Глава 5. Специфика управления технологическими процессами

5.1 Структурные особенности технологических объектов.

- Первый, самый популярный способ организации технологического процесса – последовательные технологические объекты (последовательная передача топлива/энергии). В общем случае технологический объект последовательного типа выглядит так:

(Пример: конвейерные системы)

- Второй способ организации технологического процесса – параллельные объекты:

(Пример: цеха, агрегаты по обработке металлов: 1, 2…- станки)

- Третий способ организации технологического процесса – последовательно-параллельные объекты:

- Четвёртый способ – технологические структуры часто имеют характер разветвляющихся потоков (в блоке 3 идёт разделение потока вещества, например, полезные и отходы):

1

2

В блоке 3 может происходить разделение потоков (a и b) и по другим признакам (например, агрегатное состояние).

Также к четвёртому способу организации технологических процессов относится сложение потоков:

1

2

- Пятый способ – циклические структуры / технологические структуры с рециклом.

Рецикл – часть вещества или энергии обратно возвращается в технологический процесс. К технологическим структурам с рециклом относится, например, система отопления.

1

2

5

4

В домах с центральным отоплением пароводяная смесь после охлаждения в блоке 3 (дом, квартира) обратно через подготовительные блоки 4, 5, 6 возвращается в систему «котёл - паронагреватель» (1, 2) теплового блока. Часть тёплой воды используется для бытовых нужд – блок 7.

Системы с рециклом особенно широко используются в объектах пищевой и химической технологии: утилизация отходов, возврат в реактор непрореагировавших веществ, энергосбережение. Содержательное назначение блоков 1–7 будет теперь другим, но структурные особенности идентичны показанным на рис. 5.2. Реализация управления существенно зависит при этом от структурных особенностей объекта. Важно при этом чётко сформулировать цель управления.

5.2 Критерии управления технологическими объектами.

Критерий – это математическая формулировка целей управления. Любой критерий является некоторой сложной функцией от векторов входов, управления, выходов.

Чем сложнее объект, тем большим количеством характеристик он описывается. В общем случае к критериям предъявляется несколько требований. Среди всех типов критериев выбираем те, которые удовлетворяют следующим требованиям:

1) Возможность оперативно вычислить критерий.

Оперативность означает, что критерий можно вычислить либо мгновенно, либо с малой задержкой. Многие экономические показатели (доход, себестоимость) не годятся для оперативного управления, поскольку для большинства из них критерии можно вычислить за большой промежуток времени [отчёты банков и компаний за год!].

2) Экономическая окраска – связь критерия с экономическими характеристиками.

S – себестоимость

P – производительность, легко измеряется либо оперативно вычисляется

3) Критерий должен отражать интересы заказчика либо потребителя.

Именно поэтому к разработке ИУС следует привлекать будущих потребителей (особенно в ранге первых руководителей) для правильной формулировки глобальных целей управления.

4) Многокритериальность – целей (критериев) может быть несколько и это обстоятельство следует учесть при построении ИУС. При этом одни из них следует максимизировать, другие минимизировать (по смыслу). Оптимизация при этом означает нахождение компромиссного решения в пространстве управлений.

Экстремум вектора критериев достигается за счёт управления . Воздействие управления на критерий может быть разным как по величине, так и по знаку, а значит необходимо принимать компромиссное решение. Графически это можно представить так:

Здесь показан вариант выбора компромиссного управления при двух критериях и , один из которых стремятся минимизировать, другой – максимизировать.

Между и находится искомое компромиссное решение - U_{компромиссное} , а общая структура управления представлена ниже:

В связи с большой сложностью при решении задач многокритериальной оптимизации, их стремятся несколько упростить:

1) Ситуационное управление – на заданном интервале [t₁,t₂] из всего множества критериев выбирается один главный критерий (не нарушая ограничений по другим критериям).

Для остальных (,…) устанавливается допустимое отклонение на некоторую величину: , .

На другом временном интервале (- ) выбирается другой главный критерий и другие допустимые отклонения от экстремума вспомогательных критериев.

2) Обобщённые критерии (свёртка).

Идея обобщённого критерия сводится к тому, что мы строим из множества критериев один обобщённый критерий и далее решаем задачу одномерной оптимизации. Самая распространённая – линейная свёртка, то есть - линейная функция. Математический вид линейной свёртки (удобно наложить сразу ограничения на ):

Для сохранения физического смысла все составляющие критерии должны иметь одинаковую размерность.

Существует несколько способов сведения критериев к безразмерному виду, для удобства применения (т. н. процедура нормировки):

а) относительное значение критерия

б) отклонение (анализ отклонения в диапазоне [0,1])