Алгоритм выбора решения экспертной системы конструирования новых аппаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

модульный химический технологический аппарат

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 логико-алгебраической (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 Z_i, включенный в данную конструкцию, если Z_i = 1; запись Z_i = 0 значит, что он отсутствует в данной конструкции.

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:

где Z_i - булевые переменные, соединенные логическими знаками объединения V и пересечения Л.

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 физико-химическим 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 инженеров-технологов 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 химико-технологических 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.

Размещено на Allbest.ru