Разработка экономико-консалтинговой системы управления материальными и энергетическими потоками: На примере спиртового производства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Тарасов, Максим Николаевич

• Тарасов, Максим Николаевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тарасов, Максим Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ.

1.1. Анализ автоматизированных систем управления производством.

1.1.1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами.

1.1.2. Автоматизированные системы управления экономической деятельностью предприятия.

1.2. Обзор методов моделирования информационных технологий.

1.2.1. Классификация информационных технологий.

1.2.2. Применение экспертных систем.

1.2.3. Виды и формы представления знаний.

1.2.4. Существующие методы извлечения знаний.

1.3. Анализ математических описаний технологических процессов спиртового производства.

1.3.1. Специфика автоматизации спиртового производства.

1.3.2. Модели объектов головных участков производства.

1.3.3. Модели микробиологических процессов.

1.3.4. Модель тарельчатой колонны ректификации.

1.4. Выводы.

ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ИНФОРМАЦИОННОЙ

ПОДСИСТЕМЫ ЭКОНОМИКО - КОНСАЛТИНГОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ.

2.1. Структура и функции ЭКСУ.

2.2. Разработка базы данных системы.

2.3. Разработка модели процесса автоматизированного извлечения и усвоения знаний о производстве.

2.3.1. Классификация состояний производства.

2.3.2. Методы и модели правил принятия решений и вывода рекомендаций.

2.3.3. Формализация структуры знаний о производстве.

2.3.4. Структура представления входной информации ЭКСУ.

2.4. Выводы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОНОМИКО -КОНСАЛТИНГОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

3.1. Структура основных компонент ЭКСУ.

3.2. Структура процедур синтеза рекомендаций.

3.3. Моделирование интерфейса пользователя.

3.3.1. Интерфейс пользователя.

3.3.2. Главное меню. Ввод и вывод информации.

3.4. Основные рабочие алгоритмы.

3.4.1. Алгоритмы расчета математических моделей.

3.4.2. Алгоритмы использования знаний.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

СЛОЖНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА

ПРИМЕРЕ СПИРТОВОГО ЗАВОДА.

4.1. Модели головных участков производства.

4.2. Модели микробиологических процессов.

4.3. Выводы.

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И

ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ ЭКСУ.

5.1. Выбор и обоснование объекта исследования.

5.2. Формирование прогнозов состояний исследуемого производства.

5.3. Описание информационного обеспечения ЭКСУ.

5.4. Экономическая эффективность внедрения разработки.

5.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка экономико-консалтинговой системы управления материальными и энергетическими потоками: На примере спиртового производства»

В период перехода к рыночной экономике наблюдается ужесточение конкурентной борьбы предприятий за рынки сырья и сбыта. В связи с этим эффективное управление производством становится задачей первостепенной важности.

Множество взаимосвязанных противоречивых факторов создает ряд проблем производственной деятельности. Отсутствуют средства автоматизированного обмена информационными потоками между уровнями управления, которые фактически, являются разными системами. Так АСУП автоматизируют экономическую и бухгалтерскую деятельность предприятия, а также позволяют контролировать его запасы, материальные и трудовые ресурсы. Но эти системы не имеют возможности напрямую влиять на оперативное управление, это превращает их лишь в хороший инструмент для накопления статистических данных. В тоже время АСУТП позволяют снизить степень участия человека в управлении технологическими процессами. Контролировать значения технологических параметров и режимы работы оборудования. Однако, возможности этих систем в плане оценки деятельности предприятия, ограничены.

Передача информационных потоков с нижнего уровня управления на верхний совершается вручную, что сказывается на качестве управления производством. Это приводит к применению разрозненных критериев оценок, несогласованности параметров, форм и размерностей представления входной и выходной информации и т. п.

Для устранения указанных недостатков необходимо - осознание проблем предприятия на пути создания, внедрения и сопровождения интегрированных систем автоматизации.

Разработанная консалтинговая система управления обеспечивает устранение существующих информационных барьеров между АСУТП и АСУП, одновременно с этим интегрируя в себе основные функции этих систем, и способствует созданию интеллектуального, информационно прозрачного производственного пространства.

Сущность использования информации состоит в том, что приведение в действие больших масс вещества и процессов передачи и преобразования больших количеств энергии могут направляться и контролироваться при помощи небольших масс энергии, несущих информацию — «слепок» с физического состояния технологических систем. Для его реального отображения, необходимо иметь адекватный инструмент работы с информационными ресурсами.

Исходя из вышесказанного, сформулирована цель диссертационной работы: разработка подхода к анализу производственной информации, ее систематизации и построению математических моделей информационных, материальных и энергетических потоков с управлением выходными параметрами по иерархии уровней функционирования. Для создания на их основе инструментальных средств поддержки принятия решений в виде экономико-консалтинговой системы управления (ЭКСУ) производством, обеспечивающей эффективный обмен информацией между АСУТП и АСУП, а также получение рекомендаций в зависимости от производственной ситуации.

Научная новизна диссертационной работы заключается в:

- разработке системного подхода к формализации знаний на основе анализа взаимосвязи информационных ресурсов с учетом структуры производства, его балансов и иерархических связей;

- разработке моделей прямого и обратного продуктовых расчетов получения этилового спирта, обеспечивающие возможность определения максимальной экономической эффективности работы предприятия;

- синтезе алгоритмов идентификации состояний структурных единиц производства, его технологических процессов, по предложенным критериям оценки и прогнозирования их влияния на процессы получения готовой продукции;

- построении базы знаний, на основе продукционной модели с реализацией базы данных в виде сети фреймов;

- получении математических моделей формирования множества рекомендаций на основе анализа комбинаций возможных прогнозов с установленным в нём набором отношений (правил).

Актуальность работы Актуальность диссертационной работы состоит в разработке системного подхода к оценке уровней функционирования исследуемого производства, с технической и экономической точек зрения. Построение алгоритмов формирования диагностических решений на основе набора логических отношений (правил) и формализованных знаний о производстве. Возможности универсализации и адаптации полученных моделей и программного продукта для пищевых и химических производств любого типа.

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы применялись системный анализ, теории фреймов, принятия решений, методы математического моделирования, структурного синтеза, нелинейного программирования, реляционных баз данных.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что результаты работы (теоретические положения, прикладные разработки и выводы) могут быть использованы для повышения эффективности работы предприятия. А также, в создании системы поддержки принятия решений.

Практическое значение имеет структуризация знаний, построение морфологического пространства утверждений и правил логического вывода, определенных на множестве объектов, заданных своими свойствами, дающие возможность представления знаний о производстве в виде унифицированных фреймов. Программный модуль «Расчет модели спиртового производства», позволяющий осуществить прямой и обратный продуктовые расчеты получения этанола, экономическую оценку работы спиртового производства в целом; реализующий возможности прогнозирования качества и ко-^ личества сырья и продукта, выдачи оптимальных рекомендаций и справочной информации, в зависимости от поставленной задачи, для любого спиртового завода.

Разработанное программное обеспечение использовано в проекте модернизации автоматизированной системы управления (АСУ) на АООТ «ЛЮКС» Аннинский спиртовый завод.

Апробация работы. Основные результаты по теме диссертационной работы доложены на II Всероссийской конференции «Теория конфликта и её Ш приложения» (г. Воронеж) в 2002 году, отраслевых конференциях по метрологии и автоматизации в нефтехимической и пищевой промышленности, в 2002 и 2003 годах (г. Воронеж), а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и научных работников ВГТА, в 20022004 годах.

Публикации. Опубликовано 11 работ, из них 5 статей и 4 работы те-ф зисного характера; 2 свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Содержание диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, библиографического списка и приложений.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Тарасов, Максим Николаевич

5.5. Выводы

1. Возможность использования для одноименных объектов с изменяющимися условиями функционирования одних и тех же методов ИТ обеспечивается единой системной моделью ИТ.

2. Апробация разработанных моделей прогнозирования состояний СП показала, что полученные в работе математические модели и формализованные методы могут служить основой для разработки инструментальных средств создания математического, программного и информационного обеспечения экспертной системы поддержки принятия решений, что отвечает цели исследования.

3. Достоверность и полнота результатов исследования обеспечивается и подтверждается созданием и внедрением в промышленное производство экономико - консалтинговой системы управления спиртовым производством, использующую модели, основанные на формализации знаний.

4. Основанием для подтверждения новизны полученных результатов исследования является свидетельство о регистрации программного продукта [22].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным итогом диссертационной работы следует считать разработку подхода к прогнозированию производственных ситуаций, что позволяет решить актуальную проблему - устранение информационных разрывов между уровнями управления технологическими процессами, имеющую важное производственное значение.

Ключевые результаты работы можно обобщить в виде следующих выводов.

1. Предложен системный подход к построению инструментальных средств управления производством, устраняющих информационные разрывы между уровнями управления технологическими процессами и производством.

2. Разработана системная модель экономико - консалтинговой системы управления материальными и энергетическими потоками на основе структуризации знаний и построения морфологического пространства утверждений и правил логического вывода, определенных на множестве объектов, заданных своими свойствами.

3. Разработаны информационно-логическая и параметрическая модели информационного обеспечения экспертной системы прогнозирования и классификации состояний производства с использованием элементов искусственного интеллекта, обеспечивающих возможность представления знаний в виде структур унифицированных фреймов.

4. Разработаны математические модели прямого и обратного расчетов основных выходных параметров (продуктовых, энергетических, экономических) при получении этанола, автоматизированная база знаний спиртового производства, обеспечивающие возможность оценки эффективности работы СП.

5. Предложена совокупность алгоритмов интерактивного формирования и выбора прогнозов состояний производства, реализованных в виде экспертной экономико-консалтинговой системы управления и поддержки принятия решений.

6. Обоснованность и достоверность полученных результатов исследования обеспечивалась применением методов математической логики, элементов теории множеств, выбора и принятия решений, и подтверждается созданием и внедрением в производство программного продукта.

7. Программное обеспечение зарегистрировано во Всероссийском научно-техническом центре. Суммарный эффект экономии от использования системы составит более 3 млн р./год. Время окупаемости, ЭКСУ около 1,5 месяцев для спиртового завода производительностью 2000 дал/сут.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тарасов, Максим Николаевич, 2004 год

1. Автоматизированная справочно информационная система ОАСУ - Мол-дпищепром. Косташ И. В., Коптарь И. JL, 1984, выпуск 3, 1-16.

2. Айзерман М.А., Алескеров Ф.Т. Выбор вариантов. Основы теории. М.: Наука, 1990.-240 с.

3. Акофф Р., Эмери Ф. О целеустремленных системах. М.: Сов. радио, 1974. -273 с.

4. Алиев Р.А., Абдикеев Н.М., Шахназаров М.М. Производственные системы с искусственным интеллектом. М.: Радио и связь, 1990. — 264 с.

5. Алиев Р.А., Либерзон М.И. Методы и алгоритмы координации в промышленных системах управления. М.: Радио и связь, 1987. — 208 с.

6. Алиев Р.А., Ульянов С.В. Нечеткие алгоритмы и системы управления. -М.: Знание, 1990

7. Алиев Р.А., Церковный А.З. «Разумная» производственная система управления для нефтеперерабатывающего предприятия // Известия Академии Наук СССР. Техническая кибернетика. 1988. №6.

8. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. М.: Моск. рабочий, 1973. - 296 с.

9. Андрейчиков А.В. Экспертная система для начальных стадий проектирования технических систем // Программные продукты и системы, 1989, N2

10. Андрейчиков А.В., Дворянкин A.M., Половинкин А.И. Об использовании экспертных систем в автоматизированном банке инженерных знаний для поискового проектирования и конструирования // Изв. АН СССР. Тех. кибернетика, 1989, N1

11. Архангельский А.Я. Программирование в С++ Builder 6. — М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2002 г. 1152 е.: ил.

12. Беллман Р., Заде JI. Принятие решения в расплывчатых условиях // Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М.: Мир, 1976. - С. 172-215

13. Бирюков В.В., Кантере В.А. Оптимизация периодических процессов микробиологического синтеза. М.: Наука, 1985. - 296 с.

14. Битюков В. К. Экономико-консалтинговая система управления материальными и энергетическими потоками спиртового предприятия как инструмент решения противоречий производства / В.К. Битюков, С.В. Востриков,

15. B.А. Приходай, М.Н. Тарасов // Материалы II Всероссийской научно-технической конференции / Воронеж, гос. технол. акад. Воронеж, 2002 г.1. C. 253-254.

16. Битюков В. К. Экономико-консалтинговая система управления спиртовым производством / В.К. Битюков, С.В. Востриков, В.А. Приходай, М.Н. Тарасов // Производство спирта и ликероводочных изделий / ООО «Пищепро-миздат», Москва, 2003, №2 С. 12-13

17. Битюков В.К. Программный модуль «Расчет модели производства этилового спирта». / В.К. Битюков, С.В. Востриков, В.А. Приходай, М.Н. Тарасов // Инвентарный номер ВНТИЦ 50200400099, код ВНТИЦ 0203026270330, 2004.

18. Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1989. - 351 с.

19. Бокс Д., Дженкинс Г. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. М.: Мир, 1974. Вып. 1.

20. Будущее искусственного интеллекта / Под ред. К.Е. Ливитина и Д.А. Поспелова. -М.: Наука, 1991.

21. Вавилов А.А. Структурный и параметрический синтез сложных систем. Л., 1979. -94с.

22. Васильев Н.Н., Амбросов В.А., Складнев А.А. Моделирование процессов микробиологического синтеза.-М.: Лесная пром-сть. 1975. 340 с.

23. Вердиев С.Г. Математическое описание периодического процесса брожения сусла. Кировобад: Азерб. технол. ин-т, 1986. - Деп. в АзНИИНТИ 09.10.86, №593 - Аз.

24. Воропаева Т.В., Рудзицкий Б.М. Принципы построения распределенных банков данных в управлении. В кн.: Проблемы создания распределенных автоматизированных банков данных. М.: НПО АСУ "Москва", 1985. - С. 34.

25. Востриков С. В. Структура и принципы работы экономико-консалтинговой системы управления спиртовым производством / С.В. Востриков, В.А. Приходай, М.Н. Тарасов // Материалы отчетной научной конференции за 2002 г. / ВГТА, Воронеж, 2003 г. С. 86-89;

26. Галушкин А.И. О работах по нейрокомпьютерам в Научном центре нейрокомпьютеров Российской Академии наук // Новости искусственного интеллекта. 1992. № 4.

27. Герасименко В.А. Информатика, информатизация и индустриализация управления // Деп. в ВИНИТИ, N7753-B89. 388 с.

28. Грановский Я.Д., Гулякова Г.В. Контроль и автоматизация производства хлебопекарных дрожжей. -М.: Легкая и пищ. пром-ть. 1984. - 104 с.

29. Дворянкин A.M., Половинкин А.И., Соболев А.Н. Методы синтеза технических решений. М.: Наука, 1977. - 103 с.

30. Денинг В., Эссиг Г., Маас С. Диалоговые системы "Человек-ЭВМ". Адаптация к требованиям пользователя. М.: Мир, 1984. - 112 с.

31. Денисов В.И. Математическое обеспечение системы ЭВМ-экспериментатор (регрессионный и дисперсионный анализ). М.: Наука, 1977.-251 с.

32. Джонс Дж. К. Методы проектирования: Пер. с англ., 2-е изд., доп. М.: Мир, 1986. - 326 с.

33. Диго С.М. Проектирование и использование баз данных. М.: Финансы и статистика, 1995. - 208 с.

34. Динамическая теория биологических популяций / под. ред. Р. А. Полуэк-това. М.: Наука, 1974. - 456 с.

35. Еремеев А.П. Методы и инструментальные средства проектирования систем поддержки принятия решений продукционного типа // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. — М., 1994.

36. Заде JI.A. Основы нового подхода к анализу сложных систем и процессов принятия решений // Математика сегодня. М.: Знание, 1994. — С. 5-49.

37. Заде JI.A. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений: Пер. с англ. Н.И. Ринго; под ред. Н.Н. Моисеева и С.А. Орловского. М.: Мир, 1976. - 165 с.

38. Захаров В.Н., Поспелов Д.А., Харецкий В.Е. Системы управления. — М.: Энергия, 1977.-424 с.

39. Зудин Д.В., Кантере В.М., Угодчиков Г.А. Автоматизация биотехнологических исследований. М.: Высшая школа, 1987.-111 с.

40. История создания системы «Галактика» и технологические основы её реализации. ОАО «ТОП СОФТ»: М. 1998, 86с.

41. К теории управления процессами культивирования микроорганизмов / В. М. Кантере, Ю. М. Крылов, И. А. Баснакьян и др. Микробиологическая промышленность, №6,1970, с. 6-14

42. Кантере В.М. Теоретические основы технологии микробиологических производств. М.: Агропромиздат, 1990. - 271 с.

43. Касимов Н.С., Перельман А.И. Геохимические принципы эколого-географической систематики городов // Вестн. Моск. ун-та. Сер. география, 1993, N3.-С. 16-21.

44. Кафаров В. В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. -М.: Химия, 1971 -496 с.

45. Кафаров В. В., Ветохин В. Н. Основы построения операционных систем в химической технологии. М: Наука, 1980. с. 229-231, 383-388

46. Кафаров В. В., Винаров А.Ю., Гордеев JI. С. Моделирование химических реакторов. М.: Лесная пром-сть, 1979

47. Кафаров В.В., Глебов М.В. Математическое моделирование основных процессов химических производств. -М.: Высш. шк., 1991. -399с.

48. Комков Н.И. Модели управления научными исследованиями и разработками. М.: Наука, 1978. - 343 с.

49. Комплексная автоматизация управления. Решения корпорации ПАРУС, ЗАО «Корп. ПАРУС»: М. 2001, 104с.

50. Корыстин С.И. Организация автоматизированной информационно-справочной системы для целей эколого-медицинского мониторинга / Корыстин С.И., Востриков С.В., Власов А.В. // Материалы XXXIII научной конференции за 1993 г. Воронеж, 1994. - С.76.

51. Ларин Г. Распределенные вычислительные системы / Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1984. - 296 с.

52. Лорьер Ж.-Л. Системы искусственного интеллекта. М.: Мир, 1991. — 568 с.

53. Малышев Н.Г., Берштейн Л.О. Боженюк А.В. Нечеткие модели для экспертных систем в САПР. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 136 с.

54. Мандельштейн М.Л. Автоматические системы управления технологическим процессом брагоректификации, 1975

55. Матвеев М.Г. Классификация ситуаций и организационное управление перерабатывающим предприятием // Проблемы информатизации в распределенных системах управления и проектирования. — Воронеж: ВГТУ, 1994. — С. 116-119.

56. Матвеев М.Г. Синтез метамодели для распределенной информационной системы бухгалтерского учета / Матвеев М.Г., Арбузов С.П. // Информационные технологии и системы: Сб. науч. трудов. Воронеж: ВГТА, 1996. - №1. - С. 83-86.,

57. Матвеев М.Г. Концепция информационных технологий управления перерабатывающими производствами / Матвеев М.Г., Сысоев В.В. // Информационная бионика и моделирование М.: ГОСИФТП РАН, 1995. - С. 25-31.

58. Менский Б.М. Принцип инвариантности в автоматическом регулировании и управлении. М., 1972. -248с.

59. Мещеряков А.Я. Алгоритм идентификации модели стохастического объекта в замкнутом контуре управления // Труды Государственного научно-исследовательского и проектного института основной химии. М., 1986. -С. 84 -93.

60. Мякишев В.В., Тарасов В.В. Использование методов искусственного интеллекта в САПР. Анализ отечественного и зарубежного опыта // Техническая кибернетика, 1991, N1.-с. 164-176

61. Нахманович Б.М., Яровенко B.JL, Левчик А.П. Кинетика осахаривания и непрерывного спиртового брожения крахмалистых сред. — Ферментная и спиртовая пром-сть, №2, 1972, с. 9-12

62. Нечеткие множества в задачах управления и искусственного интеллекта / Под ред. Д.А. Поспелова. -М.: Наука, 1986.

63. Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения / Под ред. P.P. Янга. М.: Радио и связь, 1986. - 408 с.

64. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений. -М.: Радио и связь, 1989.

65. Овчаров Л.А., Селетков С.Н. Автоматизированные банки данных. М.: Финансы и статистика, 1982. - 262 с.73