Многокритериальная оптимизация при управлении химико-технологической системой производства бензола при нечеткой информации

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью эффективного решения задач управления режимами работы химико-технологических систем, которые являются многокритериальными, характеризуются неопределенностью и нечеткостью исходной информации. Так как реальные химико-технологические системы на производстве являются многокритериальными и часто работают в условиях нечеткости исходной информации, формализация и эффективное решение таких задач в нечеткой среде является весьма важной и актуальной для науки и производства. Цель: разработать метод построения математических моделей химико-технологических систем на основе доступной информации различного характера (теоретической, статистической, экспертной, нечеткой информации); получить постановку задачи многокритериальной оптимизации при управлении такими системами и разработать эвристический подход к ее решению. Также провести апробацию полученных результатов на практике для построения математических моделей химико-технологической системы производства бензола и управления режимами ее работы в нечеткой среде. Объекты: сложные химико-технологические системы на примере технологической установки производства бензола, которые описываются вектором критериев и характеризуются нечеткостью исходной информации. Методы: методы системного анализа и теорий нечетких множеств, методы математического моделирования и многокритериального выбора, экспериментально-статистические методы разработки математических моделей. Результаты. Предложен метод разработки математических моделей химико-технологических систем на основе доступной информации различного характера, в том числе исходной нечеткой информации. Новые постановки задач управления химико-технологическими системами в условиях нечеткости исходной информации получены путем модификации различных схем компромиссов для работы в нечеткой среде. Задачи многокритериальной оптимизации при управлении технологической системой сведены к многокритериальным задачам нечеткого математического программирования и на основе модификации принципов максимина и Парето оптимальности разработан эвристический алгоритм решения сформулированной задачи оптимального управления. Эти результаты реализованы на практике при построении математических моделей основных агрегатов химико-технологической системы производства бензола и при постановке и решении задачи управления режимами работы этой системы в нечеткой среде. Анализ и сравнение полученных результатов позволяют сделать вывод об эффективности предложенного подхода к решению задач управления на основе моделей в условиях нечеткости исходной информации.

The relevance of the research is caused by the need to solve effectively the problems of controlling the operating modes of chemicaltechnological systems, which are multi-criteria, characterized by the uncertainty and fuzziness of the initial information. Since real chemical-technological systems in production are multi-criteria and often work in the conditions of unclear initial information, formalization and effective solution of such problems in a fuzzy environment is very important and relevant for science and production. The main aim of the research is to develop a method for constructing mathematical models of chemical-technological systems based on available information of various kinds (theoretical, statistical, expert, fuzzy information); get multicriteria optimization problem statement to control such systems and develop a heuristic approach to its solution; also, to test the results obtained in practice for construction of mathematical models of chemical-technological system for benzene production and the control modes of its operation in a fuzzy environment. Objects: complex chemical-technological systems with the example of a technological plant for production of benzene, which are described by a vector of criteria and characterized by unclear initial information. Methods: methods of system analysis and fuzzy sets theories, methods of mathematical modeling and multi-criteria choice, experimental statistical methods for developing mathematical models. Results. The authors have proposed the method for developing mathematical models of chemical-technological systems based on available information of various types, including initial fuzzy information. The new tasks of control of the chemical technological systems in the conditions of fuzziness of the initial information obtained by modifications of various compromise schemes for working in a fuzzy environment. The tasks of multicriteria optimization in controlling technological system are reduced to multicriteria problems of fuzzy mathematical programming and based on modifying the principles of maximin and Pareto optimality, heuristic algorithm for solving the formulated problem of optimal control is developed. These results are realized in practice in constructing mathematical models of the main aggregates of the chemical-technological system for production of benzene and in setting and solving the task of controlling the operating modes of this system in a fuzzy environment. Analysis and comparison of the obtained results allow drawing a conclusion about the effectiveness of the proposed approach to solving control problems on the basis of models in conditions of indistinct initial information.