Мар 28 2001

МЕТОДИКА УПРАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОПОТОКАМИ ОТХОДООБРАЗОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ

Опубликовано в 00:42 в категории Утилизация отходов

МЕТОДИКА УПРАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОПОТОКАМИ ОТХОДООБРАЗОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ

В.С. Волошин, Т.Г. Данилова

Приазовский государственный технический университет, г. Мариуполь

Оптимизация материалопотоков отходообразования является одной из наиболее значимых задачей в области природопользования. В том числе, в области оптимального прогнозирования динамики развития ресурсной базы промышленных регионов и городов.

Причины, затрудняющие прогнозирование тенденций и перспектив развития ресурсного потенциала, в том числе, отходообразования, заключается, прежде всего, в многофакторности и несопоставимости параметров, определяющих динамику ресурсов (в первую очередь, многообразие свойств и структур ресурсопотоков; устойчиво возрастающие в течение небольшого периода времени потоки сырьевых ресурсов; рассеяние ресурса при превращении его в товарную продукцию и, в особенности, при его последующей утилизации; скачкообразные, возмущающие явления организационного порядка) и ответную реакцию среды обитания на эти изменения при явной их внутренней взаимозависимости и в отсутствии информации о механизмах этой взаимозависимости. Известные способы управления ресурсопотоками посредством сетевого планирования, заключающиеся в статическом отображении структуры ресурсов региона или предприятия и последующего интуитивного их упорядочения, во многом не отвечают требованиям оптимального распределения, т.к. лишены граничных условий в виде убедительных критериев оптимизации, не структурированы по свойствам и характеристикам. Существующие методы математического моделирования чаще всего не обеспечивают строгой формализации качественных и количественных характеристик ресурсопотоков, в частности, состав и характер искусственных (например, технологических) изменений, характеристики окружающей природной среды и др. Существенным является наличие такого субъективного фактора, которым является участие человека в искусственной трансформации природных ресурсов, произвольном распределении дру-

гих видов ресурсов. Причем количество этого участия настолько велико, что позволяет говорить об этом факторе, как об одном из главных возмущений при любых прогностических результатах. Именно эти особенности не позволяют в полной мере использовать такие общепризнанные системные методы описания и прогнозирования развития ресурсопотоков в производственных системах, как экстраполяционные, нормативные и, тем более, интуитивные для решения актуальных и перспективных целевых задач в области управления ресурсами природной среды.

В настоящем разделе сделана попытка представить простой по своей наглядности метод графопостроений в качестве описательного для локальных ресурсопотоков отходообразования в производственных системах и, используя удобный аппарат аналитических преобразований графов в рамках формализованных экосистем, осуществлять логически-смысловой поиск путей развития и управления различными видами ресурсов.

Природные экологические циклы можно рассматривать, как форму существования материи и энергии. Понятие экологического цикла используется, главным образом, для описания динамики природных процессов и, в несколько меньшей степени, относится к искусственным технологиям. В рамках отдельного замкнутого экологического цикла, с известной периодичностью, характерной для данного цикла, происходит движение различных видов материи и энергии, многообразные трансформации их состояний, уровней и качества. Формы существования материи в рамках экологического цикла находятся в полном соответствии с основными экологическими законами.

Основными элементами простого экологического цикла являются каналы, по которым циркулирует энергия и ее производные внутри цикла и пространственно-временные зоны (узлы) трансформации энергии и материи в соответствии с заданными траекториями. Под траекторией трансформации подразумевается совокупность природных и других явлений, направленных на изменение свойств материи и энергии в рамках конкретного цикла.

Для описания экологических циклов удобно использовать методологию теории графов. Например, обобщенную структуру экологического цикла, включающего искусственные технологии продуцирования и переработки веществ легко представить в виде математической модели, составными частями которой являются структурный  и функциональный граф  такие, что соблюдаются отношения:

                                                                           (2.6)

и

                                                                          (2.7)

для которых , а .

Здесь- вершины структурного графа являющиеся суть состоянием элементной базы цикла;

  - совокупность пространственных и временных характеристик, обуславливающих целостность экологического цикла (траектории цикла);

 - вершины функционального графа, включающие, помимо элементной базы экологического цикла, совокупность искусственных технических систем и технологий, при помощи  которых изменяется состояние элементной базы;

  - набор функций, в результате которых изменяется состояние элементной базы экологического цикла;

  и  - соответственно, последующие и результирующие состояния элементов цикла.

Важными особенностями таких моделей, с позиций системного управления являются:

– возможность формирования последовательности иерархически подчиненных функций, отражающих механизм и природу явления отходообразования в производственной системе;

– способность к внутреннему учету материалов, что выражается в образовании замкнутых функциональных петель на вершинах графа.

Последнее обстоятельство позволяет сформулировать физический смысл отхода в таких математических моделях. Роль функций, обеспечивающих формирование потоков отходообразования, играют ребра частного орграфа , являющегося дополнением к искомому до полного орграфа , так, что

.

Математическую модель, описывающую последовательность действий, совершаемых над ресурсопотоком отходообразования в направлении его трансформации, можно представлять в виде следующей системы

,                                                (3.8)

выражения в которой отражают соответственно:

– структуру процесса, следствием которого является изменение параметров необходимого ресурсопотока;

– функционально-структурные свойства элементов системы;

– набор выполняемых функций.

Подобные модели удобно применять для моделирования динамических потоков. Для этого весовая функция вершин графа представляется в виде числового ряда (если описанию подлежит стохастические потоки) либо в виде временной функции непрерывного процесса. Тогда функциональная модель производственной ячейки имеет вид

.

Порядок синтезирования ресурсопотоков, описываемых в рамках производственных систем графами, включает следующие этапы:

1. Расчленение функции воздействия на ряд фундаментальных иерархически связанных подфункций.

2. Выбор структуры элементов для реализации этих подфункций.

3. Систематизация промежуточных значений {Xi} состояний ресурса ak по их значимости.

4. Выбор способов формального изменения (синтезирования) функций структурных связей данного метода воздействия на ресурс.

5. Синтезирование новых графопостроительных форм, отражающих отдельные формализованные структурные связи в управляемой системе.

6. Логически-смысловой сопоставительный анализ полученных графовых форм с целью выделения оптимальных функциональных и др. структур с точки зрения правил синтезирования и технологической совместимости.

Нами разработаны такие методы формализованного управления потоками отходов, как Управление структурой ресурсопотоков отходообразования методом декартовых произведений на полном объеме заданности исходных данных, метод j-гомеоморфизма, подробно изложенный в работах Н.П. Хоменко, метод исключения Гаусса применительно к управлению ресурсопотоками отходообразования, разработана динамическая процедура оптимизации накопления и распределения номенклатуры отходов в надсистеме.

Разработанные методы нашли применение в технологиях переработки отходов металлургического производства.

Металлургический шлак является сложным в химическом и минералогическом отношении веществом, свойства которого до сих пор в достаточной мере не изучены. В частности, это относится к доменным шлакам. Поэтому следует ожидать развития новых методов трансформации шлаковых материалов и расширения области применения новой продукции.

Существующие методы переработки доменных шлаков основаны, как правило, на простейших технологиях механической обработки (дробление, измельчение), использовании свойства дифференцированного теплового удара в полиморфных средах и др. Известная номенклатура технологий переработки: производство гранулированного шлака, шлаковой пемзы, щебня, в меньшей степени - минераловатных изделий и минеральных удобрений. Из десятков миллионов тонн перерабатываемого шлака более 70 % приходится на гранулированный шлак, и только 2-5 % - на минеральные удобрения, минватные изделия.

Под оптимизацией процесса утилизации шлакопотоков доменного производства следует понимать создание эффективной функциональной технологической структуры, обеспечивающей максимальную переработку шлаков в ходе основного технологического процесса с учетом их физико-химических и механических свойств, придание им свойств товарной продукции на основе закономерностей их существования в конкретных производственных системах.

Анализ синтезированных функциональной и пространственной орграфовых структур позволяет выявить следующие качественные особенности поведения элементов "кальций" и "железо" в соответствующих технологических процессах:

1. Утилизация кальциевых соединений в шлаковых минералах по существующим технологиям не изменяет их структуры и на длительный период выносит этот элемент из экологического цикла.

2. Выделение железа из состава доменных шлаков делает его неприменимым в дальнейшей технологии из-за небольшого его количества и глубокой зашлакованности.

3. Номенклатура изделий и количественные характеристики шлаковых отходов доменного производства находятся в явном взаимном противоречии, которое может иметь разрешение, в данном случае, только за счет расширения номенклатуры продукции, получаемой в результате утилизации шлака.

4. В синтезированной системе очевидными являются совмещение функций переработки минералов кальция и железа (см. рис. 4.6,в), а также изменение структурного состояния минералов кальция. Варианты технологий, позволяющие реализовать новую функциональную модель фрагмента экологического цикла: - технология создания металлобетона на базе шлаков, насыщенных включениями железа; - технология создания пенобетона на базе легких углеродсодержащих отходов.

Подобные технологии расширяют номенклатуру производимой продукции за счет утилизации доменного шлака и сферу его применения, в частности, для строительства прибрежных морских сооружений.

В целом, синтезированными графовыми структурами прогнозируется новая технология минимизации шлаковых отходов на более высоком качественном уровне с учетом особенностей их минералогического состояния и современных потребностей в новых материалах.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.