Інтелектуальне сценарно-синергетичне керування технологічним комплексом цукрового заводу

Abstract

Робота присвячена питанням збільшення ефективності роботи технологічного комплексу цукрового заводу шляхом визначення атрактивних ситуаційно-значущих зон для задач сценарного керування, і на основі оперативної інтелектуальної аналітичної обробки даних реалізувати ефективні ресурсоощадні стратегії управління з використанням інтелектуальних механізмів. Проаналізовано технологічний процес цукрового виробництва як складний об’єкт керування, оцінка рівня систем автоматизації дифузійного, сокоочисного і випарного відділень. Сформульовано проблеми керування матеріальними потоками цукрового заводу. Окреслено перспективи розвитку технологічного комплексу цукрового заводу на основі принципів і методів сучасної теорії автоматичного управління організаційно-технічними об'єктами. Визначено, що процес виробництва цукру має характеристики складної технологічної системи. Існують процеси з різними фізико-хімічними явищами, багатофакторністю, не стаціонарністю, високою невизначеністю, нелінійністю та складністю характера поведінки. Ці характеристики об’єктів вимагають використання передових теоретичних і практичних методів і базуються на сучасних інформаційних технологіях. Шляхом системного аналізу, експертних опитувань та когнітивного моделювання визначили пріоритетні технічні чинники, які покращують якість продукції, підвищують продуктивність обладнання та знижують питомі витрати матеріальних ресурсів у виробництві цукру. Проведений аналіз часових рядів основних змінних процесів дефекосатурації. Здійснено фільтрацію часових рядів, одержаних з реального об’єкта. Визначались показники Ляпунова як кількісна міра. Ці показники є одними з найважливіших характеристик атрактора, вони дозволяють визначити: • ентропію динамічної системи; • фрактальну розмірність атрактора; • характерний час передбачуваності системи; • поведінку системи. Показники Ляпунова слугують мірою хаотичності динамічної системи. Ці показники в досліджуваних часових дають зрозумілим те, що поведінка системи є не визначеною, хаотичною. Проведено реконструкцію хаотичних атракторів системи відповідно до теореми Такенса. Аналіз складного поведінки об'єкта, який в свою чергу включає хаотичні прояви поводження, проводиться за показниками кореляційної розмірності системи, кореляційної ентропії Колмогорова, показника Херста і фрактальної розмірності. Отримані результати дозволили зробити висновок про наявність ділянок у часових рядах з проявами детермінованого поведінки і з переходами в хаотичний або стохастичний режими, тобто утворенням дисипативних просторово-часових структур. Технічний комплекс цукрового заводу синтезовано з системою спільного керування. Тому організація ресурсозберігаючих керуючих впливів за заданими атракторами забезпечує відображення оптимального режиму роботи об’єкта. З використанням сучасних інформаційних технологій створено структуру, алгоритм та програмне забезпечення системи автоматизації управління технологічним комплексом цукрового заводу. Імітаційне моделювання та виробничі випробування запропонованого технічного рішення показали, що покращується якість продукції, підвищується ефективність виробництва на 1,9%, зменшується енерговитрата на 3,6%, зменшуються втрати цукру на 0,08%. Розроблене алгоритмічне та програмне забезпечення передано до впровадження на ВАТ Кашперівський цукровий завод. The work is devoted to the issues of increasing the efficiency of the technological complex of the sugar factory by determining attractive situationally significant zones for scenario management tasks, and on the basis of operational intelligent analytical processing of data to implement effective resource-saving management strategies using intelligent mechanisms. The technological process of sugar production as a complex object of management, the assessment of the level of automation systems of diffusion, juice cleaning and evaporation departments is analyzed. The problems of managing the material flows of the sugar factory are formulated. The prospects for the development of the technological complex of the sugar factory based on the principles and methods of the modern theory of automatic management of complex organizational and technical objects are outlined. It was determined that technological processes of sugar production have characteristic features of complex technological systems, among which it is worth highlighting the presence of processes with different nature of physico-chemical phenomena, multifactoriality, non-stationarity, high degree of uncertainty, nonlinearity, complex nature of behavior. Such features of the object require the application of advanced methods of theory and practice, as well as their implementation on the basis of modern information technologies. By means of system analysis, expert surveys and cognitive modeling, priority technical factors that improve product quality, increase equipment productivity and reduce the specific costs of material resources in sugar production were determined. The analysis of time series of the main variable processes of defecosaturation was carried out. Time series obtained from a real object were filtered. Lyapunov indices were determined as a quantitative measure. These indicators are one of the most important characteristics of the attractor, they allow you to determine: • entropy of the dynamic system; • the fractal dimension of the attractor; • characteristic time of system predictability; • system behavior. Lyapunov indices serve as a measure of the chaoticity of a dynamic system. These indicators in the studied time periods make it clear that the behavior of the system is undefined and chaotic. Reconstruction of chaotic attractors of the system was carried out in accordance with Takens' theorem. The analysis of the complex behavior of the object with intermittency, which includes chaotic manifestations, was carried out according to the indicators of correlation dimension, Kolmogorov correlation entropy, Hurst index and fractal dimension.