Інформаційна технологія управління виробництвом мінеральних добрив
Вантажиться...
Дата
2025
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Нестерук А.О. Інформаційна технологія управління виробництвом мінеральних добрив. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 126 «Інформаційні системи і технології» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025.
Дисертаційна робота присвячена створенню теоретичних та прикладних результатів з розробки інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив з урахуванням вимог зменшення енерговитрат та забезпечення заданої якості готового продукту. Пріоритетом інформаційної технології є забезпечення зменшення енерговитрат для досягнення заданої якості кінцевого продукту. Значна увага приділяється системі управління процесом гранулювання у псевдозрідженому шарі, дослідженню створення та управління хаосу для підвищення інтенсивності тепло- та масообміну. Аналіз результатів існуючих досліджень в галузі управління виробництвом мінеральних добрив свідчить про відсутність на даний час комплексного підходу, який враховував би специфіку управління технологічними процесами виробництва мінеральних добрив. Тому існує нагальна потреба в подальшому дослідженні математичних моделей та систем управління виробництвом мінеральних добрив у грануляторі з псевдозрідженим шаром з метою їх удосконалення. А розробка інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив є надзвичайно актуальною на сьогоднішній день. Таким чином, усе це і зумовило необхідність вирішення актуальної науково-технічної задачі підвищення ефективності виробництва мінеральних добрив, шляхом побудови математичних моделей та систем управління виробництвом мінеральних добрив з урахуванням вимог зменшення енерговитрат та забезпечення заданої якості готового продукту. У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та основні завдання дослідження, наведено відомості щодо зв’язку роботи з наукою темою. Подано анотацію отриманих в дисертації результатів, висвітлено їх наукову новизну і практичну значимість, відзначено особистий внесок здобувача у спільних публікаціях, наведено кількісні показники стосовно опублікованих наукових праць, структури та обсягу дисертації. У першому розділі проведено дослідження розвитку математичних моделей та систем управління процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі, що показує відсутність розгляду ряду особливостей процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі в комплексі. Проведено аналіз підходів до математичного моделювання процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі. Визначено параметри, що мають найбільший вплив на поведінку технологічного процесу. Існуючі математичні моделі не враховують розсіювання енергії при зіткненні та передачу кінетичної енергії від твердої фази до рідкої. Також в даних моделях недостатньо врахована хаотичність процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі. Основним інструментом для підвищення ефективності процесу виробництва мінеральних добрив є вибір системи управління. Узагальнено основні існуючі підходи до побудови системи управління процесом гранулювання у псевдозрідженому шарі. Розглянуті основні методи забезпечення функціональної безпеки на хімічних підприємствах, що є важливою складовою інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив. Результатом огляду результатів досліджень та літературних джерел стали сформульовані задачі, які необхідно виконати для створення ефективної інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив. Другий розділ присвячений створенню трьохфазної математичної моделі процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі та математичної моделі гранулометричного складу. Розроблено трьохфазну математичну модель процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі, яка враховує гідродинаміку псевдозрідженого шару, передачу кінетичної енергії, розсіювання енергії, стиснення крапель з частинками, їх адгезію до поверхні, кінетику висихання розчину на поверхні частинок, розсіювання енергії при зіткненні та передача кінетичної енергії від твердої фази до рідкої. Дана математична модель може використовуватися для розробки систем управління процесом гранулювання у псевдозрідженому шарі. За допомогою реалізації створеної моделі в програмному пакеті MATLAB одержано перехідні характеристики температури процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі. Розроблено математичну модель гранулометричного складу для процесу виробництва гранульованих мінеральних добрив, яка враховує, що умови для росту частинок виконуються лише в зоні холодного змочування під соплом, в зоні змочування температура підвищується від центру до боків, в ізотермічній зоні температура повітря рівномірна, в зоні теплообміну температура гарячого повітря різко падає, зростання частинок визначатиметься розміром змочувальної активної зони та швидкістю перенесення частинок до цієї частини псевдозрідженого шару, в зоні змочування відбувається агломерація. Дана математична модель дозволяє одержати розподіл гранул за розміром в двох реакторах, що дає змогу оцінити якість кінцевого продукту. В третьому розділі виконано дослідження хаосу в процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі та створена система управління хаосом процесу виробництва мінеральних добрив у грануляторі з псевдозрідженим шаром, що дозволяє збільшити хаотичність процесу грануляції у псевдозрідженому шарі для підвищення інтенсивності тепло- та масообміну. Реалізовані системи управління з МРС, PID, LQR та Fuzzy Logicрегуляторами на основі трьохфазної математичної моделі процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі. Також створена система управління з МРС-регулятором на основі математичної моделі гранулометричного складу, яка прискорює утворення гранул заданого розміру під час процесу гранулювання у псевдозрідженму шарі. Четвертий розділ починається зі створення системи захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив з розділенням виробництва на зони, від відділеної зони з доступом через демілітаризовану зону до обмеженої зони для найкритичніших ресурсів. Система захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив забезпечує контрольований доступ і мінімізує можливість загроз для критичних ресурсів. Запропонована математична модель протидії загрозам у системі захисту критичних ресурсів, завдяки якій можна розрахувати імовірності знаходження в одному з шести станів: стан спокою; надійшла загроза 1, але не реалізована; надійшла загроза 2, але не реалізована; загроза 1 реалізована; загроза 2 реалізована; загроза відбита. Розроблено інформаційну технологію управління виробництвом мінеральних добрив, основними компонентами якої є наступні технічні, програмні та організаційно-методичні засоби: математичні моделі процесу виробництва мінеральних добрив, системи управління виробництвом мінеральних добрив, система захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив та математична модель протидії загрозам у системі захисту критичних ресурсів. Використання інформаційної технології виробництва мінеральних добрив дозволило знизити енерговитрати на 7% за рахунок розробки системи управління хаосом, що збільшила інтенсивність тепло- та масообміну у псевдозрідженому шарі. Розроблено методику використання інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив. У висновках подані основні результати дисертаційного дослідження, що відображають результати виконання завдань, що поставлені для формування інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив. Наукова новизна отриманих результатів На підставі теоретичних і практичних досліджень, виконаних у дисертаційній роботі: вперше - розроблено трьохфазну математичну модель процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі з урахуванням гідродинаміки псевдозрідженого шару, передачі кінетичної енергії, розсіювання енергії, стискання крапель з частинками, їх адгезії до поверхні, кінетики сушіння розчину на поверхні частинок, розсіювання енергії при зіткненні та передача кінетичної енергії від твердої фази до рідкої для перевірки наявності детермінованого хаосу; - розроблено систему управління хаосом процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі з визначенням часу прогнозування для забезпечення ефективного тепло- та масообміну; отримала подальший розвиток - математична модель гранулометричного складу, яка враховує умови для росту частинок, підвищення температури від центру до боків в зоні змочування, рівномірність температури теплоносія в ізотермічній зоні, різке падіння температура теплоносія у зоні теплообміну, агломерацію частинок; удосконалено - математичну модель протидії загрозам у системі захисту критичних ресурсів, яка враховує можливість надходження до системи двох загроз для налаштування системи захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив; - інформаційну технологію управління виробництвом мінеральних добрив, основними компонентами якої є наступні засоби: математичні моделі процесу виробництва мінеральних добрив, системи управління виробництвом мінеральних добрив, система захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив, математична модель протидії загрозам у системі захисту критичних ресурсів. Практичне значення отриманих результатів Розроблені в дисертаційній роботі математичні моделі та системи управління стали основою для створення інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив, що забезпечує зниження енерговитрат за рахунок розробки системи управління хаосом, що збільшила інтенсивність тепло- та масообміну у псевдозрідженому шарі. Практично вагомими вважаються такі результати: - трьохфазна математична модель процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі; - система управління хаосом процесу виробництва мінеральних добрив у грануляторі з псевдозрідженим шаром; - інформаційна технологія управління виробництвом мінеральних добрив. Результати дисертаційної роботи апробовано і використано у таких організаціях та установах: - у навчальному процесі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» під час викладання дисциплін «Програмування. Частина 2. Структура даних та алгоритми», «Алгоритми та математичні методи захисту інформації»; - результати виконання держбюджетної науково-дослідної роботи «Інформаційна технологія захисту критичних ресурсів» (№ 0121U110809) у навчальному процесі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» під час викладання дисциплін «Проектування інформаційних систем», «Управління проєктами»; - у Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України для впровадження в інформаційно-аналітичну систему «АГРОТЕП». Дані про впровадження підтверджено відповідними документами.
Опис
Ключові слова
інформаційна технологія, математична модель, моделювання, модель, система управління, оптимальне керування, система, керування, регулятори, маніпулятори, мультиплікація сили, багатокритеріальність, система захисту інформації, захист інформації, параметри, information technology, mathematical model, modeling, model, control system, optimal control, system, control, regulators, manipulators, force multiplication, multicriteria, information protection system, information protection, parameters
Бібліографічний опис
Нестерук, А. О. Інформаційна технологія управління виробництвом мінеральних добрив : дис. … д-ра філософії : 126 Інформаційні системи та технології / Нестерук Андрій Олександрович. – Київ, 2025. – 173 с.