Тишаева Ирина Романовна. Алгоритмическое обеспечение систем поддержки принятия решения по выбору наилучшей доступной технологии в химическом производстве

Короткий опис

Тишаева Ирина Романовна. Алгоритмическое обеспечение систем поддержки принятия решения по выбору наилучшей доступной технологии в химическом производстве: диссертация ... кандидата технических наук: 05.13.01 / Тишаева Ирина Романовна;[Место защиты: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова"].- Москва, 2014.- 100 с.

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Московский государственный университет тонких химических
технологий имени М.В. Ломоносова»
ТИШАЕВА ИРИНА РОМАНОВНА
АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ ПОДДЕРЖКИ
ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ПО ВЫБОРУ НАИЛУЧШЕЙ ДОСТУПНОЙ
ТЕХНОЛОГИИ В ХИМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Специальность 05.13.01 - системный анализ, управление и
обработка информации (химическая промышленность)
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: д.т.н. Панова С.А.
Москва - 2014 
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
Г лава 1. Системный анализ проблемы перехода химического производства на наилучшие доступные технологии 8
1.1 Системные закономерности развития химических технологий 8
1.2 Наилучшие доступные технологии в сфере химического производства 14
1.3 Системная модель наилучших доступных технологий 23
Г лава 2 Анализ подходов к выбору технологий производства химических продуктов 30
2.1 Проблемы формирования системы критериев для выбора наилучшей
доступной технологии производства химических продуктов 30
2.2 Анализ методик выбора в многокритериальной задаче принятия
решений 38
2.3 Системы поддержки принятия решения многокритериальных задач....50
Глава 3. Методико-алгоритмическая поддержка перехода химического производства на наилучшие доступные технологии 56
3.1 Функциональное моделирование процесса выбора наилучшей доступной технологии 56
3.2. Формализация задачи, алгоритм и методика многокритериального
выбора технологии в качестве наилучшей доступной 66
3.3. Выбор наилучшей доступной технологии при производстве
крупнотоннажных химических продуктов 74
Заключение 87
Список литературы 87
Введение
Актуальность работы. Переход российского производства химической продукции на наилучшие доступные технологии (НДТ) и выдача предприятиям комплексных природоохранных разрешений только в случае подтверждения использования технологии, идентифицированной как НДТ, окончательно определены Федеральным Законом РФ в июле 2014 г.[1].
НДТ - это наилучшая доступная технология - технология производства продукции (товаров), выполнения работ, оказания услуг, определяемая на основе современных достижений науки и техники и наилучшего сочетания критериев достижения целей охраны окружающей среды при условии наличия технической возможности и экономической целесообразности ее применения.
Актуальность внедрения НДТ на российских предприятиях, основой производства которых являются химические технологии, определяется существенным вкладом этих производств в общее количество промышленных отходов, и большим разнообразием поступающих в окружающую среду загрязняющих веществ.
Новый правовой акт разделяет объекты, оказывающие воздействие на окружающую среду, на четыре категории. Практически все крупные химические предприятия попадают в первую категорию, и обязаны получить комплексное экологическое разрешение, основным условием выдачи которого является подтверждение внедрения на предприятии НДТ. При этом предлагается использовать опыт Евросоюза, где подобная практика существует с 1996 г., а комплексные экологические разрешения являются одним из ключевых инструментов сокращения негативного воздействия промышленности на окружающую среду, содействия соблюдению промышленными предприятиями природоохранных требований и поощрения технологических инноваций и выдаются только в том случае, если технология, используемая на предприятии, является НДТ.
В Европейском союзе действуют 33 справочника ЕС по НДТ для различных отраслей промышленности, учитывающие все технологические переделы и аппаратурное оснащение процессов с учетом экологических воздействий и экономических затрат. Однако прямое использование европейских справочников по НДТ при производстве продукции на российских химических предприятиях является вряд ли возможным ввиду имеющихся отличий, в том числе различающихся спецификаций всех видов ресурсов, особенностей сырья, доступности различных видов энергии, природных условий, экологических характеристик территорий и технологической культуры производства.
В связи с этим представляется необходимым разработка научно-обоснованного методического обеспечения перехода российского химического производства на НДТ, первым этапом которого является решение задачи выбора технологии в качестве НДТ с учетом ее технологической реализуемости, экологической безопасности и экономической целесообразности.
Использование системного подхода и возможностей информационных технологий представляется необходимым условием решения этой проблемы ввиду ее сложности и многоаспектности.
Значительный вклад в развитие системного анализа и теории принятия решений внесли Е.С. Вентцель, В.Н. Волкова, Ю.И. Дегтярев, А.А. Емельянов, А.А. Денисов, А.В. Костров, О.И. Ларичев, С.Оптнер, Ф.И. Перегудов, В.В. Подиновский, Д.А. Поспелов, Т. Саати, Ф.Е. Темников. Ч. Хитч. Применение системного подхода к созданию информационных систем управления предприятиями химического профиля было развито в работах Л.А. Бахвалова, Т.Н.Гартмана, Л.С. Гордеева, И.Н. Дорохова, А.Ф. Егорова, В.В. Кафарова, В.Ф. Корнюшко, Р.Е. Кузина, В.П. Мешалкина, А.В. Нетушила, А.А. Петрулевича, Т.В. Савицкой, П.Д. Саркисова, А.И. Соболева, Н.И. Федунец, В.В. Шаталова, Г.А. Ярыгина.
Исследованию системных закономерностей функционирования и разработке технологий производства крупнотоннажных химических продуктов посвящены работы Л.А. Серафимова, В.С. Тимофеева,
О.Н. Темкина, Г.К. Шестакова, М.Р. Флида, Ю.А. Трегера. Проблемы устойчивого эффективного и экологически безопасного развития промышленного производства рассмотрены в работах О.Ф. Балацкого, С.Н. Бобылева, Э.В. Гирусова, Т.В.Гусевой, С.М. Сухоруковой, Н.П. Федоренко и др.
Цель работы - формирование алгоритмической поддержки системы принятия управленческих решений по переходу российского химического производства на наилучшие доступные технологии.
Объект исследования - наилучшие доступные технологии
производства химической продукции как технико-эколого-экономическая система.
Предмет исследования - применение методов системного анализа и информационных технологий для решения проблемы перехода российского химического производства на наилучшие доступные технологии.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:
> системный анализ перехода российского химического производства на НДТ как основы обеспечения его технической модернизации, экологической безопасности и экономической эффективности в их системной сопряженности;
> разработка алгоритма и функциональное моделирование процесса выбора технологии в качестве наилучшей доступной;
> анализ методов многокритериальной оптимизации для выделения группы методов решения задачи выбора наилучшей доступной технологии;
> выбор наилучшей доступной технологии производства крупнотоннажного химического продукта - винилхлорида на основе предложенных алгоритмов.
В диссертации получены следующие новые научные результаты:
> проведен системный анализ перехода производства химической продукции на наилучшие доступные технологии и предложена системная модель наилучшей доступной технологии, построенная с использованием математического аппарата теории множеств и позволяющая единообразно ставить и решать задачу выбора наилучшей доступной химической технологии;
> формализована задача и разработан алгоритм формирования оптимальных по Эджворту-Парето вариантов технологий производства химических продуктов, среди которых выбирается наилучшая доступная технология;
> разработано алгоритмическое обеспечение принятия решений по выбору технологии производства химических продуктов как наилучшей доступной, дающее возможность учитывать многокритериальность и неопределенность задачи, а также позволяющее осуществлять выбор решений из множества вариантов по критериям, имеющим разные типы шкал измерения;
^ построены функциональные модели перехода производства химической продукции на наилучшие доступные технологии с использованием методологии функционального моделирования SADT (Structured Analysis and Design Technique), позволяющие разработать алгоритм формирования множества вариантов производства химических продуктов;
> разработан алгоритм определения относительной важности критериев в задаче выбора наилучшей доступной технологии путем разбиения изначально неоднородных технологических, экологических и экономических критериев на кластеры и последующего решения задачи в несколько этапов на основе метода анализа иерархий и теории нечетких множеств.
Основными практическими результатами являются:
> с использованием разработанных моделей, алгоритмов и методик идентифицирована как НДТ одна из реализованных на российских химических предприятиях технологий производства важнейшего крупнотоннажного химического продукта - винилхлорида.
> разработаны и переданы в профильные комитеты Государственной Думы РФ и на химические предприятия предложения по формированию российской системы обеспечения перехода химической промышленности на наилучшие доступные технологии, основанные на теоретических положениях и методических подходах, изложенных в работе.
Методы исследования. В основу решения поставленных задач положены методы системного анализа (декомпозиция, классификация, иерархическое упорядочение, абстрагирование, формализация, композиция, моделирование), теория графов, методология функционального моделирования систем SADT, методы многокритериальной оптимизации и теории нечетких множеств.
Теоретические положения и разработанные методики использованы в процессе работы со студентами, обучающимися по направлениям бакалавриата «Прикладная информатика», «Менеджмент», «Прикладная математика» и магистерской программе «Информационные системы в химической технологии» в МИТХТ им. М.В. Ломоносова.
Апробация работы. Основные научные результаты доложены на Международной научной конференции ММТТ-26, Саратов, 2012.
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 7 печатных работах, в т.ч. в 3 статьях в изданиях, включенных в перечень ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация включает введение, 3 главы, заключение, список литературы (115 наименований). Основной текст изложен на 99 страницах и содержит 5 таблиц и 17 рисунков.

Список літератури

Заключение
В диссертационной работе получены следующие результаты.
> Проведен системный анализ проблемы перехода российского производства химической продукции на наилучшие доступные технологии (НДТ) и предложена системная модель НДТ, построенная с использованием математического аппарата теории множеств, позволяющая единообразно ставить и решать задачу идентификации химической технологии как НДТ.
> На основе анализа методов и подходов к решению слабоструктурированных задач с множественными неоднородными критериями обоснована необходимость использования методов многокритериальной оптимизации в задаче принятия решений по выбору технологии как НДТ и проведено моделирование единой шкалы сравнительной важности изначально неоднородных критериев.
> Предложена методика преодоления неоднородности критериев задачи выбора химической технологии путем разбиения критериев на кластеры и последующего решения задачи в два этапа.
> С целью формализации работ по переходу производства химической продукции на НДТ построены функциональные модели процесса, обеспечивающие основу построения алгоритма выбора наилучшей доступной технологии производства химической продукции.
> Формализована задача выбора химической технологии в качестве НДТ, разработан алгоритм решения этой задачи, основанный на методе анализа иерархий и теории нечетких множеств.
> На основе разработанных моделей, алгоритмов и методик выбрана наилучшая доступная технология производства важнейшего крупнотоннажного химического продукта - винилхлорида.
> Теоретические положения и методические подходы, изложенные в работе, позволяют принять научно обоснованные решения по формированию российской системы обеспечения перехода химической промышленности на НДТ. Соответствующие предложения переданы в профильные комитеты Государственной Думы РФ.