close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Методика применения моделей и алгоритмов для повышения эффективности управления технологическим процессом утилизации сульфаткальциевых отходов

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
О
Г
Русина Ольга Николаевна
МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ДЛЯ
ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ
ПРОЦЕССОМ УТИЛИЗАЦИИ СУЛЬФАТКАЛЬЦИЕВЫХ ОТХОДОВ
05.13.06 - автоматизация и управление технологическими
процессами и производствами (промышленность)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
ТОМСК - 2018
Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном
учреждении высшего образования «Национальный исследовательский
Томский политехнический университет» и в федеральном государственном бюд­
жетном образовательном учреждении высшего образования «Томский государствен­
ный университет систем управления и радиоэлектроники»
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Федорчук Юрий Митрофанович
Официальные оппоненты:
Сырямкин Владимир Иванович,
доктор технических наук, профессор,
зав. кафедрой управления качеством
федерального государственного автономного
образовательного учреждения высшего образования
«Национальный исследовательский Томский
государственный университет»
Прохоренко Евгений Валерьевич,
кандидат технических наук, доцент,
зав. кафедрой систем сбора и обработки данных
федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего образования
«Новосибирский государственный технический
университет»
Ведущая организация:
Северский технологический институт - филиал
федерального государственного автономного
образовательного учреждения высшего образования
«Национальный исследовательский ядерный
университет «МИФИ»
Защита состоится 7 июня 2018 года в 15 час. 15 мин. на заседании диссертаци­
онного совета Д 212.268.02 на базе Томского государственного университета систем
управления и радиоэлектроники по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, ауд. 201.
С
диссертацией
можно
ознакомиться
на
сайте
ТУСУРа
https://postgraduate.tusur.ru/urls/13bvxcxq и в Научной библиотеке ТУСУРа по адресу:
634045, г. Томск, ул. Красноармейская, 146.
Автореферат разослан «____ » ________ 201__ г.
Учёный секретарь
диссертационного совета
Зайченко Татьяна Николаевна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Проблемы управления обращением с техногенными от­
ходами с каждым годом все актуальнее: объемы накапливаемых отходов растут, а
предлагаемые способы и методы их утилизации практически не находят широкого
применения.
Так фторангидрит, сульфаткальциевый отход химических производств, накап­
ливается на отвалах или сбрасывается в водоемы в больших количествах в таких ре­
гионах России, как Томская, Пермская, Свердловская области. Тогда как техноген­
ный ангидрит возможно успешно утилизировать, т.е. использовать для производства
товаров (продукции).
Из научно-технической литературы известно использование фторангидрита в
качестве компонента строительных изделий типа панелей. В 70-х годах прошлого
века в Японии из таких панелей возводили межкомнатные стены. Но по экономиче­
ским причинам это направление применения фторангидрита прекратило свое суще­
ствование1, не смотря на то, что технологии утилизации фторангидрита являются
ресурсосберегающими с возможностью задействования в технологическом процессе
(ТП) и других видов техногенных отходов, например золошлака.
В Томском политехническом университете предложено на основе фторангидрита изготавливать ангидритовое вяжущее и каркасно-монолитные модули помеще­
ний (КММП) для возведения малоэтажных зданий различных назначений, напри­
мер, гаражных боксов.
В связи с тем, что техногенное ангидритовое вяжущее, полученное из твердых
отходов фтороводородного производства, отличается от традиционных цементных и
гипсовых вяжущих по прочности (марочности), по срокам схватывания, по водо­
стойкости и морозостойкости, по углу откоса, по составу, т.е. является новым стро­
ительным материалом, поэтому при организации управления технологическими
процессами обращения с сульфаткальциевым отходом, в частности, технологиче­
ским процессом получения каркасно-монолитных модулей помещений (КММП),
возникли трудности по соблюдению точности дозировки компонентов в ручном ре­
жиме, по выдержке времени перемешивания массы, по соблюдению однородности
уплотнения стенового материала в межопалубочном пространстве.
В этой связи актуальность темы исследования заключается в необходимости
разработки совокупности моделей и алгоритмов эффективного управления техноло­
гическими процессами утилизации сульфаткальциевых отходов с учетом свойств
фторангидрита, нового компонента строительных изделий, с целью получения кон­
курентоспособной строительной продукции в соответствии со строительными нор­
мами и правилами (СНиП).
Объектом исследования являются технологические процессы и методы
управления утилизацией фторангидрита в процессе получения строительной про­
дукции на его основе - каркасно-монолитных модулей помещений.
1 Бондаренко С.А. Модифицированное фторангидритовое вяжущее и строительные
материалы на его основе: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.05/ Бондаренко Сергей Алексеевич. Челябинск, 2008. - 146 с.
3
Предметом исследования являются виды и методы применения моделей и ал­
горитмов эффективного управления технологическим процессом производства
КММП с учетом специфики свойств фторангидрита и качество стенового материала
в каркасно-монолитных модулях (КММ).
Целью данной работы является повышение эффективного управления утили­
зацией сульфаткальциевых отходов и технологическим процессом получения строи­
тельных каркасно-монолитных модулей помещений на основе фторангидрита.
Для выполнения обозначенной цели необходимо решить следующие задачи:
- выполнить анализ состояния проблемы утилизации фторангидрита, сульфаткальциевого отхода химических производств, выявить факторы, способствующие получе­
нию качественной конкурентоспособной строительной фторангидритовой продукции;
- предложить комплексное управление технологическим процессом утилизации
сульфаткальциевых отходов с применением совокупности признанных разработан­
ных и оригинальных методов и приемов;
- обосновать целесообразность процесса обезвреживания (нейтрализации) фторангидрита как наиболее эффективного способа управления сульфаткальциевыми
отходами с целью снижения экологической нагрузки на окружающую среду и полу­
чения экологически безопасной строительной продукции;
- разработать и применить математические модели технологических этапов
производства каркасно-монолитных модулей помещений, прогнозирующие эффек­
тивные управляющие воздействия для получения конкурентоспособной строитель­
ной продукции требуемых характеристик;
- ввести элементы системы автоматизации управления технологическим про­
цессом получения ангидритовой смеси с учетом свойств основного компонента сме­
си - фторангидрита;
- предложить алгоритм эффективного управления техногенными отходами и
разработать программный продукт на его основе с учетом требований современного
природоохранного законодательства.
В качестве основных методов исследования применялись методы системного
анализа, метод функционального проектирования по методологии IDEF0, нейрон­
ные сети, нечеткая логика, аналитическое, визуальное и имитационное моделирова­
ние. Также результаты диссертационной работы были получены по итогам экспери­
ментальных и теоретических методов исследования.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:
1. Впервые предложена обобщенная структурно-функциональная методика
управления технологическим процессом утилизации фторангидрита, нового материала
для строительной промышленности, позволяющая выделить управляющие воздействия
и необходимые ресурсы и обосновать введение элементов автоматизированной систе­
мы управления на производстве фторангидритовых строительных изделий.
2. Разработаны, исследованы и применены новые математические модели для
эффективного управления технологическим процессом утилизации фторангидрита и
производства ангидритовых строительных изделий:
4
- аналитическая модель процесса смешения, позволяющая обосновать эффек­
тивное время смешения компонентов, ранее не используемых в традиционной стро­
ительной промышленности;
- нейросетевая модель нелинейной многокомпонентной химической системы, в
которой установлена связь исходного состава со свойствами и параметрами получа­
емого ангидритового стенового материала нового типа;
- имитационная модель управления техногенными запасами, сохраняющими
неизменные свойства на протяжении времени хранения, отличающаяся управлением
и комплексированием процедур подготовки утилизации фторангидрита и золошлака
и реализации строительных изделий на их основе;
- нечеткая модель загрузки исходных компонентов, отличающаяся базой пра­
вил, для поддержания необходимого уровня заполнения расходной емкости посред­
ством изменения значений числа оборотов шнекового вала (производительности по­
дачи).
Реализация результатов работы:
1.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образо­
вания и науки РФ, проект № 8.8184.2017/8.9 «Методология создания систем энерго­
генерирующих и энергопреобразующих устройств для наземных и бортовых ком­
плексов наземного, космического и подводного базирования».
2. Результаты разработки системы управления сульфаткальциевыми отходами
реализованы при изготовлении КММП, а также в программном продукте «Про­
грамма процессов управления отходами» в системе управления базами данных
MySQL.
3. Результаты работы внедрены на предприятии ООО «ТПУЭкоСтрой», а также
в учебном процессе Национального исследовательского Томского политехнического
университета и Томского государственного университета систем управления и ра­
диоэлектроники.
Практическая ценность работы:
1. В процессе разработки структурно-функциональной методики эффективного
управления технологическим процессом утилизации сульфаткальциевых отходов
были исследованы и проанализированы этапы производства, выявлены слабые сто­
роны технологии, связанные с выполнением операций в ручном режиме, и предло­
жены датчики и исполнительные механизмы элементов автоматизированной систе­
мы управления, исключающие человеческий фактор при регулировке загрузки рас­
ходной емкости, процессов дозировки и перемешивания исходных компонентов ан­
гидритового бетона.
2. Построенные модели позволяют спрогнозировать управляющие воздействия
при осуществлении этапов производства изготовления каркасно-монолитных моду­
лей помещений с целью получения продукции заданных свойств, в соответствии со
СНиП и отвечающие требованиям и запросам конечных потребителей продукции.
3. Программный продукт, разработанный на основе оригинального алгоритма,
позволил организовать работу производства в соответствии с природоохранными
требованиями и скоординировать действия ответственного по обращению с отхода­
ми на предприятии.
5
Положения, выносимые на защиту:
1. Обобщенная структурно-функциональная методика управления технологи­
ческим процессом утилизации сульфаткальциевых отходов, позволяет представить в
комплексе все этапы производства с выделением управляющих воздействий. (Соот­
ветствует п. 3 паспорта специальности 05.13.06: Методология, научные основы и
формализованные методы построения автоматизированных систем управления тех­
нологическими процессами (АСУТП) и производствами (АСУП), а также техниче­
ской подготовкой производства (АСТПП) и т. д.)
2. Математические модели технологического процесса производства ангидри­
товых каркасно-монолитных модулей, позволяющие спрогнозировать управляющие
воздействия на технологические объекты с целью изготовления конкурентоспособ­
ной строительной продукции, отвечающей требованиям СНиП. (Соответствует п. 4
паспорта специальности 05.13.06: Теоретические основы и методы математического
моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функцио­
нальных задач и объектов управления и их алгоритмизация).
3. Оригинальный алгоритм и программное обеспечение на его основе обеспе­
чивает организацию экологически безопасного производственного процесса. (Соот­
ветствует п. 9 паспорта специальности 05.13.06: Методы эффективной организации
и ведения специализированного информационного и программного обеспечения
АСУТП, АСУП, АСТПП и др., включая базы и банки данных и методы их оптими­
зации).
4. Элементы автоматизированной системы управления технологическим про­
цессом получения каркасно-монолитных модулей помещений из техногенного ан­
гидрита с учетом особенностей такого вторсырья, обеспечивающие точность дози­
рования и поддержание эффективного времени перемешивания исходных компо­
нентов при заданной производительности. (Соответствует п. 4 паспорта специально­
сти 05.13.06: Теоретические основы, средства и методы промышленной технологии
создания АСУТП, АСУП, АСТПП и др.).
Достоверность результатов работы подтверждается рациональным способом
возведения ангидрито-шлакового здания промышленных размеров в 2013 году в
Томском регионе, которое является продолжением тематики получения ангидрито­
вых промышленных конструкционных строительных изделий начиная с 1979 года.
Результаты работы согласуются и не противоречат выводам других разработок и ис­
следований по указанным проблемам. Также достоверность проведенных расчетов
подтверждается моделированием в инструментальной средах MATLAB, BPwin,
Anylogic, а также соответствием теоретических исследований и экспериментальных
данных.
Апробация результатов диссертации. Основные материалы диссертацион­
ной работы были представлены на:
- VII Международной XVIII Традиционной научно-практической конференции,
посвященной памяти профессора Плахотника В.Н. «Экологический интеллект 2013» , Днепропетровск;
- VI Международной научно-практической конференции «Научно-техническое
творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях, Москва, 2014г.;
6
- Всероссийской научно-практической конференции, приуроченной к 105летию со дня рождения Б.В. Громова,Томск, 1 - 3 октября 2014 г.;
- III Всероссийской с международным участием научно-практической конфе­
ренции по инновациям в неразрушающем контроле SibTest , Горный Алтай, 27-31
июля 2015 г.;
- VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и
молодых ученых «Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, техно­
логии, безопасность», г. Томск 23 - 27 мая 2016 г.;
-Международная конференция по инновациям в неразрушающем контроле
SibTest, г. Новосибирск 28-30 июня 2017 г.;
- Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Моло­
дежь, наука, технологии: новые идеи и перспективы» (МНТ-2017), г. Томск 25-27
октября 2017 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ из них 6
публикаций в изданиях, входящих в перечень ВАК; 2 статьи, индексируемых
Scopus; получено 1 свидетельство о государственной регистрации программы для
ЭВМ и 1 патент на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех
глав, заключения, списка литературы из 155 наименований. Общий объем работы
составляет 207 страниц машинописного текста, включая 104 рисунка, 20 таблиц и 8
приложений.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении определены цель, объект и предмет исследования. Сформулиро­
ваны положения, выносимые на защиту и научная новизна работы.
В первой главе проведен анализ проблемы управления обращением с отхода­
ми в Российской Федерации, проанализированы современные способы нейтрализа­
ции и утилизации (использования) фторангидрита (рис. 1).
Рис. 1— Направления использования фторангидрита
7
Предложена система управления отходами на предприятии, основанная на тре­
бованиях российского законодательства, процедур экологического менеджмента и
аудита согласно ГОСТ Р ИСО 14001 и с учетом способов утилизации отходов, пред­
ложенных учеными Томской области (рис. 2).
Схема представляет собой последовательность процедур, обеспечивающих
управление обращением с отходами, и включает в себя создание базы нормативных
и законодательных актов, блок инвентаризации, карты управления отходами, за­
ключения по результатам аудита деятельности по обращению с отходами, програм­
мы управления отходами и конкретными предложениями по утилизации отходов,
основанными на отечественных разработках.
Рис 2 — Структурная схема процессов контроля функционирования системы управления отходами
БД - база данных; ИВОС - источник воздействия на окружающую среду; ФИО - фамилия, имя,
отечество
Во второй главе рассмотрена уникальная в своем роде ресурсосберегающая
строительная технология получения ангидритовых конструкционных изделий типа
каркасно-монолитных модулей помещений.
В главе описаны модели управления обращением с сульфаткальциевым отхо­
дом на примере технологии получения КММП, которые призваны проанализировать
процессы производства строительного материала, определить их структуру, свой­
ства, выявить особенности взаимодействия с внешней средой, определить слабые
стороны и предпочтительные способы управления в заданных параметрах. Предло­
женные модели впервые применяются при осуществлении технологии получения
ангидритовых КМПП.
8
Построенная модель бизнес-процессов описывает взаимосвязь технологических
процессов технологии получения КММП с момента поиска и заготовки исходного
сырья для производства до реализации готовой продукции и получения прибыли. На
рисунке 3 представлена декомпозиция контекстной IDEF диаграммы.
Рис. 3 — Декомпозиция контекстной диаграммы
Контекстная диаграмма состоит из шести основных процессов: накопление от­
ходов, подготовка материалов, приготовление ангидритового бетона, изготовление
металлического каркаса, изготовление КММП, реализация. Каждый процесс произ­
водства КММП также подробно проанализирован и декомпозирован.
Анализ модели бизнес-процессов выявил этапы, которые требуют детальной
разработки, уточнения, так как от технологически выверенного их осуществления
зависит получение ангидритовой продукции требуемого (заданного) качества.
Наиболее уязвимыми в технологическом процессе производства КММП явля­
ются процессы, происходящие в растворобетоносмесителе. Это подача в заданном,
строго выверенном соотношении исходных компонентов для получения ангидрито­
вой строительной смеси и контроль параметров смешения, таких как время переме­
шивания и однородность полученной смеси.
Также важно организовать сбыт ангидритовой продукции, так как строитель­
ным изделиям на основе фторангидрита сложно конкурировать с налаженными про­
изводствами гипсовых изделий.
Для осуществления контроля подачи исходных компонентов строительной сме­
си в главе рассчитан нечеткий регулятор на основе алгоритма Мамдани, наиболее
распространенного способа логического вывода в нечетких системах.
Объектом нечеткого регулирования является расходный бункер, в котором регули­
рующим элементом является частотный преобразователь сигнала, поступающий на
электродвигатель привода шнека. Для управления уровнем заполнения бункера техно­
генным ангидритовым вяжущим (ТАВ) используется регулятор управления асинхрон­
9
ным электродвигателем привода шнека, который формирует требуемую частоту, за счет
чего достигается необходимая производительность загрузочного транспортера.
Исходя из накопленного опыта и проведенных исследований установлено, что
уровни заполнения расходного бункера зависят от производительности по фторангидриту (G), при этом нормальный уровень расходного бункера Levelnonn составляет G х 8 час
+ 0,5 часа запаса; максимальный уровень Levelnax= Gх8+1,0хG=9хG; минимальный уро­
вень Level niin= 1,0 х G.
База знаний нечеткого регулятора включает следующие правила:
1. Если уровень ТАВ в расходном бункере ниже минимального, то регулятор
для управления асинхронным электродвигателем привода шнека формирует 60 Гц
(производительность загрузочного транспортера максимальная 100 %);
2. Если уровень ТАВ в расходном бункере выше минимального, но ниже нор­
мального, то регулятор формирует 54 Гц (производительность загрузочного транс­
портера 90 %);
3. Если уровень ТАВ в расходном бункере нормальный, то регулятор формиру­
ет 30 Гц (производительность загрузочного транспортера 50 %);
4. Если уровень ТАВ в расходном бункере выше нормального, но ниже макси­
мального, то регулятор формирует 6 Гц (производительность загрузочного транс­
портера 10 %);
5. Если уровень ТАВ в расходном бункере достиг максимальной отметки, то
регулятор формирует 0 Гц (производительность загрузочного транспортера 0 %).
Построенный нечеткий регулятор позволяет управлять уровнем заполнения
расходного бункера для обеспечения бесперебойной работы последующих этапов
производства.
Для окончательного анализа разработанной нечеткой модели построена по­
верхность нечеткого вывода (рис. 4), которая позволяет провести общий анализ
адекватности нечеткой модели и оценить влияние изменения значений одной из
входных нечетких переменных на значение выходной нечеткой переменной.
В Surface Viewer Untitled2
°
11 ~||
"» I
““
в
а
I
~\
Рис. 4 — Вид программы просмотра поверхности нечеткого вывода
для разработанной нечеткой модели
10
Для определения эффективного соотношения исходных компонентов ангидри­
товой строительной смеси использован нейросетевой подход, который позволяет на
основе экспериментально полученных параметров технологического процесса мо­
делировать требуемые показатели качества получаемой продукции, например, про­
гнозировать прочностные характеристики получаемых строительных изделий.
В качестве нейросетевой модели ангидритового бетона выбрана искусственная
нейронная сеть с обратным распространением ошибки, у которой число нейронов в
скрытом слое составляет 8, а количество эпох обучения равно 100 (рис. 5).
Х1
Входной
слой
Скрытый
слой
Выходной
слой
Рис. 5 — Структура искусственной нейронной сети
Валидность полученной нейросетевой модели вещества проверялась согласно
известным экспериментальным данным. Проведенная проверка определила, что по­
грешность моделирования не превышает 1%. На основе экспериментально полу­
ченных параметров технологического процесса - соотношения исходных компонен­
тов строительной смеси моделируется расчет такого важного показателя качества
как прочность получаемой продукции.
Эффективное время перемешивания определялось по результатам реализации
модели идеального смешения веществ в соответствии с уравнением 1 в пакете
Simulink среды MatLab 8.1.
dC(t) = | ■(Q,C, + Q2C2)(t) - 1 ■C(t),
(1)
где Q1 и Q2 - расход смешиваемых веществ, а C1 и С2 -коэффициент их однород­
ности. Q и C - это расход и процент однородности смешанных веществ.
Для моделирования используем исходные данные (таблица 1):
11
Таблица 1 — Исходные данные для создания модели
C
^золотла^
САВ, мас.%
Qзолошлак, м3
QАВ, м3
мас.%
55,7
0,614
36,7
Cвода, мас.%
0,477
7,6
Результатом реализации схемы идеального смешения веществ в среде MatLab
8.1 является график на рис. 6 , отражающий зависимость времени смешения веществ
в смесителе от процентного отношения однородности (вязкости), по которому опре­
деляем эффективное время перемешивания строительной смеси.
Свх, %
57
56
55
54
53
52
51
50
49
О
2
4
б
8
10
12
t, мин
Рис. 6 — График процесса регулирования процесса идеального смешения
При заданных известных значениях производства КММП для достижения тре­
буемой однородности ангидритовой строительной смеси в растворобетоносмесителе
эффективное время перемешивания составляет 4,5 мин, что подтверждается резуль­
татами экспериментов, проведенных на производстве строительных ангидритовых
изделий.
Для управления сбытом готовой ангидритовой продукции в среде Anylogic по­
строена имитационная модель управления запасами, включающую в себя 7 агентов:
магазин, склад готовой продукции, завод, склад сырья, средства доставки. Принцип
работы имитационной модели управления запасами готовой строительной ангидри­
товой продукции состоит в том, что как только уровень запасов магазина опускается
ниже допустимого, посылается запрос на склад готовой продукции. Если спрос ма­
газина меньше, либо равен запасам вышеупомянутого склада, то осуществляется по­
ставка. Далее, если после поставки уровень запасов склада готовой продукции ниже,
чем того требует магазин, со склада сырья на завод выдвигается грузовик. На заводе
происходит производство продукта и отгрузка на склад готовой продукции. Цикл
повторяется. С помощью данной модели возможно экспериментально найти те зна­
чения параметров, которые обеспечат требуемый эффективный уровень издержек.
12
В главе также приведены расчеты класса опасности фторангидрита до и после
обезвреживания (нейтрализации), которые проводились согласно критериям отнесе­
ния опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды (ОПС),
утвержденных приказом МПР № 511 от 15.06.2001. Расчеты показали, что процесс
обезвреживания техногенного фторангидрита является одним из элементов управ­
ления отходами, т.е. обработкой отхода с целью снижения его уровня опасности до
допустимого значения. Уменьшение класса опасности отхода, являющегося исход­
ным сырьем, со второго высокоопасного на четвертый малоопасный позволяет го­
ворить о безопасности и экологичности производства и получаемой продукции.
В третьей главе предложена структурно-функциональная модель автоматиза­
ции технологического процесса производства каркасно-монолитных мобильных мо­
дулей строительных помещений на основе фторангидрита.
В нашем технологическом процессе необходимо поддерживать и контролиро­
вать следующие технологические параметры: вес ангидритового вяжущего (АВ) в
накопительной емкости - бункере; вес просеянного шлака; уровень воды в емкости;
расход воды; расход АВ; вращение вала растворобетоносмесителя; весовое содержа­
ние компонентов в растворобетоносмесителе; величину давления воздуха в ресивере
компрессора; вертикальность и горизонтальность металлических швеллеров, из ко­
торых сваривается каркас модуля; уровень и плотность смеси в межопалубочном
пространстве.
Было определено, что программно-аппаратный комплекс автоматизированной
системы управления должен содержать минимум три уровня для обеспечения высо­
кой надежности функционирования технологического процесса. Нижний уровень
включает в себя исполнительные механизмы и датчики. Средний уровень состоит из
управляющего контроллера. Верхний уровень - это автоматизированное рабочее ме­
сто оператора на базе персональной электронно-вычислительной машины.
С учетом задач и особенностей производственного процесса каркасно­
монолитных модулей помещений, для обеспечения контроля и поддержки техноло­
гических параметров было предложено следующее оборудование: датчик веса, нор­
мирующее устройство, концевые выключатели, расходомер, радарный уровнемер,
плотномер, манометр, лазерный уровнемер, бетатрон, преобразователь частоты.
Таким образом, внедрение разработанной модели с предлагаемым оборудова­
нием позволит впервые осуществить автоматизацию производства ангидритовых
каркасно-монолитных модулей на основе фторангидрита.
Так как в производстве КММП очень важна точность дозировки, нами предло­
жен способ для увеличения точности дозировки через измерение объема сыпучих
материалов в резервуарах с помощью цифровой телекамеры, закрепленной над по­
верхностью измеряемого материала и герметически отделенной от него оптически
прозрачным элементом, и мерной шкалы, нанесенной на боковую стенку резервуара
(рис. 7). Объём сыпучего материала в резервуаре определяют по формуле 2:
жх D 2
i
------1 (hi - hi)]
Vc= 4 [(H-h2) + 3
,(2)
где Н -высота резервуара, D - диаметр резервуара.
13
Рис. 7 — Способ контроля параметров сыпучих материалов в резервуарах
Также для технологии производства КММП на основе представленной схемы
(рис. 2) разработана информационная среда «Программа процессов управления от­
ходами» (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ
№2015615143 от 08 мая 2015 г.). Указанная разработка призвана стать частью авто­
матизированной системы управления предприятием (АСУП) и представляет собой
программное средство, которое в комплексе с техническими, организационно­
технологическими средствами и мероприятиями подготовленного персонала, осу­
ществляет планирование и контроль такой природоохранной деятельности предпри­
ятия, как управление отходами.
В четвертой главе представлены опытно-промышленные испытания техноло­
гии получения каркасно-монолитных модулей помещений, основанные на разработ­
ке и внедрении экспертной системы (ЭС) на действующем производстве. Анализ и
обработка контекстной диаграммы (рис. 3) позволили составить структурную схему
процессов управления этапами производства ангидритовых строительных изделий
(рис. 8). Предложенная
экспертная система опробована на действующем
производстве. Достоинством предлагаемой системы является возможность
дополнять, систематизировать, сохранять знания и опыт высококвалифицированных
экспертов. ЭС показала свою эффективность в управлении технологическим
процессом производства КММ, а также может использоваться для обучения
персонала, ознакомления с технологическим процессом и уточнения ключевых
моментов при принятии управленческих решений.
14
♦
TAB
Вода
*
Входной
контроль
:*
Входной
контроль
Шлак
Входной
контроль
Нет
Измельчение.
разбавление
инертом
Контроль
качества
Нет
Использование
при отсыпке
дорог
Возврат
поставщику
Приготовление стенового
_ _ _ _ _ материала_ _ _ _ _
Нет- Контроль
качества
Ж
Корректировка
составов и режимов
Повторная
утилизация
Нет
Контроль
качества
Ж
Контроль
качества
Нет
■>
(металл)
Входной
контроль
Нет
Коррект. хим.
состава, очистка
от примесей
м чт
Заполнение
межопалубочного
пространства
Прокат
Нет
Нет
Ж
_L
Изготовление
каркаса
Контроль
качества Нет
Контроль
качества
Нет
Рихтовка
1
Контроль
качества
Нет
Металлолом
Размеры,
вертик-ть,
Нет
горизонт-ть
Ж
Использование в
системе
охлаждения
J_
Контроль
Монтаж
Ж
качества
опалубки
Заполнение
Нет пустот
вручную
да|— »Разопалубка
г
Корректировка
режима
виброуплотнения
Склад готовой
продукции
ХХаЛШаЦИл
Рис. 8 — Структурная схема процессов управления
15
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. В результате проведенного аналитического обзора определено, что наиболее
эффективным способом утилизации фторангидрита является получение на его осно­
ве строительных материалов. Большинство существующих технологий получения
фторангидритовой строительной продукции требуют усовершенствования и дорабо­
ток.
2. Создана модель бизнес-процессов управления сульфаткальциевыми отхода­
ми, позволяющая осуществлять контроль всех этапов производства от накопления
отходов до реализации готовой строительной продукции.
3. Построена модель управления загрузкой растворобетоносмесителя на основе
нечеткой логики для технологического производства получения ангидритовых кар­
касно-монолитных модулей, которая позволяет регулировать уровень заполнения
расходного бункера, определять эффективные параметры процессов для обеспече­
ния бесперебойной работы производства.
4. Создана нейросетевая модель прогнозирования прочности получаемой стро­
ительной продукции в зависимости от соотношения исходных компонентов нели­
нейной многокомпонентной химической системы для каждой новой партии получа­
емого сырья.
5. Построена аналитическая модель процесса смешения для определения эф­
фективного времени перемешивания с целью достижения однородности ангидрито­
вой строительной смеси.
6. Построена имитационная модель управления техногенными запасами, регу­
лирующая ключевые параметры спроса и предложения, а также позволяющая от­
слеживать изменение результатов в реальном масштабе времени. С помощью дан­
ной модели возможно экспериментально найти те значения параметров, которые
обеспечат требуемый уровень издержек.
7. Расчетным методом и практической реализацией от лабораторных до опыт­
но-промышленных масштабов доказано, что обезвреживание (нейтрализация) фторангидрита является эффективным способом обращения с таким видом отхода.
Эколого-экономическая эффективность от реализации указанного технологиче­
ского этапа производства составляет 3,68 млн. руб. в год (расчет для Томской обла­
сти).
8. Разработан оригинальный алгоритм поддержки управления техногенными
отходами, позволяющая наладить организацию обращения с промышленными отхо­
дами, учитывающая в себе требования российского законодательства, серии ИСО
14000 и накопленный опыт утилизации отходов.
Предлагаемая система представляет собой последовательность процедур, обес­
печивающих управление отходами и включающая создание базы нормативных и за­
конодательных актов, блок инвентаризации, карты управления отходами, заключе­
ния по результатам аудита деятельности по обращению с отходами.
9. В рамках предложенного оригинального алгоритма поддержки управления
техногенными отходами разработана информационная среда «Программа процессов
управления отходами», объединяющая в себе возможность формировать базы дан­
16
ных по образующимся на предприятии отходам и выработки рекомендаций по их
утилизации.
10. Полученные практические и экспериментальные данные позволили разра­
ботать трехуровневую структурную схему системы автоматизации технологическо­
го процесса подготовки ангидритовой строительной смеси, обеспечивающую точ­
ность дозирования компонентов при заданной производительности. Также были
предложены датчики и элементы измерительной системы.
11. Запущена технологическая линия производства строительных каркасно­
монолитных модулей помещений на основе фторангидрита при личном участии ав­
тора и под руководством Ю. М. Федорчука.
Основные публикации по теме диссертационного исследования
Публикации в изданиях, включенных в Перечень рецензируемых науч­
ных изданий
1. Русина О.Н. Оценка возможности утилизации отходов I-IV классов опасно­
сти, образующихся в вузах, на примере Томского политехнического университета /
О.Н. Русина, Ю.М. Федорчук, В.Н. Извеков // Экология и промышленность России.2012.- № 5.- С.40-43
2. Русина О.Н. Система управления сульфаткальциевыми отходами для получе­
ния каркасно-монолитных модулей / О.Н. Русина, Ю.М. Федорчук, М.А. Саденова,
С.В. Литовкин // Доклады Том. гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники. 2014. - №3(33). - С. 183-186.
3. Русина О.Н. Автоматизация системы управления сульфаткальциевыми отхо­
дами в ресурсосберегающей технологии получения профильных строительных из­
делий / О.Н. Русина, Ю.М. Федорчук, М.А. Саденова // Промышленные АСУ и кон­
троллеры - 2015. - №1. - С. 4-8.
4. Русина О.Н. Автоматизация технологического процесса получения строи­
тельных каркасно-монолитных модулей на основе фторангидрита / О.Н. Русина,
Ю.М. Федорчук, М.А. Саденова // Международный журнал прикладных и фунда­
ментальных исследований. - 2015 - №9 (часть 4) - С. 734-736
Публикации в журналах, индексированных в Scopus
1. Rusina O. Automation of the Technological Process to Produce Building FrameMonolithic Modules Based on Fluoranhydrite / Fedorchuk J., Sadenova M. // Journal of
Physics: Conference Series. — 2016. — Vol. 671 : Innovations in Non-Destructive
Testing (SibTest 2015). — 012050, 4 p.
2. Rusina O. Prediction of the properties anhydrite construction mixtures based on
neural network approach/ Fedorchuk Y., Zamyatin N., Smirnov G. // Journal of Physics:
Conference Series. — 2017. — Vol. 881 : Innovations in Non-Destructive Testing
(SibTest 2017). — 012039, 6 p.
Прочие публикации:
1.
Русина О.Н. Развитие методологии экологического аудита в вузах и его спе­
цифика / О.Н. Русина, Ю.М. Федорчук, В.Н. Извеков // Материалы всероссийской
научно-практической конференции студентов и молодых ученых «ЭКОЛОГИЯ И
ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ» - Томск: ТПУ. - 2010. - С. 47-49
17
2. Русина О.Н. Анализ отходов I-IV классов опасности, образующихся в вузах, на
примере ФГБОУ ВПО НИ ТПУ/ О.Н. Русина, Ю.М. Федорчук, В.Н. Извеков // Материа­
лы XVII Всероссийской научно-техническая конференция «Энергетика: энергоэффек­
тивность, надежность, безопасность» - Томск: ТПУ. - 2011. - С. 324-327.
3. Rusina O. Optimization of production and consumption waste treatment in Tomsk
Polytechnic University/ Fedorchuk J., Izvekov V.// Proceedings of IFOST2012, The 7th
International Forum on Strategic Technology IFOST2012, September 17-21, 2012, Tomsk
Polytechnic University. -VOLUME I, SECTION 1 Chemical Engineering and «Green
Technology». - 2012. - С. 136.
4. Русина О.Н. Программная реализация процедуры проведения экологического
аудита на предприятии / О.Н. Русина, Ю.М. Федорчук, В.Н. Извеков // Материалы VII
Международной XVIII Традиционной научно-практической конференции, посвя­
щенной памяти профессора Плахотника В.Н. «Экологический интеллект - 2013». Днепропетровск: Днепропетровский национальный университет железнодорожного
транспорта имени академика В. Лазаряна. - 2013 - C. 77-78.
6. Русина О.Н. Система экологического аудита для обеспечения экологической
безопасности вуза/ О.Н. Русина, Ю.М. Федорчук, В.Н. Извеков // Научно-техническое
творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях: сборник докладов
VI Международной научно-практической конференции (25-27 июня 2014 г.,
Москва)/ Министерств образования и науки РФ, Моск. гос. строит. ун-т - 2014. - C.
177-180.
7. Русина О.Н. Организация контроля технологическим производством строи­
тельных каркасно-монолитных модулей на основе сульфаткальциевых промышлен­
ных отходов/ О.Н. Русина, Ю.М. Федорчук, М.А. Саденова // Информационные тех­
нологии неразрушающего контроля: сборник научных трудов Российской школы
конференции с международным участием, Томск, 27-30 октября 2015 г. / Нацио­
нальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). —
Томск: Изд-во ТПУ. - 2015. — С. 206-210.
8. Русина О. Н. Модель смешения для производства ангидритовых строитель­
ных каркасно-монолитных модулей помещений/ О.Н. Русина, Н.В. Замятин, Ю.М.
Федорчук, Г.В. Смирнов //Динамика систем, механизмов и машин. - 2017. - Том 5.
- № 4. - С. 127-131
Интеллектуальная собственность
1.
Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №
2015615143. Программа процессов управления отходами / Федорчук Ю.М., Извеков
В.Н., Русина О.Н. Саденова М.А., Извекова Т.Н.- Заявка № 2015611859. Дата по­
ступления 17 марта 2012 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 08 мая
2015 г.
2.
Пат. 2640449 Российская Федерация, МПК7 С 09 К 8/08 (2006.01). Буровой
раствор/ Федорчук Ю.М., Замятина Н.В., Русина О.Н., Саденова М.В., Воронков
Н.Н., Рябцев С.В., Хорев В.С., Матвиенко В.В.; заявитель и патентообладатель
ФГАОУ ВО «Томский политехнический университет». - № 2016141235; заявл.
19.10.2016; опубл. 09.01.2018, Бюл. № 1. - 5 с.
18
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа