Совершенствоание управлениячимико-технологическими системами с помощью экономико-математических моделей
В статье рассматриваются вопросы, связанные с совершенствованием процессов управления непрерывными ХТС. Предлагается возможность такой организации производственных процессов в химической промышленности, которая позволяет оптимальным образом организовать это производство при изменении производственных заданий. Сформулирована гипотеза о том, что наличие экономико-математических моделей процессов, протекающих в типовой химической аппаратуре (реакторы, абсорберы, десорберы, теплообменники, ректификационные колоны и т. д.) позволяет развить системный подход к управлению производством и не требует существенных финансовых вложений. управление математический химический
Ключевые слова: типовые процессы химической технологии, математические описания, маркетинг, оптимальное управление
Kantarjyan S. L. Improving the management of chemical-technological Rafyan T. A. Systems (HTS) using econometric models
The article deals with issues related to the improvement of continuous CTS management processes. An effective organization of production processes in chemical industry by creating an optimal way of organization facing production target change is suggested. An assumption that economic and mathematical modeling in chemical units (reactors, absorbers, strippers, heat exchangers, distillation columns, etc.) provides system approach to production management and does not require significant financial investment is made.
Keywords: chemical engineering unit processes, mathematical descriptions, marketing, optimal control
Введение
Производство химических продуктов должно удовлетворять главным требованиям сегодняшнего дня: они должны производится в нужное время и удовлетворять требованиям по качеству. Особенно они актуальны для производств с непрерывной химической технологией, которые, как правило, представляют из себя сложные системы, состоящие из большого числа взаимодействующих типовых процессов.
Основная часть
Методы нахождения экономически наивыгоднейших решений при проектировании и эксплуатации химического производства рассматривались нами при разработке одного из новыхнаправлений в отраслевой экономике - экономике типовых процессов химической технологии [1]. Она базируется на экономико-математических моделях (ЭММ) типовых технологических процессов и производств, базирующихся на математическом описании взаимозависимостей между технологическими и конструктивными параметрами химической аппаратуры и их технико-экономическими показателями.
Цель работы
Современное понимание различных по степени сложности химико-технологических систем (ХТС) связано, прежде всего, с их представлением в виде цепочки, состоящей из типовых процессов, каждый из которых представляет собой самостоятельный обьект исследования и поэтому нуждается в обособлении от остальных элементов XTC. Изучение разрываемых в данном случае взаимосвязей невозможно без выделения в самостоятельную группу показателей, характеризующих степень влияния оптимизируемого обьекта на внешнюю среду. Эти показатели предлагается называть выходными и использовать для оценки роли и значения оптимизируемого обьекта в ХТС. Если обьектом является типовой процесс химической технологии, его выходными показателями могут быть количество готовой продукции, ее качество, температура и т. д. Для ХТС, представляющих промышленные предприятия, выходными показателями выступают номенклатура производимой продукции, потребость в ней, пункты размещения и т. п.
Материалы и методы исследования
Группу показателей, характеризующих внутреннюю способность системы к решению стоящих перед нею задач, в частности, ее технический и экономический потенциалы называют показателями состояния. Применительно к типовой химической аппаратуре в число этих показателей можно включить основные конструктивные параметры оборудования, его стоимостные показатели, данные о загрузке и т. д. Для более сложных ХТС такими величинами могут быть стоимость основных и оборотных фондов, показатели технического уровня предприятий и т. п.
Заметим, что группировка показателей, характеризующих внешние связи разных по степени сложности элементов ХТС, на входные показатели и показатели состояния в значительной степени условна. Состав показателей, включаемых в ту или иную группу, может трансформироваться в зависимости от целей, которые ставит перед сосбой исследователь системы.
Заметим, что в числе входных, выходных показателей и показателей состояния могут быть показатели, отражающие как количественные, так и качественные признаки оптимизируемых обьектов. Включение качественных признаков осуществлено с целью получения более полных описаний обьектов оптимизации, сводящихся к перечислению всех характеризующих показателей и составлению уравнений связей между ними. Наборы этих показателей вотличие от векторов рекомендуется называть кортежами входных показателей состояания ХТС.
Обозначим указанные кортежи соответственно через
(1)
Схематически кортежи, в которые вошли показатели, отражающие связи оптимизируемой ХТС с внешней средой, изображены на рис.1.
Очевидно, множество возможных значений входных показателей оптимизируемой системы есть некоторое множство кортежей длины n, которое удобно обозначать через X.
S есть элемент множества S, которое само является декартовым произведением трех множеств - X, Y, Z:
Состав показателей, включаемых в кортежи x, y и z будет изменяться в зависимости от тех конкретных целей, которые ставит перед собой исследователь ХТС. Соответственно изменятся и элементы s множества портретов S, определяемые переменным составом показателей входа, выхода и внутреннего состояания.
По способу преобразавания этих показателей в оптимизируемых ХТС можно подразделить системы на три типа. Системы, для которых каждому входу x отвечает определенный и единственный выход y, относятся к первому типу. Связь между ними в этом случае представляется в виде функциональной зависимости y=f(x). Применительно к наиболее просым элементам ХТС - типовым процессам химической технологии в качестве таковых могут быть использованы явные и неявные функциональные зависимости между величинами x и y. Очевидно, что для систем первого типа должно существовать однозначное соответствие между множеством X возможных входов и множеством Y возможных выходов оптимизируемой системы: В предположении, что не каждую пару X, Y можно реализовать в реальных системах, вводится понятие допустимого портрета системы. Для систем, отнесенных к первому типу, им окажется любая пара кортежей, а всякая другая комбинация входных и выходных кортежей <x, y> будет считаться недопустимой.
Аналогично для систем второго типа, в которых одновременно учитываются:
- 1) изменение показателей внутреннего состояния в зависимости от изменения входов и 2) изменение выходов, обусловленное изменением входов и показателей внутреного состояния, можно записать, что. Таким образом, допустимый портрет для систем второго типа представляется как
В системах первого и второго типов все возможные варианты выходов и внутренних состояний полностью определяются заданием входных показателей. Но существуют и более общие системы, в которых каждому входу в принципе может отвечать более чем одно состояние, реализуемое в зависимости от выбора конкретных управляющих воздействий. В этих системах, отнесенных к третьему типу, паре "вход и внутреннее состояние", также может соответствовать не одно, а несколько возможных значений выходных данных системы. Для формирования допустимых портретов систем третьего типа предлагается задавать два подмножества: и. Тогда портрет системы является допустимым, если элементы, пара, а сама тройка
Результаты исследования и их обсуждение
Применительно к ХТС, рассматриваемым в настоящей статье, к первому типу будут отнесены системы, обладающие большим числом закрепленных управляющих параметров. Параметры систем, относимых ко второму классу, обладают большим числом переменных характеристик. Системы третьего типа формируются из общих для них свойств многовариантности, неоднозначности выбора внутреного состояания при заданном входе или неоднозначности выхода при определенном внутреннем состоянии.
Заметим, что всем трем типам систем присуще свойство управляемости, как для отдельных стадий, так и для всей цепочки в целом.
Заключение
Таким образом, задачу оптимального управления можно сформулировать следующим образом: предположим по результатам маркетинговых исследований поступило задание вдвое снизить месячную производительность технологической цепочки. Подобную задачу можно решить двояким способом:
- 1. Остановить работу ХТС, настроенную на выполнении месячного планового задания и оставшиеся 15 дней использовать для очистки, промывки и сушки химического оборудования. Понятно, что это очень трудоемкий и затратный способ решения поставленной задачи. 2. Имея математические описания процессов, протекающих в каждом из аппаратов оптимируемого производства, можно не останавливая производство рассчитать тот набор управляющих параметров, которые позволят выполнить заниженное вдвое плановое задание с минимальными затратами на производство [3].
В следующей статье будут показаны результаты решения подобной задачи на примере многостадийной ХТС, задействованной в производстве моновинилацетилена, основного мономера для производства хлоропреновых каучуков и латексов.
Список литературы
- 1. Кантарджян С. Л. ''Экономические проблемы оптимизации химико-технологических процессов''.- М. "Химия". 1980. 152с.,(Химическая кибернетика) 2. К. А. Багриновский, М. А. Бендиков. Е. Ю. Хрусталев, ''Современные методы управления технологическим развитием'' М. Росиэн. 2001.-271с. 3. Д. В. Маслов, Ю. Т. Рубаник, Ю. П. Адлер, Ю. С. Тишков Форум Деминга: стратегия качества для России: колл. мон. Астраханский ун-т, 2011,255 стр.
Похожие статьи
-
Наиболее ранним способом формализации экономико-математических и ТС является представление физических явлений с помощью систем дифференциальных...
-
Основные понятия теории экономико-математического моделирования Кибернетический подход к исследованию экономико-математических систем Обычно...
-
Модель "вход - выход" для нестационарной системы управления можно представить в следующем виде [2] . Где коэффициенты матриц возмущения и ограничены...
-
Модели надежности технических систем - Законы надежности
В настоящее время сложились общие принципы построения математических моделей надежности. Модель строится только для определенного объекта, или точнее для...
-
МЕТОДЫ ОПИСАНИЯ СОЦИАЛЬНО-ПОЛИТИЧЕСКИХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Динамический образ системы. Системный процесс В своей повседневной жизни процессами люди...
-
Программное управление является приемлемым подходом во многих прикладных ситуациях. На этом принципе основаны, например, простые металлорежущие станки...
-
Модели временных последовательностей, Критерии производительности - Прогнозирующие системы
Используемые для наших целей временные последовательности представляют собой последовательность наблюдений за интересующей переменной. Переменная...
-
В большинстве случаев структурная неопределенность вызвана неполнотой знания аналитической структуры уравнений модели объекта управления. При не...
-
Для достижения поставленной цели предприятию требуются материалы, оборудование, энергия, рабочая сила и другие ресурсы. Каждое предприятие такими...
-
В большинстве реальных больших систем не обойтись без учета "состояний природы" -- воздействий Стохастического типа, случайных величин или случайных...
-
Основные понятия и обозначения Динамическое программирование как самостоятельная дисциплина сформировалась в пятидесятых годах двадцатого века. Большой...
-
Система "Диспетчер" апробирована на реальных исходных данных двух регионов Нефтяной Компании "Юкос" (Липецкая и Воронежская области) и показала свою...
-
Важным этапом изучения явлений предметов процессов является их классификация, выступающая как система соподчиненных классов объектов, используемая как...
-
Возможны две различных стратегии реструктуризации сферы централизованного теплоснабжения, и, как следствие, различные методики анализа возникающих...
-
Построим формализованную модель оценки суммарных издержек в складском грузообороте. Введем обозначения (все показатели соотнесены к периоду в один год и...
-
В практике управления системами различного назначения (экономическими, финансовыми, техническими и др.) неизбежно приходится сталкиваться с различными...
-
В качестве примера конкретной модели процесса управления обсудим модель распределения времени между овладением знаниями и развитием умений, впервые...
-
Отсутствие моделей и количественных методик, позволяющих оценить эффект от намеченных интеграционных процессов и степень их влияния на экономическую...
-
Функционирование СЭС предусматривает соблюдение четких требований к направлениям ее деятельности. Требуется разработать математический аппарат оценки...
-
Функциональные свойства систем - Системная революция и принцип дуального управления
Функциональная полнота системы определяет степень соответствия системы функций, выполняемых системой, множеству функций, выполнение которых необходимо с...
-
Классификация экономико-математических моделей Математические модели экономических процессов и явлений более кратко можно назвать...
-
Теория игр исследует оптимальные стратегии в ситуациях игрового характера. К ним относятся ситуации, связанные с выбором наивыгоднейших производственных...
-
Модели теории игр. Основные определения и термины В разных областях целенаправленной деятельности, например при разработке и эксплуатации АСУ, часто...
-
Анализ комплексных расходов позволяет выявить дополнительные резервы снижения затрат на производство продукции [16], повышения эффективности...
-
Разработка алгоритма нахождения входного потока заявок в имитационной модели контрольно-пропускной системы на основе статистических данных В наши дни...
-
Модели и моделирование. Классификация моделей - Моделирование экономических систем
Первоначально моделью называли некое вспомогательное средство, объект, который в определенных ситуациях заменял другой объект. Например, манекен в...
-
Построение, или моделирование, конечной факторной системы для анализируемого экономического показателя хозяйственной деятельности можно осуществить как...
-
Построение модели с помощью логистической регрессии Прежде чем строить логистическую регрессию, необходимо выбрать конечный набор финансовых и...
-
Моделирование рынка тепла - Расчетная модель оптимизации системы теплоснабжения региона
Энергосистема теплоснабжение конкуренция регион В нашей предыдущей работе [1] была разработана методология анализа конкуренции ТЭЦ и/или котельных, а...
-
В модели рассматривается радиальная тепловая сеть. Потребление тепла в промышленном секторе учитывается при расчете зоны теплового влияния станции, т. к....
-
При управлении подвижными объектами (такими, например, как мобильные роботы, подводные аппараты и т. п.) часто имеет место неопределенность цели, когда...
-
Классификация экономико-математических моделей. - Моделирование перспективного развития экономики
Математические модели экономических процессов и явлений более кратко можно назвать экономико-математическими моделями. Для классификации этих моделей...
-
В данной главе описан способ прогнозирования с помощью НС, основанный на методе окон. Также приведен обзор применения НС в финансовой сфере. Общий подход...
-
Модель Хопфилда - Прогнозирующие системы
В 70-е годы интерес к нейронным сетям значительно упал, однако работы по их исследованию продолжались. Был предложен ряд интересных разработок, таких,...
-
Из перечисленного обзора типов ММ, составляющих предмет ИСО, можно выделить следующие особенности ММ ИСО [3]. - Системный подход, заставляющий...
-
Модель Мальтуса Скорость роста пропорциональна текущему размеру популяции. Она описывается дифференциальным уравнением Где б -- некоторый параметр,...
-
Классификация экономико-математических методов - История развития методов и моделей в экономике
Велика роль математических моделей при описании экономических объектов и процессов, что, безусловно, подтверждается историей развития этого направления...
-
Решение симплекс-методом с помощью симплекс-таблиц - Математические методы и модели в экономике
Определим оптимальный план выпуска продукции, решив задачу линейного программирования (ЗЛП). Для этого сначала приведем модель к каноническому виду...
-
Динамическое программирование Динамическое программирование -- один из разделов оптимального программирования, в котором процесс принятия решения и...
-
Структурная целостность (связность) В системно-физическом плане внутренняя связность (связность) системы проявляется в наличии внутренних...
Совершенствоание управлениячимико-технологическими системами с помощью экономико-математических моделей