УДК 66.097-66.011:681.5 Мауленов Н.Ж. – магистрант, Ескендиров Ш.З. – д.т.н., профессор
advertisement
УДК 66.097-66.011:681.5 Алгоритм выбора решения экспертной системы конструирования новых аппаратов Мауленов Н.Ж. – магистрант, Ескендиров Ш.З. – д.т.н., профессор Шымкентский университет Усложнение современных химико-технологических систем (ХТС) и их элементов вызывает противоречивость разнообразных требований, предъявляемых к оборудованию, т.е. химико-технологическим аппаратам (ХТА). Например, требования повышения производительности и обеспечения широкого диапазона устойчивой работы вступают в противоречие с требованиями снижения энерго- и материалоемкости оборудования. Другим характерным примером является противоречие между тенденцией изобретателей и инженеров-машиностроителей к стандартизации и унификации оборудования. Одним из путей преодоления подобных противоречий является создание нестандартных аппаратов из стандартных унифицированных частей (модулей) для выполнения наиболее важных (лимитирующих) технологических операций и применение стандартных ХТА на вспомогательных (нелимитирующих) стадиях технологического процесса. При конструировании ХТА или создании ХТС возникают 3 принципиально различные ситуации [1]: 1) принимается решение о применении стандартного технологического аппарата из каталога стандартного оборудования, отраслевых нормалей и т.д.; 2) принимается решение о необходимости создания нестандартного технологического аппарата, при этом реализация этого решения опирается на комбинирование простейших унифицированных стандартных конструктивных элементов (модулей), которые выпускаются промышленностью и выстраиваются в унифицированный параметрический ряд с различными типоразмерами. Т.е. речь идет не о выборе стандартного аппарата в целом, а о его построении (сборке) из стандартных конструктивных элементов (модулей); 3) принимается решение о необходимости создания нестандартного технологического оборудования на основе творческого поискового конструирования, решение изобретательских задач с применением новых физических принципов действия. Логическая блок-схема алгоритма принятия решений при выборе и конструировании аппарата для ХТС с учетом трех указанных ситуаций показана на рисунке 1. Для формализации данной стратегии принятия решений при конструировании технологических аппаратов адекватен математический аппарат построения логикоалгебраической (булевой) модели конструкции аппарата [2]. Согласно этому подходу конструкция технологического аппарата представляется в виде совокупности стандартных функционально-конструкционных элементов. Функционально-конструкционный элемент имеет смысл отличительного признака и может соответствовать как конкретным физическим характеристикам, например, поверхности теплообмена в реакторе, так и качественным характеристикам или свойствам, например, стационарному или подвижному слою катализатора, направлению движения теплоносителя и т.п. Наличие или отсутствие функционально-конструктивного элемента соответствует включению или исключению определенного члена в системе логико-алгебраических уравнений или изменению функционального вида уравнений, составляющих математическое описание конструкции аппарата. Принимается функционально-конструкционный элемент Zi, включенный в данную конструкцию, если Zi = 1; запись Zi = 0 значит, что он отсутствует в данной конструкции. 1 2 3 Принятие решения о применении стандартного аппарата 4 Принятие решения о разработке нестандартного аппарата Выбор стандартного аппарата 5 Конкретизация требований процесса к аппарату 6 Ранжировка требований экспертной оценки 7 8 Оценка важности аппарата в ХТС, формирование технического задания Техническое задание на разработку нестандартного решения 14 Создание нестандартного аппарата на основе комбинирования унифицированных модулей Создание нестандартного аппарата на основе творческого поискового конструирования 15 9 10 Подбор конструкционных модулей Обращение к информационному фонду поискового конструирования 16 Определение геометрических размеров аппарата, подбор материала Выбор физического принципа действия 17 11 Подбор унифицированных технологических модулей 12 Эвристический синтез конструкции аппарата Синтез графических изображений аппарата и его узлов 13 Разработка рекомендаций по внедрению Рисунок 1 – Логическая блок-схема алгоритма выбора и конструирования аппарата для ХТС Тогда формальная запись конструкции аппарата в виде логико-алгебраической (булевой) модели примет вид: m m Z i V Z i k 0 k 0 k где Zi - булевые переменные, соединенные логическими знаками объединения V и пересечения Λ. В настоящее время четко обозначились три направления в реализации модульного подхода к созданию высокоэффективного оборудования [3]. Первое направление опирается на выделение группы веществ, близких по физикохимическим свойствам, а также по технологическому и аппаратурному оформлению их получения. Затем для каждой группы из унифицированных аппаратов создается аппаратурно-технологический комплекс, предназначенный для производства конкретного набора химических продуктов. Получаемый в результате комплекс имеет жесткую нетрансформируемую структуру. Основная трудность в его использовании заключается в необходимости очистки всех аппаратов, коммуникаций и других систем при смене номенклатуры. Второе направление заключается в разработке единого многофункционального нетрансформируемого модульного блока с максимальной функциональной избыточностью, обеспечивающей возможность проведения в одном и том же блоке различных цепочек технологических операций. Третье направление основано на создании легкотрансформируемых установок минимальной функциональной избыточности из унифицированных технологических модулей и аппаратов. Реализация установок с легкотрансформируемой структурой из модульных блоков в определенной мере преодолевает отмеченное выше противоречие между тенденцией к оригинальности наблюдающейся у изобретателей и инженеровтехнологов при учете специфики процессов и стремлением машиностроителей к максимальной стандартизации и унификации технологического оборудования. Решение задачи творческого поискового конструирования сложного технологического оборудования включает в себя цепочку 1-4-5-6-7-14-15-16-17-12-13 на логической блок-схеме рисунка 1. Реализация этих этапов в рамках научно-технического направления «искусственный интеллект» осуществляется различными методами, среди которых наиболее эффективными являются: 1) морфологический анализ и синтез технологических систем; 2) поисковое конструирование на основе систематизированных фондов; 3) методы поиска физических принципов действия на основе банка данных по физическим эффектам; 4) построение новых технологических решений на базе прототипов и др. Среди названных методов перспективен метод морфологического ящика, предложенный австрийским ученым Ф.Цвики [2]. Комплексно используя плодотворную идею анализа физических воздействий поискового конструирования, морфологический метод и общую стратегию системного подхода к анализу и синтезу химикотехнологических процессов, можно построить эффективную методологию создания высокоэффективных технологических систем, что является одной из главных целей нашей работы. Литература 1 Половинкин А.И. Автоматизация поискового конструирования (искусственный интеллект в машинном проектировании). – М.: Радио и связь, 1981. – 340 с. 2 Zincky F. The morphological approach to discovery, invention, research and construction //New methods of thought and procedure. – Berlin: Springer, 1967. – P.78-297. 3 Задорский В.М. Интенсификация химико-технологических процессов на основе системного подхода. – Киев: Техника, 1989. – 210 с. Қорытынды Мақалада химия-технологиялық жүйе үшін аппаратты құрастыру мен таңдауда, шешім қабылдауда алгоритмнің логикалық блок-схемасы ұсынылған. аса тиімді жабдықтың жасауына модулдік жлдың іске асыруындағы бағыты буль алгебрасы элементтерді пайдаланылған. аса тиімді технологиялық схемаларын құрастыруда әдістемелікті жасауға мүмкіндік беретін «Жасанды интеллект» әдістері сипатталған. Summary The paper suggests a logical flow chart of decision-making when selecting and designing the apparatus for chemical-technological system. Using the elements of Boolean algebra, formulated the direction in the implementation of a modular approach to building highperformance equipment. Formulated methods of “artificial intelligence” allowing creating a methodology of designing highly efficient schemes.