Обеспечение надежности функционирования процессов и оборудования многоассортиментных химических производств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Ахмедов, Вадим Абдулгаевич

• Ахмедов, Вадим Абдулгаевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ахмедов, Вадим Абдулгаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ МНОГОАССОРТИМЕНГНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

1.1. Состояние вопроса технической диагностики химико-технологического оборудования.

1.2. Состояние вопроса оптимального календарного планирования функционирования химико-технологических схем и оптимизации графика проведения ремонтных работ оборудования.

1.3. Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1. Постановка задачи техничеркой диагностики ХТО.

2.2. Архитектура экспертной системы технической диагностики химико-технологического оборудования.

2.3. Виды диагностических моделей, используемых для локализации дефектов ХТО.

2.4. Диагностика оборудования с вращающимися деталями по показателю «вибрация».

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СТРАТЕГИИ РЕМОНТА ХТО В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ.

3.1. Определение сроков проведения ремонта ХТО.

3.2. Оценка затрат на ремонт ХТО при различных сроках его проведения

3.3. Математическая модель выбора оптимальной стратегии ремонта ХТО в условиях неопределенности.

3.4. Постановка задачи выбора оптимальной стратегии ремонта ХТО в условиях неопределенности.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. ПОИСК ОГГГИМАЛЬНОГО КАЛЕНДАРНОГО ПЛАНА РАБОТЫ СОВОКУПНОСТИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ЦЕХА В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННОСТИ РЕМОНТНОГО ПЕРСОНАЛА .113 4.1. Математическая модель функционирования ХТС.

4.2. Математическая модель автоматизированного построения графика ремонтных работ химико-технологического оборудования

4.3. Постановка задачи оптимального календарного планирования работы совокупности ХТС цеха в условиях ограниченности ремонтного персонала.

Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ И ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

5.1. Алгоритм решения задачи технической диагностики ХТО.

5.2. Алгоритм решения задачи выбора оптимальной стратегии ремонта ХТО в условиях неопределенности.

5.3. Алгоритм решения задачи оптимального календарного планирования работы совокупности ХТС цеха в условиях ограниченности ремонтного персонала.

Выводы к главе

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение надежности функционирования процессов и оборудования многоассортиментных химических производств»

Важнейшим фактором повышения эффективности функционирования многоассортиментных химических производств является обеспечение надежности работы оборудования химико-технологических схем (ХТС). К особенностям функционирования многоассортиментных химических производств можно отнести: широкий ассортимент производимой продукции при сравнительно небольших объемах выпуска; сложность технологического оформления производства; парк технологического оборудования в своей основе представлен аппаратами периодического действия и т.п.

Для поддержания на высоком уровне эффективности и надежности ХТС необходим анализ протекания процессов, кинетических характеристик, режимных параметров при своевременном обнаружении и предупреждении на ранней стадии отказов и неисправностей оборудования. Наряду со своевременным проведением графика планово-предупредительных ремонтов (ППР) этому способствует внедрение современных методов и средств диагностирования.

Стремление обеспечить надежность функционирования многоассортиментных химических производств обуславливает необходимость разработки интеллектуальных систем позволяющих в режиме реального времени проводить анализ текущего состояния химико-технологического оборудования (ХТО), прогнозировать его изменение и в случае необходимости предлагать рекомендации относительно выбора оптимальной стратегии ремонта, проводить оперативную коррекцию существующего календарного плана. К основным требованиям таких систем относится высокая скорость поиска неисправностей и достоверность полученного решения. Возникает необходимость учета возможности проведения ремонта в условиях неопределенности, которая включает в себя отсутствие точной локализации развивающегося дефекта, а также степени его развития.

Эффективным подходом, позволяющим решить существующие проблемы в организации работы ХТС многоассортиментного производства является использование методов математического моделирования, технической кибернетики и средств современной вычислительной техники.

Таким образом, обеспечение надежности функционирования процессов и оборудования многоассортиментных химических производств представляет собой актуальную задачу.

Цель работы заключается в исследовании особенностей химико-технологических процессов многоассортиментных производств при разработке диагностических моделей механических отказов элементов оборудования, разработке теоретических и методологических аспектов решения задач выбора оптимальной стратегии ремонта химико-технологического оборудования в условиях неопределенности и оптимального календарного планирования работы совокупности ХТС цеха при ограниченности ремонтного персонала. В соответствии с этим, в задачу данной работы входило:

- разработка архитектуры экспертной системы (ЭС) технической диагностики механических отказов ХТО;

- разработка диагностических моделей наиболее часто встречающихся узлов химико-технологического оборудования;

- разработка алгоритма автоматического извлечения и оптимизации диагностических правил с использованием методов теории мягких вычислений;

- постановка задачи выбора оптимальной стратегии ремонта ХТО в условиях неопределенности;

- разработка математической модели выбора оптимальной стратегии ремонта в условиях неопределенности;

- разработка математической модели функционирования ХТС, позволяющей рассчитывать продолжительности ее состояний в условиях ограниченности ремонтного персонала цеха;

- разработка математической модели автоматизированного построения графика ремонтных работ ХТО;

- разработка алгоритма решения задачи оптимального календарного планирования работы совокупности ХТС цеха в условиях ограниченности ремонтного персонала.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка используемой литературы и приложений.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты химической технологии», Ахмедов, Вадим Абдулгаевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В результате исследования методов повышения надежности функционирования процессов и оборудования с учетом специфики многоассортиментных химических производств поставлена задача технической диагностики ХТО. При ее решении определяется множество потенциальных состояний диагностируемого объекта, с оценкой их вероятностей и времени возникновения отказа, а также комплекс диагностических моделей, необходимых для построения решающих правил.

2. Разработаны основные диагностические модели механических отказов наиболее часто встречающихся узлов ХТО. К ним относятся диагностические модели перемешивающего устройства, торцового уплотнения, электродвигателя, редуктора и др.

3. Поставлена задача выбора оптимальной стратегии ремонта ХТО в условиях неопределенности. Разработана математическая модель, которая позволяет учитывать возможную неточность локализации дефекта и неопределенность времени возникновения отказа оборудования.

4. Поставлена задача оптимального календарного планирования работы совокупности ХТС цеха в условиях ограниченности ремонтного персонала и разработан алгоритм ее решения. В результате решения задачи были найдены: оптимальная последовательность наработки 18-ти продуктов на 5-ти ХТС 33-го цеха ОАО «Пигмент» и оптимальный вариант совмещения графика ремонтов ХТО с полученным календарным планом.

5. Разработаны математические модели функционирования ХТС и автоматизированного построения графика ремонтных работ химико-технологического оборудования, позволяющие рассчитывать продолжительности состояний работы схемы в условиях ограниченности ремонтного персонала цеха.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ахмедов, Вадим Абдулгаевич, 2000 год

1. Азовцев А.Ю., Барков A.B. Новое поколение систем диагностики и прогнозирования технического состояния. - СПб.: Изд. АО В ACT, 1994. - 20 с.

2. Производственные системы с искусственным интеллектом / P.A. Алиев, Н.М. Абдикеев, М.М. Шахназаров и др. М.: Радио и связь, 1990. - 264 с.

3. Торцовые уплотнения аппаратов химических производств / Антипин Г.В., Банников М.Т, Домашнев А.Д и др. М: Машиностроение. - 1984. - 112 с.

4. Балакирев B.C., Кобяков А.И. Распознавание и классификация ситуационных состояний пусковых процессов химико-технологических систем // Химическая технология. 1990. - Т. 24. - №1. - С. 111-119.

5. Барков A.B., Баркова Н.А, Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации // СПб: Изд. АО ВАСТ, 1997. 170 с.

6. Барков A.B. Возможности нового поколения систем мониторинга и диано-стики // Металург. 1998. - №11. - С. 3-12.

7. Баршдорф. Д. Нейронные сети и нечеткая логика. Новые концепции для технической диагностики неисправностей // Приборы и системы управления. 1996. - №2. - С. 48-53.

8. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978.- 240 с.

9. Володин В.М., Матвеев В.В. Задача оптимального управления ремонтом технологического оборудования // Теоретические основы химической технологии. 1987. - T.l 1. - №4. - С. 539-545.

10. Генкин М.Д. Вибрации в технике: Справочник.-М: Машиностроение, 1981. 496 с.

11. Генкин М.Д. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов.-М: Наука, 1984,- 119 с.

12. Глазунов Л.П., Смирнов А.Н. Проектирование технических систем диагностирования. JI: Энергоатомиздат. Ленингр.отд-ние, 1982. - 168 с.

13. Горнев В. Ф., Емельянов В.В., Овсянников М.В. Оперативное управление в ГПС. М: Машиностроение. - 1990. - 256 с.

14. Гуляев В.А., Бугаев А.Е. Логико-лингвистические методы в задачах диагностирования сложных объектов. Киев: Ин-т пробл. моделир.в энерг.-1989. - Вып. 20 . - 28 с.

15. Добрынин С.А., Фельдман М.С., Фирсов Г.И. Методы автоматизированного исследования вибрации машин // М.: Машиностроение, 1987. - 224 с.

16. Дробот Ю.Б., Лазарев A.M. Неразрушающий контроль усталостных трещин акустико-эмиссионным методом.-М: Изд-во стандартов, 1987. 220 с.

17. Ермаков В.И., Шеин B.C. Технология ремонта химического оборудования. Л.: Химия. - 1977,- 302 с.

18. Ермаков В.И., Шеин B.C. Ремонт и монтаж химического оборудования.-Л.:Химия. 1981,- 368 с.

19. Заде Л.А. Основы нового подхода к анализу сложных систем. М.: Зна-ние.-1974. - С. 5-49.- 176

20. Заде Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенного решения. М.: Мир. 1976. - 165 с.

21. Зайцев И. Д. Автоматизированная система выбора и расчета оптимальной структуры химико-технологической системы и ее аппаратурное оформление // Химическая технология. 1977. - №2. - С. 42- 47.

22. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия, 1973.- 750 с.

23. Касти Дж. Большие системы. Связность, сложность и катастрофы.- М.: Мир, 1982. -216 с.

24. Построение экспертных систем сложных химико-технологических объектов / В.В. Кафаров, И.Н. Дорохов, П.И Елисеев и др. // Химическая технология. 1989. - Т. 304. - №6.

25. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Марков Е.П. Системный анализ процессов химической технологии. Применение нечетких множеств. М: Наука, 1986. 359 с.

26. Кафаров В.В., Макаров В.В. Гибкие автоматизированные производственные системы в химической промышленности.-М.: Машиностроение, 1990.-319 с.

27. Кафаров В.В, Мешалкин В.П., Грун Г. и др. Обеспечение и методы оптимизации надежности химических и нефтеперерабатывающих производств.-М.: Машиностроение, 1987. 272 с.

28. Построение экспертных систем сложных химико-технологических объектов / В.В. Кафаров, И.Н. Дорохов, П.И. Елисеев // Доклады АН СССР. -1989.-Т. 304. №6.

29. Кафаров В.В., Макаров В.В. Гибкие автоматизированные производственные системы в химической промышленности. М., 1990. - 319 с.

30. Кафаров В.В., Макаров В.В., Нгуен Суан Нгуен. Моделирование и оптимизация периодических процессов и систем химической технологии // Итоги науки и техники: Процессы и аппараты химической технологии.- М.: Химия, 1984,- Т.12.-С.З-97.

31. Клюев В.В. Технические средства диагностирования: Справочник.-М.: Машиностроение, 1989. 672 с.

32. Конвей Р.В., Максвелл Б.Л., Миллер Л.В. Теория расписаний. М.: Машиностроение, 1975. - 359 с.

33. Крус. А., Клемаш И. Системный анализ надежности и стратегии оптимального техобслуживания оборудования в химической промышленности. М: НИИТЭХИМ. - Вып.6. - 1988. - 58 с.

34. Майер Э. Торцовые уплотнения: Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1978. - 288 с.

35. Макаров В.В., Алгоритм структурно-логического анализа многопродуктовых химико-технологических систем // Теоретические основы химической технологии. 1994. - Т. 28, № 5. - С.453- 464.

36. Малыгин E.H., Фролова Т.А, Краснянский М.Н. Календарное планирование работы гибких химико-технологических схем многоассортиментных производств // Вестник ТГТУ. 1996,- Т. 2. - №4. - С.375-384.

37. Малышев Н.Г., Берштейн JT.C., Боженюк A.B. Нечеткие модели для экспертных систем в САПР// М.: Энергоатомиздат, 1991. 134 с.

38. Мешалкин В.П., Гурьева JI.B., Сельский Б.Е. Модели представления знаний о процедуре технической диагностики отказов теплообменных аппаратов // Теоретические основы химической технологии. 1998. - Т. 32. - №2. -С. 201-207.

39. Мешалкин В.П. Экспертные системы в химической технологии М.: Наука.-1995.-366 с.

40. Михалевич В.С.,Кукса А.И. Методы последовательной оптимизации в дискретных сетевых задачах оптимального распределения ресурсов. -М.: Наука, 1983. 217 с.

41. Муромцев Ю.Л. Безаварийность и диагностика нарушений в химических производствах // М.: Химия, 1990. 144 с.

42. Муромцев Ю.Л. Определение границ эффективности и работоспособности сложных систем//Автоматика и телемеханика 1988. №4. - С. 164-176.

43. Муштаев В.И., Шубин B.C. Классификация отказов и графосостояние нефтеперерабатывающего производства // Химическая промышленность. -1997.-№9.-С.55-58.

44. Пархоменко П.П., Согомян Е.С. Основы технической диагностики. Оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратурные средства. М.: Энер-гоатомиздат, 1981.-320с.

45. Перов B.JL, Егоров А.Ф. Стратегия гибкого управления многоассортиментными химическими производствами в условиях неопределенности // Теоретические основы химической технологии. 1994. - Т.28, № 5. - С. 519-529.

46. Попов Э.В. Экспертные системы.-М: Наука, 1987. 288 с.

47. Рагульскис K.M., Юркаускас А.Ю. Вибрация подшипников.- Л.: Машиностроение, 1985. -119 с.

48. Семенов A.M., Португал В.М. Задачи теории расписаний в календарном планировании мелкосерийного производства.- М., 1972.-183 с.

49. Система технического обслуживания и ремонта оборудования предприятий химической промышленности.- М.: Машиностроение, 1986.- 352 с.

50. Старыгин А.Н. «Rapier» интегрированная система управления ремонтом и обслуживанием оборудования // Приборы и системы управления.-1995.-№8

51. Танаев B.C. Теория расписаний // Математика кибернетика. 1988. - №2. - 52 с.

52. Ту Дж., Гонсалес Р. Принципы распознавания образов. М: Мир, 1977.-256с.

53. Тэрано Т. Прикладные нечеткие системы // М.: Мир.- 1993.

54. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника. М.: Мир, 1992.

55. Уоттерман Д. Руководство по экспертным системам.-М: Мир, 1989.-388 с.

56. Фарамазов С.А. Ремонт и монтаж оборудования химических и нефтеперерабатывающих заводов.- М.: Химия, 1988. 304 с.

57. Харазов A.M., Цвид С.Ф. Методы оптимизации в технической диагностике машин. М.: Машиностроение, 1983.-132 с.- 180

58. Хейс-Рот Ф., Уотерман Д., Ленат Д. Построение Экспертных систем. М. Мир, 1987.-441 с.

59. Хенли Э. Дж., Кумамото X. Надежность технических систем и оценка риска. М: Машиностроение, 1984. - 528 с.

60. Химмельблау Д. Обнаружение и диагностика неполадок в химических и нефтехимических процессах// Л.: Химия, 1983. 352 с.

61. Чипулис В.П. Методы минимизации разрешающей способности диагноза и диагностической информации // Автоматика и телемеханика. -1975. №3. -С. 133-141.

62. Шкурба В.В., Подчасова Т.П. Задачи календарного планирования и методы их решения. Киев: Наукова думка, 1966. - 155 с.

63. Ярушкина Н.Г. Методы нечетких экспертных систем в интеллектуальных САПР. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1997. - 107 с.

64. Ahmed. S., Sahinidis. N. Robust Process Planning under Uncetainty // Ind. Eng. Chem. Res.-1998.-Vol. 37.- P. 1883-1892.

65. Barkov A.V., Barkova N.A. Condition Assessment and Life Prediction of Rolling Element Bearings // Sound and Vibration, 1995.

66. Birewar D.B., Grossmann I.E. Simultaneous Production Planning and Scheduling in Multiproduct Batch Plants // Ind. Eng. Chem. Res.-1990,Vol.29, No.4.-P.570-580.

67. Dahal K.P., Aldridge C.J, McDonald J.R., Generator maintenace scheduling using a genetic algorithm with a fuzzy evaluation function // Fuzzy sets and systems .-1999. -No. 102. -P .21 -29.

68. Daugherty D.P., Felder R.M. An Expert System for Scheduling Production in a Multipurpose Specialty Chemicals Plant // Plant/Operations Progress.-1990.-Vol. 9, No.l.- P.44-49.- 181

69. Fanti M.P., Maione B., Naso D., Turchiano B. Genetic multi-criteria approach to flexible line scheduling // International Journal of Approximate Reasoning.-1998. Vol. 19. P. 5-21.

70. Goldberg D.E. Genetic Algoritms in Search, Optimization and Machine Learning//Addison-Wesley, 1989.

71. Horikawa S., Furuhashi T., Uckikawa Y. On Fuzzy Modeling Using Neural Networks with the Back-Propagation Algorithm. IEEE Trans, on Neural Networks, Vol. 3, No.5, 1992.-P.801-806.

72. Ishibuchi H., Nakashima T., Murata T. Performance Evaluation of Fuzzy Classifier Systems for Multidimensional Pattern Classification Problems. IEEE Trans, on Systems, Man, and Cybernetics.-1999.-Vol.39.No.5.-P.601-617.

73. Ishibuchi H., Murata T., Turksen I.B. Single objective and two-objective genetic algorithms for selecting linuistic rules for pattern classification problems. Fuzzy Sets and Systems.-1997.-Vol.89.-P.135-150.

74. Jager R. Adaptive fuzzy control. In L. Boullart, A.J. Krijgsman, R.A. Vingerhoeds. Application of artificial intelligence in process control, P. 368-387. Oxford, UK: Pergamon Press. 1992.

75. J.-S. Roger Jang. ANFIS: Adaptive-network-based fuzzy inference systems. IEEE Trans, on Systems, Man, and Cybernetics.-1993.-Vol.23(03).-P.665-685

76. Ku H.M., Rajagopalan D., Karimi LA. Scheduling in Batch Processes // Chem. Eng. Prog.- 1987.- No. 8,- P.35-45.

77. Kuriyan K., Reklaitis G.V. Scheduling Flowshops to Minimize Makespan // Comput. chem. Eng.- 1989.-Vol.28, No.8.-P.191-200.

78. McCormic A.C., Nandi A.K. Rotating machine condition classification using artifitial neural networks // Proceedings of COMADEM'96.-Sheffield.-1996.

79. Nguyen H.T., Sugeno M. Fuzzy systems. Modeling and control.- Kluwer Academic Publishers.- 1998.

80. Nie J., Linkens D.A. Learning Control Using Fuzzified Self-Organizing Radial Basis Function Network. IEEE Trans, on Fuzzy Systems, Vol. 1, NO. 4, 1993.-P.280-287.

81. Patsidou E.P., Kantor J.C. Scheduling of a Multipurpose Batch Plant Using a Graphically Derived Mixed-Integer Linear Program Model // Ind. Eng. Chem. Res.- 1991.- Vol. 30, No. 7.- P. 1548-1561.

82. Pekny J.F., Miller D.L. Exact Solution of the No-Wait Flowshop Scheduling Problem with a Comparison to Heuristic Methods // Comput. Chem. Eng.-1991.- Vol. 15, No. 11,- P.741-748.

83. Pfeufer T., Ayoubi M. Application of a hybrid neuro-fuzzy system to the fault diagnosis of an automotive electromechanical actuator // Fuzzy Sets and Systems.-1997.-P.351-360.

84. Priber U., Kretzschmar W. Inspection and Supervision by means of Hierarchical fuzzy classifier // Fuzzy sets and systems.-1997.-P.263-274.

85. Rajagopalan D., Karimi I.A. Completion Times in Serial Mixed-storage Multiproduct Process with Transfer and Set-up Times // Comput. chem. Eng.-1989.-Vol.13, No.1/2.-P.175-186.

86. Reklaitis G.V. Review of Scheduling of Process Operations // AICHE Symp. Ser.- 1982,-No.78.-P.l 19-133.

87. Sahinidis N.V., Grossmann I.E. MINLP Model for Cyclic Multiproduct Scheduling on Continuous Parallel Lines // Comput. Chem. Eng.- 1991.- Vol. 15, No. 2.- P.85-103.

88. Sayama H., Shimada Y., Yang Z., Song J., Suzuki K. Artificial Neural Network Approach to Process Fault Diagnosis. International Academic Publishers. China, 1993. -P. 8-13.

89. Shiozaki J., Matsujama H., O'Shima E., Iri M. // Comp. Chem. Eng.-1985, №3.- P.285-293.

90. Subrahmanyam S., Pekny, J.F., Reklaitis G.V. Decomposition Approach to Batch Plant Design and Planning // Ind. Eng. Chem. Res.- 1996.- Vol.35.-P. 1866-1876.

91. Takamatsu T., Hashimoto I., Hasebe S. Optimal Scheduling and Minimum Storage Tank Capacities in a Process System with Parallel Batch Units // Comput. and Chem. Eng.- 1979.- Vol.3.- P. 185-195.

92. Voudouris V.T., Grossmann I.E. MILP Model for Scheduling and Design of a Special Class of Multipurpose Batch Plants // Comput. and Chem. Eng.-1996.-Vol. 20.-No. 11.-P. 1335-1360.

93. Wiede Jr W., Reklaitis G.V. Determination of Completion Times for Serial Multiproduct Processes -2. A Multiunit Finite Intermediate Storage System // Comput. chem. Eng.-1987.-Vol.l 1, No. 4,- P.345-356.

94. Yang Z, Suzuki K., Shimada Y. Sayama H. Fuzzy Knowledge Base for Process Fault Diagnosis. Proceedings of ICIKE.-China.-1995.- P.404-408.184