Экспертная система по управлению доменным процессом Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

ПЛАНИРОВАНИЕ, ЭКОНОМИКА, УПРАВЛЕНИЕ И РЫНОК ПРОДУКЦИИ

УДК 004.891:669 Иванов Е.Б.

ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ПО УПРАВЛЕНИЮ ДОМЕННЫМ ПРОЦЕССОМ

Доменная печь как агрегат для выплавки чугуна по -явилась в 16 веке и прошла ряд этапов совершенствования: кокс, принудительное дутье, автоматическая загрузка, автоматизированные системы управления технологическим процессом. Протекание технологических процессов в доменной печи основано на противотоке шихтовых материалов и горячих газов. Регулирование сверху выполняется с помощью изменения интенсивно -сти загрузки шихты, регулирование снизу осуществляется изменением параметров дутья (расход, температура, влажность).

Сложность описания данного объекта автоматизации заключается в том, что он является закрытым, и посмотреть, что происходит внутри домны, не представляется возможным. Накопленные научные знания позволяют соблюдать технологию плавки и являются непременным условием высокопроизводительной и безаварийной работы домны. Однако даже для очень опытного мастера при наличии более трех входных/выходных параметров возникают затруднения по ведению ТП в нормальном режиме. Поэтому целесообразно оснащать доменные печи экспертными системами, помогающими оператору принимать правильное решение.

Рис. 1. Модель экспертной системы доменной печи

т1 бм \К, О, И7, Т - расход, давление,влажность

а (~)_______________*3 \ и температура дутья соответственно;

[2 - интенсивность загрузки.

6 (3-----------»О - производительность.

бм ОЖД

В {01,02 -тепловые избытки доменного

[процесса в центре и наперефериипечи.

Рис. 2. Связкапараметров управления процессом

Разработка экспертной системы

Для описания экспертной системы доменной печи использовался инструментарий теории графов. Вершинами являются модели системы, а направляющими ребрами - параметры, которые связывают их входы/выходы.

Рассматривается отказоустойчивая система, когда существует вероятность отказа одной из вершин, но модель продолжает работать в нормальном режиме за счет применения других каналов связи (рис. 1).

На первоначальном этапе используется логическая модель (лм) как основная, применяемая в оперативном управлении с целью предотвращении аварийных ситуаций и сокращения числа простоев. Далее выходные параметры данной модели подаются на вход балансовой (бм - для расчета материального и теплового балансов плавки) и технологической (тм - учитывающей основные расчетные показатели для более полного описания ТП) моделей. Следующая, физико-химическая модель (фхм) участвует в управлении перераспределением химических элементов между чугуном и шлаком при заданной температуре и, как следствие, получении продукции необходимого состава и качества, контролируемого аналитической моделью (ам). Цель последней - проведение качественного анализа продукции с помощью системы Карій на основе базы данных американского общества стандартов и материалов (ЛБТМ) и дальнейшее сравнение результатов с образцами, принятыми в системе за эталон. Также в разработанной экспертной системе доменной печи применяются модели экономики (для расчета себестоимости продукции) и безопасности жизнедеятельности (для определения без -опасности работы персонала).

Более подробное описание системы управления доменной печи представлено на рис. 2.

В качестве вершин все также выступают разрабатываемые модели, а в фигурных скобках, расположенных напротив соответствующих пунктов, представлены параметры, которые осуществляют взаимосвязь моделей через ребра графа.

Модели экспертной системы

Логическая модель доменного процесса состоит из 17 логических таблиц. Входами являются значения переменных, характеризующих устройства, с помощью которых оператор управляет ТП. Так как цель

регулирования - удержание всех наблюдаемых параметров в «норме», то выходы - значения наблюдаемых переменных: уровень засыпи (Н,), скорость схода шихты (V,-), теоретическая температура горения кокса (Т,), температура колошникового газа (ТК) и содержание кислорода (02К) и водорода в колошниковом газе (Н2К). Управление домной осуществляется следующими параметрами: расход (Я), температура (Т) и влажность (№) дутья (регулировка снизу); расход топлив ных добавок и кислорода (В); загрузка центра и периферия печи (1{) (регулировка сверху). Входы (X,) и выходы (У,) различных элементов схемы соединены между собой коммуникационными каналами, по которым распространяются значения сигналов.

Экспертная система построена на базе трехзначной логики [1, 2]. Предполагается, что нормальные значения наблюдаемых параметров определены интервалом Хном ± Д, в пределах которого X принимает значение «норма» (=). В качестве примера рассмотрим модуль преобразователя параметров дутья (см. таблицу) и формулы, описывающие их.

Величины характеризуются тремя качественными уровнями: меньше нормы (0), норма (=), больше нормы (1).

К 0 =БЖТVБЖТ

Кх =

К =БЖТ,

(1)

(2)

(3)

где К0, КХ, К - значения выходного параметра качества дутья в режимах меньше нормы, норма и больше

нормы; ,,,,, - задаваемые параметры в режимах меньше нормы, норма и больше нормы. Для управления доменной печью предусмотрено три режима:

1) ручной (рис. 3), когда оператор задает значения управляемых параметров для исполнительных механизмов в терминах: «меньше нормы», «норма», «больше нормы»;

2) ручной с советчиком (рис. 4), когда советчик в каждом достигнутом состоянии выдает желаемые установки (так же, как и в ручном режиме, оператор задает значения параметров, соглашаясь или изменяя рекомендации советчика);

3) автоматический (рис. 5), когда управление печью осуществляется экспертной системой без вмешательства оператора.

На обработку входных воздействий требуется некоторое время -такт порядка (величина, характеризующая число операций, выполняемых экспертной системой за единицу времени; под выполнением операции подразумевается обработка базы знаний за один цикл; в нашем случае 1 такт = 1 секунде), а перевод печи в желаемое состояние может потребовать нескольких тактов, на каждом из которых должны использоваться раз-

ные воздействия. Применение модели возможно, если из любого ее состояния существует цепь переходов в нормальный режим. Контроль управляемости осуществляется путем последовательного перевода модели во все возможные состояния, для каждого из которых формируются варианты управляющих воздействий.

Балансовая модель необходима для соблюдения материального баланса в печи, а именно баланса по марганцу, основности шлака, выходу чугуна из рудной смеси, марганцевой руды и известняка. При построении данной модели было установлено, что ее переменные являются одновременно входными для балансовой модели и входными/выходными для логической модели (температура колошникового газа (ТК), влажность (№) и температура (Т) дутья, расход природного газа (В)).

Входные переменные модели характеризуют конкретный режим плавки, а также состав сырья, материалов и основного продукта плавки - чугуна. Все входные переменные модели принимают значения из множества положительных чисел:

• состав чугуна, который требуется получить в доменной печи;

• состав агломерата, окатышей, марганцевой руды, флюса, золы кокса, состав природного газа;

• данные условий плавки: температура дутья (Тд), чугуна (Тч), шлака (Тщл), колошникового газа (Ткг), данные по составу дутья и др.

Выходные переменные модели характеризуют составы побочных продуктов плавки - шлака, колошникового газа, а также описывают статьи теплового и материального балансов.

Если для производства чугуна используется смесь материалов, то сначала вычисляется содержание ком-

Модуль преобразователя параметров управления процессом в виде 3-значной логики

Входы Выходы

Э W т К

X X 0 0

X X X X

X X 1 1

X 1 X 0

уставки

наблюдаемые параметры

Доменная печь

Рис. 3. Ручной режим

Рис. 4. Ручной режим с советчиком

Рис. 5. Автоматический режим

поненгов в сырьевой смеси по следующей формуле [3]:

Ком =} а.. •Ком

г /—I Я Я

(4)

G = (а-Ен-Г)/(е-(ґух - ґ„)),

(6)

Р = (И’ - п’)/И’,

(9)

где N - число включений; п’ - число отказов.

Вероятность отказа равна q = 1 - Р. Надежность последовательно совершаемых действий (А - первичное действие, В - вторичное действие) равнаР(АВ)=Р(А)-Р(В).

Вероятность отказа: q(A + В) = 1 - Р(А)-Р(В) = = q(A) + q(B) - q(A)•q(B).

Надежность элемента при его резервировании:

Р(А + 5) = Р(А) + Р( 5) - Р(А)-Р(Б).

(10)

где КомЯ- - содержание компонента (Ее, Жг, Мп и др.) в Я'-м сырьевом материале (окатышах, агломерате и др.); Яу - содержаниея'-го сырьевого материала (окатышей, агломерата и др.) в сырьевой смеси (/). Затем для определения значений расхода компонентов шихты используют известную систему балансовых уравнений вида [2]:

Чрс -(РС) + ¥мр \МР) + Чи • (#) = 100;

(МпРС ) • (РС) +(Мпш ) • (МР ) + (Мпи )•( И ) = 0; (5)

(Щрс • РС + (ко)ш •МР + {ко)и • И = 0

где РС - расход рудной смеси, кг/100 кг чугуна; МР -расход марганцевой руды, кг/100 кг чугуна; И - рас -ход известняка, кг/100 кг чугуна; Ч - количество чугуна, образующегося в доменной печи при проплавлении 1 кг данного шихтового материала, кг чугуна/ кг материала, определяемое для каждого компонента.

Модель безопасности жизнедеятельности персонала. В соответствии с Правилами безопасности ПБ 11-493-02, утвержденными Госгортехнадзором РФ [5], доменная печь относится к высокоопасным объектам. Следовательно, для безопасности персонала, обслуживающего доменную печь, в цехе применяют теплоотводящий экран, который представляет собой сварную плиту из стальных листов, с внутренней стороны футерованную огнеупорным кирпичом. Между сварными листами циркулирует вода, которая поглощает тепло. Необходимое количество воды (кг/т) для охлаждения экрана определяется по формуле [5]:

В настоящее время данная модель совершенствуется введением дополнительных параметров безопасности.

Экономическая модель. Применение в экспертной системе модели расчета экономики производства позволяет определить себестоимость выплавки чугуна следующим образом:

Затраты по каждой /-статье рассчитываются по формуле [6]

з, = К,-Ц„

(11)

где К - расходный коэффициент, показывающий, сколько требуется заданного компонента для получения 1 кг чугуна; Ц, - цена на этот компонент.

Общее количество материалов, задействованных в производстве, определяется как

3 = 3

->в_произв т

уосн.матерт'

(12)

где Зтоплиео - затраты на топливо (кокс и природный газ); 3оснматер - затраты на основные материалы (руда,

агломерат, окатыши). Расходы по переделу:

3,

'передел

= 3,

пер_тотшво

+ Я + Я

' '-'энерг '1др._по_переделу>

(13)

где а - коэффициент поглощения инфракрасных лучей материалом экрана и водой; Ен - интегральная плотность теплового потока от источника излучения, ВТ; Е - площадь стенки экрана, м2; с - теплоемкость воды, Вт/(кг К); (ух - температура уходящей воды, °С; (п - температура поступающей воды, °С.

Травматизм характеризуется коэффициентом ча-| стоты_Л\г и тяжести травматизма КТ:

Кч = 1000-МЧ, (7)

Кт = Д/Ы, (8)

где N - число несчастных случаев за выбранный промежуток времени; Ч - среднесписочное число работающих за этот же промежуток времени; Д - суммарное число дней нетрудоспособности.

Одним из показателей надежности является вероятность безотказной работы агрегата:

где Зпер топлиео - затраты по переработке и обогащению топлива; Зэнерг - энергетические затраты на передел; Здр. по пгргдглу - другие дополнительные затраты. Побочная продукция:

Зпобочнпродукщя Цшпак-М 'Мр1^Цкол_газ*М Пр 2, (14)

где Мж'г, М®* - массы колошникового газа и шлака, вычисляемые по методике расчета балансовой модели процесса производства чугуна Рамма-Похвиснева, кг; Цшлак, Цкопгаз - рыночная цена на шлак и колошниковый газ, руб.; пр\ - доля шлака, которая идет на продажу; пр2 - доля колошникового газа, которая идет на сторону.

Таким образом, общая себестоимость рассчитывается как

С = 3Й

е прсгизе ^Зпередел -Зпобочн продукция•

(15)

Если получится, что расчеты себестоимости по формуле (15) меньше рыночной цены, то производство выгодно. В противном случае необходимо пересмотреть затраты по каждой /-статье и целесообразность дальнейшей работы на существующих условиях.

Заключение

Экспертная система мастера доменной печи построена по принципу гетерогенного моделирования, что позволяет сократить число ошибок при разработке, проектировании и эксплуатации системы и, как следствие, дать достаточно полное и четкое управление рассмотренным ТП

Представленная структура системы была адаптирована к функционированию на других высокотемпературных объектах за счет изменения входных/выход-

ных параметров моделей и связей между ними. Так, разработаны в качестве советчиков экспертные системы шахтной, туннельной и обжиговой печей, а также шлакоперерабатывающей установки (свидетельства об официальной регистрации компьютерных программ для ЭВМ № 2007613839, 2007612365,

2007613838, 2007611236 соответственно).

Список литературы

1. ЗадеЛ. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. М.: Мир, 1976.

2. Кудинов Ю.И., Дорохов И.Н., ПащенкоФ.Ф. Нечеткие регуляторы и системы управления // Проблэмыуправления. 2004. № 3.

3. Металлургия чугуна / ВегманЕ.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н., Юсфин Ю.С. и др. М.: Академкнига, 2004.

4. Общие правила промышленнойбеэопасносги для металлургических и коксохимических предприятий и производств (ПБ 11-493-

02). Утв. пост. Госгортехнадзора России от 21.06.2002 г. № 35, зарег. в Минюсте России 11.09.02 г. № 3786.

5. БринзаВ.Н. Охрана труда и окружающей среды: учеб. пособие для практических занятий для всех специальностей. М.: МИСиС, 1985.

6. Калькуляция себестоимости продукции в промышленности / Белобородова В.А., Чечета А.П., Слабинский В.Т. и др. М.: Финансы и статистика, 1989.

Bibliography

1. Zade L. The concept of linguistic variable and its application to accepting approximate solutions. М.: World, 1976.

2. Kudinov J.I., Dorohov I.N., Pashchenko F.F. Fuzzy logic regulators and control systems // Control Problems. 2004. № 3.

3. Pig-iron Metallurgy / Vegman E.F., Zherebin B.N., Pohvisnev A.N., Jusfin J.S., etc.,. М.: Academkniga, 2004.

4. The general rules of industrial safety for metallurgical and coke making enterprises and manufactures (PB 11-493-02). As confirmed by the decision of Gosgortekhnadzor of Russia on 21.06.2002. № 35, registered in the Ministry of Justice of Russia on 11.09.02. № 3786.

5. Brinza V. N. Labor and environment safety: Textbook for practical training for all specialities. М.: MISA, 1985.

6. Product costing in industry / Beloborodova V.A, Checheta A.P, Slabinsky V.T, etc. М.: Finance and statistics, 1989.

УДК 338.94

Карлик A.E., Кобельков Г.В., Колокольцева Е.В.

ОЦЕНКА БИЗНЕСА И ИНВЕСТИЦИОННАЯ ПРИВЛЕКАТЕЛЬНОСТЬ ПРЕДПРИЯТИЯ

В России относительно недавно начали заниматься оценкой бизнеса и выпускать соответствующих специалистов. Поэтому система оценки еще несовершенна. Оценка стоимости бизнеса или иной другой собственности представляет целенаправленный упорядоченный процесс исчисления величины стоимости объекта в денежном выражении с учетом влияющих на нее факторов в конкретный момент времени и в условиях конкретного рынка.

Оценку бизнеса проводят в целях:

• повышения эффективности текущего управления предприятием, фирмой; определения стоимости ценных бумаг в случае купли-продажи акций предприятий на фондовом рынке. Для принятия обоснованного инвестиционного решения необходимо оценить собственность предприятия и долю этой собственности, приходящуюся на приобретаемый пакет акций, а также возможные будущие доходы от бизнеса;

• определения стоимости предприятия в случае его купли-продажи целиком или по частям. Когда владелец предприятия решает продать свой биз-нес или когда один из членов товарищества намерен продать свой пай, возникает необходимость определения рыночной стоимости предприятия или части его активов. В рыночной экономике часто бывает необходимо оценить предприятие для подписания договора, устанавливающего доли совладельцев в случае расторжения договора или смерти одного из партнеров;

• реструктуризации предприятия. Ликвидация предприятия, слияние, поглощение либо выделение самостоятельных предприятий из состава холдинга предполагает проведение его рыночной оценки, так как необходимо определить цену покупки или выкупа акций, конвертации, величину премии, выплачиваемой акционерам поглощаемой фирмы;

• разработки плана развития предприятия. В процессе стратегического планирования важно оценить будущие доходы фирмы, степень ее устойчивости и ценность имиджа;

• определения кредитоспособности предприятия и стоимости залога при кредитовании. В данном случае оценка требуется в силу того, что величина стоимости активов по бухгалтерской отчетности может резко отличаться от их рыночной стоимости;

• страхования, в процессе которого возникает необходимость определения стоимости активов в преддверии потерь;

• налогообложения. При определении налога облагаемой базы необходимо провести объективную оценку предприятия;

• принятия обоснованных управленческих решений. Инфляция искажает финансовую отчетность предприятия, поэтому периодическая переоценка имущества независимыми оценщиками позволяет повысить реалистичность финан-