Математичні моделі та методи комп'ютерного моделювання процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті

Наукова новизна одержаних результатів. У роботі отримано такі нові наукові результати:

1. Побудовано кореляційні моделі процесу екстракції цукру в ПДА, за допомогою яких вперше виявлено ступінь впливу усіх основних параметрів технологічного процесу один на одного та вихідну координату.

2. Розроблено математичні моделі процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті на основі симбіозу авторегресійних і регресійних залежностей, що дало змогу вперше врахувати механізми формування в часі стохастичних властивостей незалежних вхідних параметрів процесу екстракції та його інерційних характеристик.

3. Здійснено узагальнення методу розрахунку параметрів процесу екстракції в похилому дифузійному апараті на основі “принципу t” на випадок змінного кроку, яке дозволяє розрахувати вміст цукру в стружці і соку по всій довжині апарату при різній частоті обертання шнеків, що транспортують стружку.

4. Вперше розроблено метод прогнозування втрат цукру в стружці на виході з апарату на основі нечіткої логіки та генетичного алгоритму оптимізації, що дає змогу давати дані прогнозу в залежності від поточних вимірюваних даних параметрів процесу екстракції.

5. Вперше розроблено метод комп’ютерного імітаційного моделювання процесу екстракції цукру з бурякової сировини в похилому дифузійному апараті на основі “принципу t” з змінним кроком і з застосуванням математичного апарату нечіткої логіки і генетичного алгоритму оптимізації, який дозволяє отримувати динамічні характеристики процесу, навчати операторів технологічного процесу бурякопереробного відділення та може слугувати основою для розробки алгоритму оптимального керування технологічним процесом екстракції цукру із бурякової сировини.

Практичне значення одержаних результатів. Використання одержаних результатів дозволило розробити і впровадити програмний продукт для прогнозування втрат цукру в стружці, яка покидає апарат, розрахунку параметрів процесу екстракції та для навчання персоналу цукрових заводів ефективному управлінню технологічним процесом.

Це дозволило створити умови для попередження неоптимального режиму роботи бурякопереробного відділення та покращити кваліфікацію персоналу (операторів, технологів), що підвищує кількість і якість випущеної продукції по відділенню та заводу в цілому.

Результати, отримані в дисертаційній роботі, впроваджено на підприємствах ЗАТ “Подільський цукор” та ЗАТ ВТК “Немирів – цукор” у вигляді програмного продукту.

Впровадження результатів дисертаційної роботи підтверджується відповідними актами, приведеними в додатку.

Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Побудовані автокореляційні моделі процесу екстракції в ПДА [1]. Розроблено математичні моделі взаємних кореляційних функцій та зроблено взаємний кореляційний аналіз процесу екстракції в ПДА [2]. Отримані авторегресійні та регресійні моделі процесу екстракції в ПДА та здійснено їх симбіоз [3]. Узагальнено метод розрахунку процесу екстракції з врахуванням зміни вхідних та проміжних параметрів [4]. Запропоновано метод прогнозування втрат цукру в стружці на виході з апарата на основі нечіткої логіки та генетичного алгоритму оптимізації [5]. Запропоновано метод комп’ютерного імітаційного моделювання процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті на основі “принципу t” з застосуванням математичного апарату нечіткої логіки та генетичного алгоритму оптимізації [6].

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати виконаних у дисертаційній роботі досліджень доповідались та обговорювались на таких конференціях:

1. Шоста міжнародна науково-технічна конференція “Контроль і управління в складних системах. (КУСС-2001)”. м. Вінниця, 8–12 жовтня 2001 року.

2. Міжрегіональна науково-практична конференція “Математична та педагогічна спадщина видатного українського математика М. В. Остроградського” м. Вінниця, 13–14 березня 2001 року.

3. Науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету з участю працівників науково-дослідних організацій та інженерно-технічних працівників підприємств м. Вінниці та області у 2000, 2001, 2002 роках.

Публікації. Основний зміст роботи опублікований в 6 наукових працях, всі з них у наукових журналах, що входять до переліку ВАК України, 1 тези доповіді у збірці праць міжнародної науково-технічної конференції.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота містить 5 розділів, підсумки, список використаних джерел, 1 додаток. Загальний обсяг дисертації 151 сторінки, які містять 52 рисунки, 5 таблиць. Список використаних джерел складається з 120 найменувань.

 

 

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми досліджень, зазначено зв’язок роботи з науковими програмами, темами. Вказано мету та задачі досліджень. Приведено характеристику наукової новизни та практичного значення одержаних результатів, а також описано їх апробацію, публікації та впровадження.

У першому розділі здійснено аналіз особливостей технологічного процесу екстракції цукру в ПДА, в результаті якого встановлено, що багатоетапний процес екстракції має властивості випадкового процесу, а ПДА в якому він відбувається є системою з розподіленими параметрами.

Проведено аналіз конструктивних особливостей ПДА цукрової промисловості та технологічної схеми дифузійного відділення, результати якого використані в подальшому для розробки математичних моделей і методів комп’ютерного моделювання процесу екстракції цукру в ПДА.

Здійснено аналіз відомих математичних моделей технологічного процесу екстракції цукру в ПДА, в результаті якого встановлено, що жодна з цих математичних моделей не враховує механізм формування стохастичності режимних параметрів процесу; що швидкість молекулярної та конвективної дифузії суттєво залежить від властивостей сировини, багато з яких не можна описати кількісними показниками, а відомі математичні моделі не враховують цих показників екстракції, наприклад таких як: волокнистість, підмороженість, в’ялість, забрудненість бурякової стружки, ступінь зруйнованості її клітин після ошпарювання, а також, ступінь відгострення ножів бурякорізки; що відсутнє врахування цими математичними моделями якості ведення технологічного процесу (строк після останнього повного розвантаження апарату,