Система оперативной оптимизации технико-экономических показателей непрерывного инерционного производства

Существующий уровень автоматизации сложных инерционных производственных комплексов обеспечивает, главным образом, два аспекта управления производством:

• стабилизацию технологического режима участков возле заданного технологического регламента;
• учет технологических Рё технико-экономических показателей Рё СѓРґРѕР±РЅРѕРµ представление РёС… заводскому персоналу разных уровней.

В этих условиях оптимизация производственного процесса в целом (не в рамках отдельного участка) может производиться и реально производится человеком - лицом, принимающим решения (ЛПР), т. е. технологом-оператором и руководителями участков и цехов. Основной метод такого управления - это присущий человеку метод проб и ошибок с запоминанием типовых нештатных технологических ситуаций и способов их нормализации. Конечно, автоматический сбор, структуризация и представление ЛПР необходимой технологической информации в современных MES или ERP промышленных системах облегчает принятие технологических решений, но не гарантирует их оптимальность. Таким образом, задачи оперативной (динамической) оптимизации многозвенных и весьма инерционных производств на сегодня не автоматизированы. Это обусловлено, главным образом, сложностью и динамическим характером связей входных и выходных параметров производственного цикла. Статическая же оптимизация при больших временных запаздываниях в этом цикле практически не эффективна. Ее результаты справедливы лишь в среднем за многократно большие временные интервалы.

Вместе с тем, оперативная (динамическая) оптимизация таит в себе большой резерв по улучшению технико-экономических показателей производства, таких как качество готовой продукции, энергетические и материальные производственные затраты, потери ценных компонентов и полупродуктов. Дело в том, что оптимальный технологический регламент отдельных производственных участков не остается постоянным. Возмущения, возникающие как извне (например, по исходному сырью), так и в рамках некоторых технологических участков и не устранимые средствами этих участков, могут и должны компенсироваться на других участках путем изменения их режимных параметров и/или состава и количества работающего оборудования. В этом - суть комплексной оптимизации всего технологического цикла.

В 

Специалистами фирмы "Стелла" разработан универсальный метод динамической оптимизации практически любого инерционного технологического процесса по выбранному критерию. Этот метод позволяет создавать автоматическую оптимизирующую систему (систему экстремального управления СЭУ) существующими стандартными программными и аппаратными средствами. Причем для разработки алгоритмов такого управления не требуется детального знания и математического моделирования физико-химических процессов производства. Поэтому предлагаемый метод может составить основу для стандартизации проектирования промышленных систем данного класса.

Структура системы экстремального управления.
В соответствии с данным методом реальный технологический процесс с контролируемыми входными параметрами и выходным критерием аппроксимируется стандартной математической моделью специального вида. Это - динамическая модель в виде последовательного соединения линейного многомерного динамического звена и нелинейного (параболического) звена. Входами модели (динамического звена) являются реальные входные параметры процесса, а выход модели (статического звена) - оптимизируемый технико-экономический показатель. Априорные сведения для построения аппроксимирующей модели сводятся к качественному характеру причинно-следственных входо-выходных связей технологического комплекса в сравнительных градациях "сильная - слабая, прямая - перекрестная связь" и "запаздывание большое - малое". Модель имеет степени свободы в виде настраиваемых констант. Эти константы определяются идентификацией модели по фактическим заводским данным за достаточно большой интервал времени, многократно превышающий максимальное запаздывание. Универсальность модели выбранной структуры обуславливается следующими двумя фактами. Во-первых, степеней свободы модели оказывается достаточно для адекватного описания практически любого инерционного технологического процесса по каналу "технологические параметры - технико-экономический критерий". Во-вторых, константы этих степеней свободы определяются в результате идентификации по фактическим данным с высокой достоверностью, так как на каждую причинно-следственную связь технологического параметра с выходным критерием приходится в среднем около двух констант (коэффициент влияния и время инерции или запаздывания). Эти факты проверены на технологических процессах в алюминиевой промышленности.

Для такой модели аналитически найден оптимальный алгоритм экстремального управления, который оказывается универсальным в той же мере, в какой универсальна модель выбранной стандартной структуры. Алгоритм состоит из двух блоков: блока оценивания промежуточных переменных модели (параметров состояния динамического звена) и блока собственно регулятора стандартного вида, стабилизирующего эти параметры возле найденных оптимальных значений. Система экстремального управления обеспечивает отыскание и отслеживание оптимума выходного критерия - технико-экономического показателя. Для этого регулятор вырабатывает поисковые и управляющие воздействия на объект по каналам измеряемых технологических параметров, причем поисковые и управляющие шаги оптимально сочетаются.

Имеются сходства и отличия СЭУ и АСУТП. СЭУ так же содержит в своем составе стабилизирующий регулятор. Однако, этот регулятор принципиально многомерный (многоканальный). Это следствие того, что влияние технологических параметров на выходной критерий не допускает декомпозицию на отдельные независимые связи. Кроме того, в СЭУ производится оценивание направления и величины градиента критерия в окрестности его экстремума. Роль этого градиента играет вектор состояния динамического звена модели. Для определения градиента система и сочетает поисковые и управляющие шаги.

Процедура проектирования СЭУ.

Проектирование системы является, по существу, конфигурированием ее из двух блоков: блока оценивания не измеряемых (фиктивных) параметров состояния динамического звена модели и блока стабилизирующего регулятора. Эти блоки могут быть стандартизированы. На первом этапе производится сбор массива фактических заводских данных и определение констант аппроксимирующей модели путем ее идентификации по этим данным. Этот этап можно отождествить с настройкой АСУТП, но производится он на стадии проектирования, а не внедрения системы. На втором этапе производится конфигурирование блоков системы с получением алгоритма управления.