнения. Аналогично оцениваются элементы матрицы Bj.

Далее формируется матрица "продукт-аппарат" проводится ее анализ. результатом которого является набор предпочтительных структур ХТС, оцениваемый по аналогичной методике. После выбора наиболее предпочтительной структуры ХТС составляются структурно-функциональные модели и осуществляется выбор алгоритмов расчета ХТС.

В главе 5 описаны разработанные структурно-функциональные модели ХТС. алгоритмы размещения новых продуктов на действующих производствах и алгоритмы синтеза оптимальных ХТС периодического действия для следующих случаев: при детерминированном задании исходных параметров; при интервальных значениях параметров: при случайном процессе поступления сырья и случайной продолжительности технологических циклов аппаратов; при нечетких значениях критерия и ограничений.

Размещение новых продуктов на технологическом оборудовании действующих производств состоит из следующих последовательных этапов:

- этап поиска допустимых вариантов аппаратурного оформления ХТС, который использует модифицированные методы теории покрытий графов. Предложенная в работе модификация методов теории покрытия графов состоит в нечетком выборе адекватной технологической аппаратуры для химико-технологических процессов получения размещаемых продуктов (формулировка приведена в Формулах 5-8);

- этап определения резерва мощности производства, т. е. расчета резерва времени для найденных ХТС;

- этап оптимизации варианта размещения химико-технологических процессов на выделенных ХТС. Формулируемый следующим образом:

II

min I С,„ (U,) х,„ ( 9)

h-1

( 1, если 1 размещается на h, *!!.-{„ ПО)

О для остальных схем

Н _ _

I х.ь - 1 . l-i.i : h-l.H (11)

h-i

Ii.

X - tL1 < T'h (12)

1=1 q,

о < а, < а,3 (13)

где 0,1,(0,) - критерий оптимальности: I - число размещаемых продуктов: Н - число схем. на которых размещается ассортимент: 1ь - число продуктов. размещаемых на схеме П; Л, - схемы, на которых размещается 1-ый продукт: Т"„ - резерв времени 11-ой схемы: 013 - заданная производительность по продукту 1.

Рассмотрим предложенные нами математические постановки и алгоритмы решения различных задач синтеза оптимальных многоассортиментных ХТС.

тимальных ХТС формулируется следующим образом. Критерий оптимальности имеет вид:

J си).....в',»

гп1п ЩЛ.У.Ш

( н» а

1К к *3к

+ а'лс ип ) + С,

(14)

.1-1 к-1

Математическая постановка задачи синтеза оптимальных ХТС должна дополнительно включать условия обеспечения требуемой производительности в течение фонда рабочего времени, выбора размеров аппаратов и объемов промежуточных емкостей:

где

п 0|

1-1 41

.1К

<р\

п

10* м

Ф 1}к

< Т

Ф™1 и*

Зк

Пк

ш* ш

Ф и*

шах

(Т1 Лс 3*1 > ^

Нль ' н,., , I

к-ПсТЗ) 1-ТГп

д-ог...

к-1. с (^)

1-Цп к-си)

(15)

(16)

(17)

(18)

лс - Лз» + аик * 41 Ик 1-1.п: J-l.ni: к-1.си)

(19)

'и* " Мик / Рик ; «Пк " М13к / Рик : '°зк " Мик / Р°3к (20-22)

1. и,п т ..а<1<1 ^ 1,®"

"Ик " Мин + I МиК1 - Мик + I МиК1 1*1 1-1

(

( и ,1К(Ь);и(и- Функции, удовлетворяющие условию \

| Дт Дирихле )

V и(0 Е Б II и* II < II и ,,»11 (24)

Дт

|| и II - пих II иЦ) II (25) Дт Ь

О < Дт < » и(Ц > 0 ; Ь > Ь,,

(26)

ъ > ) и"и„ - шах | шах и*пк(1) )

Система ограничения содержит условия целочисленности количества аппаратов и промежуточных емкостей на стадии, дискретности их размеров в параметрическом ряду:

- 1 \/ 2 \/ ... V Ш1Х V,» - V,,, V V,,« \/ ... \/ ' (28)

и1к - Илк. V «Л,г V ... V

В Формулах (14) — (28) приняты следующие обозначения: <1, - производительность системы по продукту 1 (1=1.п. где п - число продуктов ассортимента, для которых синтезируется ХТС); ч, - массовый расход порции продукта 1; Т - годовой Фонд времени работы системы; Уп- определяющий размер аппарата периодического действия; объем вспомогательной емкости, устанавливаемой после стадии к в подсистеме ,); Б -число стандартных аппаратов в параметрическом ряду; к- число параллельных аппаратов на стадии; „ - максимальное число параллельных аппаратов на стадии; )к-объем реакционной массы, перерабатываемой в аппарате Зк при производстве продукта 1; тик-продолжительность технологического цикла аппарата к полсистемы 3 при производстве продукта 1; ч°ик " суммарная продолжительность технологических операций в аппарате ¿к при производстве продукта 1 не зависящих от объема массы, находящейся в аппарате; аик. Ь, . а,. а'3. - эмпирические коэффициенты; Ь. Ь'- соответственно числа потоков, подаваемых в аппарат к из внешней среды и отводимых из него во внешнюю среду; рик - средняя плотность реакционной массы в аппарате; ф"ик . Ч^цк- Ф'"пк> Ф'пик - соответственно, верхняя и нижняя границы коэффициента заполнения объема аппарата и промежуточных емкостей; М1Я<, М1пик, М1а|11т. М'"11П, МоГгик1 " соответственно масса, находящаяся в аппарате к З-ой подсистемы; массовый расход технологического потока, поступающий

в него с предыдущей стадии: потока, вводимого в аппарат к 3 -ой стадии из внешней среды; потока, поступающего из аппарата на следующую стадию потока и потока, отводимого из аппарата к ¿-ой стадии во внешнюю сра-ДУ: Р!пик но" соответственно плотности технологических потоков, подаваемых в аппарат с предыдущей стадии и из внешней среды: 01пиК-воа1и„ - объемы реакционной массы, поступающей в аппарат к ¿-ой подсистемы с предыдущей стадии ХТС и из внешней среды.

ется следующим образом.

Критерий оптимальности имеет вид (14)

при

п [0,1 [тц]

1-1 [Ч1]

t [Т1

... . ^ ,„„, ... . 1*и»)--п—;— (30) : 1ипк) -

1411-—-т:—г^ <32); 1хж|.1 - и%п; т"1П1

шах

/ Т ПИ Т 1 1*1 1 \

V Н,« ' нЛМ , /

(т"нк тМ1 1*1 1 \

нэ* ' К,., , /

1-Щ

к-с^)

1=Гп ¿-ОТ к-си)

■V-1-1.п; V J-l.ni; ¥"к-1.си) { 1Г Ь. Д [V,,»! -> . о1п )

( и и,», п [и,,»] -> и„ . 01п ип, )

(29) (31)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

Обозначения приняты такими же, как и при формулировке детерминированной задачи; х-[Xе: хн] - интервал . в котором изменяется величина. К, и"ик- рассчитывается по формулам (18-27)

При случайных потоке заказов и продолжительности Функционирования ДС блок-схема алгоритма расчета заказной продукции в виде системы массового обслуживания приведена на рис.2.

При нечетких значениях критерия и ограничений математическая постановка задачи синтеза оптимальных ХТС периодического действия имеет следующий вид:

1 ВВОД ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

»

2 УСТАНОВКА НАЧАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ

ти- г

нет

да 12 обработка результатов моделирования

4 попек последней стадии В производстве 1-го продукта

5 РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ПОРЦИИ ПРОДУКТА ПОСЛЕДНЕЙ СТАДИЕЙ

6 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПГОПЕССА ПЕРЕХОДА ПОРЦИИ ОТ СТАЛИН К ЕМКОСТИ

ДА Г" ЯВЛЯЕТСЯ ЛП^ ^— Ь-ЛП СТАДИЯ ПЕРВОЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРО- ^— ДУКТА? ^•^НЕТ

8 ПОИСК СЛЕДУЮЩЕЙ СТАДИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ 1-ГО ПРОДУКТА

*

9 РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ОБСЛУЖИВАНИИ ПОГЦИИ ПРОДУКТА Л-ОИ СТАДИЕЙ

10

ПОСТУПЛЕНИЕ ЗАКАЗА НА ПРОИЗВОДСТВО 1-ГО ПРОДУКТА

11

ПЕРЕХОД К СЛЕДУЮЩЕМУ МОМЕНТУ ВРЕМЕНИ

1

Рис.2. Укрупненная блок-схема детерминированного алгоритма синтеза оптимальных многоассортиментных химико-технологических систем

Ш1п Е (X) (38)

X

при «р (X) < 0 (39)

где

X - { V. N. и. ть } (40)

Критерий имеет вид (9)

п 01 ь

(X) - X ——— - Т 1=1 (41)

1-1 41

»ПК (X) -

% (х) - —---- У,„ 1 - 2(П*М)+1 (42)

Гт

(X) -

% (X) ■ Чщ - --1-(п*М)+2; 2(П'М)+1 (43)

Н^ик

и» • _________

(X)- -—- - илк 1-2(п«М)+2,... 3(П*М) + 1 (44)

»и*

и'*,,к (X) --

% (X) - и„----1-3(П*М)+2... .4(п«М)+1 (45)

ш

М - I си) (46)

;Н

Обозначения приняты такими же, как и при формулировке детерминированной задачи; вик. иП1е - рассчитываются по формулам (18-27) Тогда" исходная задача может Сыть представлена в виде:

Mr (х)

Я* (х)

1*. если R(x) < R0

щ(х.а) . если R0 < R(x) < R„ + а (47)

0 , если R(x) > R„ + а

1 , если (х) <0

Як (х. Ь) . если 0 < %(х) < ЬК (48)

О . если (х) > bK

где й,, -некоторое желательное значение критерия оптимальности (например, затраты на организации I индивидуальных систем производства I продуктов): а. Ьц - допустимые интервалы изменения критерия и ограничений, рк (х). рц (х) - соответствующие функции принадлежности.

Нечетким решением задачи достижения нечеткого критерия называется пересечение нечетких множеств критерия и ограничений, т. е. Функция принадлежности решений щ,(х) имеет вид:

Мх) - min { /iR (х). м, (х)---- M4CI-HJ*! (х) ) (49)

Нечетким решением задачи достижения цели R при ограничениях ф называется максимальное по отношению вложенности нечеткое множество D, обладающее следующими свойствами:

1. Dei|i (допустимость решения)

2. ip(D)eR (достижение нечеткой цели), где i|>(D) - образ D при отображении f

Выбор из альтернатив состоит в выборе альтернативы . имеющей максимальную степень принадлежности нечеткому решению, т.е.

X - шах { Яо(х) ) (50)

Разработанные структурно-функциональные модели явились основой для построения декомпозиционно-эвристических алгоритмов синтеза ХТС периодического действия.

В главе 6 описано программное обеспечение и применение разработанной в диссертации интегрированной ЭС для синтеза оптимальных ХТС производства новых ХР и ОСЧ. с помощью ЭС синтезированы оптимальные варианты многопродуктовых экологически чистых ресурсосберегающих ХТС промышленного масштаба производств: кремнезоля реактивной квалификации с различными легирующими добавками: диоксида кремния особой чистоты: реактивов заказного ассортимента; выпускных форм дисперсных красителей для сублимационного крашения.

Организация процесса в виде многопродуктовых схем обеспечивает быструю адаптацию к изменяющемуся ассортименту продукции, позволяет сократить число единиц оборудования, их суммарный объем, что в итоге обеспечивает экономию приведенных затрат до 30-50%. Произведена декомпозиция выпускных форм дисперсных красителей, в результате которой получены две многопродуктовые и одна индивидуальная ХТС. По сравнению с индивидуальными такая организация производства обеспечивает экономический эффект 36 %.

Результаты синтеза оптимальных ХТС выданы в качестве рекомендаций для проектирования нового производства выпускных форм дисперсных красителей для Тамбовского ПО "Пигмрнт".

ВЫВОДЫ

1. Предложена новая методика организации многоассортиментных ХТС производства химических реактиЕов и особо чистых веществ, основанная на идеологии экспертных систем и позволяющая существенно сократить размерность пространства технологических систем и вычислительных алгоритмов.

2. Разработано программно-алгоритмическое обеспечение интегрированной экспертной системы для выбора типов, оптимизации структуры и оборудования многопродуктовых ХТС.

3. Разработано методическое и программное обеспечение оптимизации ХТС при различных способах задания исходной информации.

4. С использованием предложенных алгоритмов разработаны оптимальные многопродуктовые ХТС производства: кремнезоля реактивной квалификации с различными легирующими добавками: диоксида кремния особой чистоты: реактивов заказного ассортимента: выпускных форм дисперсных красителей для сублимационного крашения.

Содержание диссертации отражено в следующих работах: 1. Макаров В.В.. Козлова М.А. Оптимизация последовательности выпуска продуктов в совмещенной химико-технологической системе // Моделирование химико-технологических процессов и систем: Тр. Росс, хим.-технол. ун-та им. Д. И. Менделеева. -1994. С. 72-79.

2. Козлова М.А.. Макаров В.В. Метод синтеза многопродуктовых химико-технологических систем периодического действия // Тезисы докладов Шестой Московской коннФеренции молодых ученых и студентов с Международным участием "МКХТ-92". М.: 1992. С.182.

3. Гордеев Л.С., Макаров В.В.. Кознов A.B.. Козлова М.А. Выбор структуры многопродуктовых химико-технологических систем методом морфологического анализа // Тезисы докладов Восьмой Всероссийской конференции "Математические методы в химии (ММХ-8)", Тула. 1993. С.110.

4. Козлова М. А.. Кознов A.B.. Макаров В.В. Разработка базы знаний для выбора типа структуры химико-технологических систем // Тезисы докладов Седьмой Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии- "МКХТ-7". -М.: 1993. С. 146

5. Макаров В.В., Козлова М.А. Интегрированная экспертная система для организации многоассортиментных химических производств // Тезисы докладов IV Международной научной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов (KXTI1-IV-94)", -М.: 1994. С. 132.

6. Козлова М.А.. Макаров В.В. Алгоритмы синтеза многопродуктовых технологических систем // Тезисы докладов Восьмой Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-8", -М.: 1994. С.

7. Козлова М.А., Гордеев Л.С.. Макаров В.В. Синтез многопродуктовых химико-технологических систем на основе методологии экспертных систем // Тезисы докладов Девятой Международной конференции молодые ученых по химии и химической технологии "МКХТ-9". -М.: Ч. 1.1995. С. 21.