Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Курмангазиева Л. Т., Оразбаев Б. Б.,
ПРЕДИСЛОВИЕ
Для эффективного использования большого запаса нефти в экономике страны необходимо развитие перерабатывающих мощностей с обеспечением большей глубины переработки углеводородного сырья и получением качественных нефтепродуктов и нефтехимической продукции. В последнее время наиболее эффективными подходами к решению этих задач стали современные математические методы, основанные на новом математическом аппарате – теории нечетких множеств и возможностей, а также на возможностях современных информационных технологий. Основная цель данной монографии связана с исследованиями и применением этих методов и средств при решении актуальных задач нефтеперерабатывающего производства.
Несмотря на большой нефтяной потенциал, регионы Республики Казахстан остро нуждаются в продуктах нефтепереработки, особенно для производства синтетических материалов, пластмасс, моторных топлив, смазочных материалов и т.д. Для обеспечения этими продуктами проектируются и реализуются производственные комплексы нефтепереработки и нефтехимии.
Средний показатель глубины переработки нефти в республике составляет 70 %. В связи с этим, в первую очередь необходимо разработать стратегию ввода новых мощностей и оптимального управления существующей технологией с учетом последних достижений науки и техники, в т.ч. математических методов и компьютерной технологии, позволяющие оптимально управлять технологическими объектами и процессами нефтепереработки.
В ближайшее время необходимо выполнить большую работу по внедрению на казахстанских нефтеперерабатывающих заводах новых технологий, что будет способствовать расширению ассортимента продукции и повышению ее качества. Эти задачи диктуют требования рынка, ужесточающиеся экологические стандарты и предстоящее вступление Казахстана в ВТО.
Правильная организация и эффективное выполнение рассмотренных задач требует проведения предварительного анализа и исследовательской работы. Применение методов научного прогнозирования и математического моделирования обеспечивает эффективность принятого решения. Поэтому в данной монографии исследуются и предлагаются эффективные методы решения проблем технологических комплексов на основе новых математических методов и возможности современной компьютерной техники.
Предлагаемые методы моделирования на основе доступной информации различного характера и методы принятия решений в условиях многокритериальности и нечеткости исходной информации с учетом лингвистической информации применительно к объектам нефтепереработки будут реализованы на примере процесса получения высокооктанового бензина на блоке каталитического риформинга установки ЛГ Атырауского НПЗ.
Вопросам применения методов математического моделирования при решении производственных задач, в т.ч. задач нефтеперерабатывающей промышленности посвящено большое количество исследований. Однако результаты решения этих проблем в условиях неопределенности, дефицита и нечеткости исходной информации недостаточны, работ, посвященных решению рассмотренных задач в этих условиях относительно мало, много еще не решенных вопросов. Для эффективного решения проблем необходим комплексный метод, позволяющий разработать систему моделей технологических объектов и принимать эффективные решения по управлению ими в реальных ситуациях, характеризующихся неопределенностью и нечеткостью. Эти методы должны учитывать активный элемент производственной системы – человека, его знания и опыт, формализуемый в виде нечеткой информации и обрабатываемый с помощью аппарата теории возможностей (нечеткой математики).
Для эффективного исследования и принятия оптимальных решений при управлении объектами нефтепереработки необходимо построить их математические модели, которые учитывают природу и состояние процесса, тип, и другие особенности объектов. Так как технологические объекты нефтеперерабатывающего производства представляют собой сложный комплекс взаимосвязанных агрегатов, необходимо разработать пакет моделей, который позволяет применение системного моделирования объекта. Кроме того, часто возникают проблемы многокритериальности и неопределенности производственных объектов нефтепереработки, которые затрудняют построение необходимых математических моделей и алгоритмов оптимизации. Вследствие этого, разрабатываемые в данной работе методы синтеза моделей в условиях неопределенности и принятия решений (ПР) на их основе с учетом собранной информации, которая имеет качественный характер и многокритериальности задачи предполагается крайне важным и актуальным.
Целью данной монографии является: разработка эффективных методов моделирования и принятия решений по управлению химико-технологическими системами на примере блока каталитического риформинга, которые на основе комплексной информации количественного и качественного позволяют найти оптимальные режимы работы объекта по вектору критериев.
В монографии эти цели достигаются на основе комплексного применения традиционных и предлагаемых новых подходов при разработке моделей и решении многокритериальных задач принятия решений для определения оптимальных режимов работы технологического комплекса нефтеперерабатывающего производства удовлетворяющих ЛПР и основываясь на их опыте, знаниях и возможностях современной компьютерной техники.
В работе использован системный подход и комплексный метод, включающий: анализ и обобщение достижений математических методов при решении производственных задач нефтеперерабатывающего производства; методы математического моделирования и принятия решений; методы теории возможностей и экспертных оценок; системы программ и компьютерные технологии; промышленно-экспериментальная проверка результатов исследований и технико-экономический анализ.
Научное значение работы заключается: в развитии методологических основ математического моделирования в условиях неопределенности на основе разработки пакета взаимосвязанных математических моделей агрегатов комплекса, с применением доступной информации различного характера и построением лингвистических моделей, учитывающих внутреннюю связь между технологическими параметрами и за счет знаний и опыта специалистов-экспертов обеспечивающих адекватность моделей трудноописываемых объектов; в постановке и решении многокритериальных задач ПР по управлению технологическими объектами нефтепереработки, которые на основе модифицированных компромиссных схем и принципов оптимальности на случай нечеткости исходной информации позволяют найти эффективные решения производственных задач, удовлетворяющие ЛПР.
Практическая ценность результатов работы. Предложенный подход и разработанный алгоритм синтеза математических и лингвистических моделей технологических объектов в условиях неопределенности
позволяют построить эффективные модели и моделировать технологические комплексы нефтепереработки, нефтехимии и другой отрасли.
Формализованные и поставленные многокритериальные задачи ПР и разработанные алгоритмы их решения, на основе модифицированных компромиссных схем и принципов оптимальности и предложенные методы моделирования позволяют найти оптимальные режимы нефтеперерабатывающих, нефтехимических, добывающих, транспортных и других производств.
Разработанные методы моделирования и принятия решений использованы при построении математических моделей технологических агрегатов блока каталитического риформинга установки ЛГ и при выборе оптимальных режимов их работы на основе полученных моделей.
В первом разделе проанализировано современное состояние проблем математического моделирования технологических объектов нефтеперерабатывающего производства; дано описание технологических объектов нефтеперерабатывающего производства, рассмотрены основные характеристики и вопросы повышения эффективности их функционирования; исследованы методы математического моделирования и оптимизации при управлении технологическими объектами в условиях многокритериальности; формализована и приведена общая постановка задачи оптимизации производства, изучены проблемы и подходы их решения.
Во втором разделе предложена методология разработки комплекса моделей технологического объекта с учетом лингвистической информации, рассмотрены вопросы реализация ее на примере блока каталитического риформинга; дано описание объекта исследования – блока каталитического риформинга установки ЛГ-35-11/300-95 Атырауского НПЗ; исследованы вопросы построения комплекса моделей для системного моделирования технологических агрегатов блока каталитического риформинга; разработан алгоритм синтеза моделей технологического комплекса нефтепереработки на основе лингвистической информации; исследованы методы экспертных оценок и приведены результаты их применения при разработке математического описания технологического комплекса блока риформинга, разработан новый метод проведения экспертных процедур в нечеткой среде; на основе предложенных методов построены математические модели основных агрегатов блока каталитического риформинга установки ЛГ; проведена оценка достоверности и сравнение результатов моделирования.
Формализация математических постановок многокритериальных задач оптимизации технологических агрегатов и разработка алгоритмов их решения в нечеткой среде проведены в третьем разделе. В этом разделе проведена формализация и получены математические постановки задач многокритериальной оптимизации технологического комплекса блока риформинга в нечеткой среде на основе модификации различных принципов оптимальности; разработаны диалоговые алгоритмы решения поставленных многокритериальных задач оптимизации при управлении технологическим комплексом на основе лингвистического подхода; исследованы свойства разработанных алгоритмов решения задач оптимизации и предложена методика их выбора при решении конкретных задач производства. В данном разделе с целью апробации предложенных методов на их основе получена математическая постановка задачи оптимизации режимов работы блока каталитического риформинга и с помощью применения разработанного алгоритма А(О)У-ПО поставленная задача решена. Проведено сравнение результатов решения задач оптимизации по предложенному алгоритму, по детерминированному методу и экспериментальным данным и показана эффективность предложенного метода решения многокритериальных задач оптимизации в нечеткой среде.
В четвертом разделе рассмотрены вопросы создания системы моделирования и оптимизации на основе полученных в работе результатов. Исследованы проблемы моделирования и оптимизации при управлении производственными объектами; создана структура и описаны основные блоки компьютерной системы оптимизации на основе моделей объекта; приведены результаты программной реализации разработанных моделей и описание интерфейса системы моделирования агрегатов блока риформинга; Обсуждены перспективы развития систем компьютерного моделирования и многокритериальной оптимизации, а также вопросы применения результатов исследований.
Авторы монографии выражают глубокую признательность рецензентам Е.В. Шикину и А.Т. Сагинаеву за ценные советы, данные при подготовке книги к изданию.
Все замечания по работе и пожелания будут приняты авторами с благодарностью.