V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Проблема химической очистки тепловых сетей от различного вида отложений, образующихся в результате холодного и горячего водоснабжения, является важной и актуальной задачей. Для создания систем принятия решений в производственных условиях оказывается подходящим ситуационный подход управления, так как в таких системах необходимо учитывать состояние объекта, анализировать варианты решения и их последствия, а также влияние как объективного, так и субъективного характера.

Целью работы является разработка модели ситуационной советующей системы для поддержки принятия решений по процессам очистки тепловых сетей от различного вида отложений, образующихся при горячем и холодном водоснабжении, на основе нечетких множеств.

Под ситуацией выбора решения следует понимать все элементы задачи, такие как состояние исходных данных, варианты решения и их последствия, а также объективные и субъективные факторы, оказывающие существенное влияние на принятие решения.

Область влияния лица, принимающего решение, достаточно велика; однако, варианты решения определяются главным образом параметрами системы и процесса. Факторы, влияющие на принятие решения, могут варьироваться от субъективных, определяемых компетенцией и осведомленностью принимающего решение, до объективных условий, определяемых техническими данными, моделями и различными вспомогательными средствами.

Состояние управляемого объекта характеризуется определенным набором значений технологических параметров, называемых фазовыми координатами. Ситуации объекта изображаются точками с этими координатами в некотором условном фазовом пространстве. Процесс перемещения точки в фазовом пространстве разделяется на ряд последовательных этапов и производится последовательная оптимизация каждого из них, начиная с последнего. На каждом этапе находят условное оптимальное управление, после прохождения всех этапов уже из множества условных оптимальных управлений выбирают одно наилучшее.

При изучении предметной области разработана функциональная структура ситуационной советующей системы, которая представлена на рис. 1. Она состоит из следующих взаимосвязанных блоков:

1)блок регистрации, в котором происходит регистрация экспертов, ввод данных;

2)блок работы с базой ситуаций, он предусматривает получение эталонных ситуаций от экспертов на основе их знаний, а также предоставляет возможность просмотра уже имеющихся ситуаций с помощью запроса;

3)картотека экспертов, содержащая личные данные об экспертах (фамилия, имя, отчество, дата рождения, должность, место работы, стаж работы, пароль);

4)параметры фазификации – содержат основные технологические переменные, в блоке определены верхний и нижний пределы параметров;

5)блок расчета, который в свою очередь включает еще 4 блока:

– блок оценки состояния, где обрабатывается нормированная поступающая информация и определяется эталонная ситуация, ближайшая к текущей;

– блок принятия решений, где рассчитывается степень предпочтения управляющих решений;

– блок выдачи управляющих решений, где производится выбор оптимальных управляющих решений и их дальнейшая дефазификация;

– блок анализа, где определяется наиболее подходящее решение при текущей технологической ситуации;

6)рабочая область; в данный блок поступают обработанные данные из блока расчета; выходной информацией работы блока является набор рассчитанных ситуаций, представленных в виде отчета;

7)справочники; они включают информацию о кислотах, ингибиторах, комплексонах и восстановителях.

При проектировании ситуационной советующей системы была разработана нечеткая модель ситуационного управления объектом. Нечеткая логика используется в системе для формализации нечетких понятий с точки зрения их семантики и обеспечивает эффективную обработку качественной информации наравне с четкими, количественными данными.

Ситуационная советующая система для принятия решений по процессам очистки тепловых сетей функционирует в двух режимах: в режиме получения данных, при запуске которого заполняется база данных новой информацией, и в режиме эксплуатации системы, в котором происходит общение пользователя с системой с целью получения решений по промывке оборудования.

После начала работы происходит ввод исходной информации по технологическим параметрам объекта. При обработке данных количественная информация преобразуется в качественную. Далее проверяется условие о наличии данных от экспертов. При положительном ответе система переходит на блок обновления модели объекта, при отрицательном – на блок расчета степени близости, скорости коррозии и скорости растворения отложений. Производится вывод рассчитанных параметров. В следующем блоке существует такое условие, что если степень близости превышает заданный пользователем порог и пользователя удовлетворяют рассчитанные параметры, то система переходит к расчету управляющих решений, в противном случае система переходит на ожидание новых исходных данных. После расчета управляющих решений, приводящих к оптимизации параметров, производится вывод оптимального управляющего решения. В следующем блоке определяется дальнейшая работа системы: либо она будет переходить в режим ввода новой информации, либо работа системы останавливается.

Рис. 1. Функциональная структура ситуационной советующей системы

При расчете указанных параметров сначала проводится нормировка поступающих данных технологического объекта. Далее с помощью процедуры фазификации проводится преобразование поступающей количественной информации в качественную. Следующим шагом является нахождение нечеткого значения выходных переменных. Для этой цели применяется композиционное правило вывода, в качестве которого используется максиминное произведение. После этого происходит нормализация, то есть нормирование функций степеней принадлежности. По полученной результирующей функции принадлежности находим конкретное значение выходных переменных, применяя процедуру дефазификации. Последний шаг – денормировка, то есть придание исходного вида полученным переменным. При определении степени близости между поступающей и эталонной ситуацией использовались следующие алгоритмы: нечеткое включение ситуаций и расстояние Хэмминга. Метод нечеткого включения ситуаций базируется на определении степени включения нечетких множеств. Ситуация s_i нечетко включается в ситуацию s_k, если нечеткие значения технологических переменных ситуации s_i нечетко включаются в нечеткие значения соответствующих технологических переменных ситуации s_k. Понятие расстояния Хемминга базируется на определении расстояния между нечеткими множествами.

Программный комплекс предоставляет следующие возможности: расчет оптимальных условий промывки тепловых сетей и оптимального состава композиций; ведение баз эталонных ситуаций, параметров фазификации, экспертов; формирование отчетов по результатам работы системы.

В проекте отображаются все ситуации, обработанные в модуле расчета и переданные в проект, либо ситуации, переданные из базы эталонных ситуаций. База ситуаций предполагает получение эталонных ситуаций, сформированных в результате экспертного опроса. База данных позволяет просматривать параметры фазификации и отбирать данные с помощью фильтра. Выходной информацией работы системы является набор рассчитанных ситуаций, представленных в виде отчета.

Код для цитирования: Скопировать