Экспертная система  диагностики электролизера

Экспертная система основывается на формализации знаний эксперта. Эксперт – это специалист, обладающий большим багажом знаний и опыта в конкретной области, а также умеющий точно формулировать и правильно решать задачи.

Одним из наиболее популярных определений экспертной системы является следующее: «Под экспертной системой понимается система, объединяющая возможности компьютера со знаниями и опытом эксперта в такой форме, что система может предложить разумный совет или осуществить разумное решение поставленной задачи. Дополнительно желаемой характеристикой является способность системы пояснять по требованию ход своих рассуждений в понятной для спрашивающего форме»[2].

 

 

Рис. 2. Структурная схема экспертной системы.

Экспертная система включает следующие основные блоки (рис.2):

· База данных.

· База знаний.

· Модуль приобретения знаний.

· Пользовательский интерфейс.

· Механизм логических выводов.

· Модуль советов и объяснений.

Рассмотрим назначение блоков системы. База данных содержит информацию о параметрах процесса, которая хранится в заводских данных АСУ ТП. Экспертная система, как система, основанная на знаниях, содержит в своем составе базу знаний и механизм логических выводов. Для ведения базы знаний и дополнения ее знаниями, полученными от эксперта, требуется отдельный модуль приобретения знаний. Другим важным компонентом экспертной системы является пользовательский интерфейс, необходимый для правильной передачи ответов пользователю в удобной для него форме и для манипуляций со знаниями.

В экспертной системе должен присутствовать модуль, который способен при помощи механизма логического вывода «предложить разумный совет или осуществить разумное решение поставленной задачи», сопровождая его по требованию пользователя различными комментариями, поясняющими ход проведенных рассуждений. Модуль, реализующий эти функции, называется модулем советов и объяснений. Предложенный механизм позволяет повысить степень доверия пользователя к полученному результату и также тестировать работу системы.

База данных

Управление каждым электролизером осуществляется распределенной АСУ ТП. Текущая информация о технологических параметрах электролизеров, получаемая от АСУ ТП, заносится в Технологическую Базу Данных (ТБД). Туда же заносятся данные лабораторных анализов, ручных измерений и регламентных операций, данные о характеристиках анодной массы и ее производственных показателях (при электролизе), данные о конструкции электролизера, и его сроке службы. Таким образом, входными переменными для экспертной системы диагностики электролиза (ЭСДЭ) являются данные, хранимые в ТБД.

База знаний

База знаний в приложении к ЭСДЭ это комплекс информации об электролизе, включающий:

· параметры технологических регламентов, параметры целевых значений и анализа отклонений по методам SPC (Cpk - индекс воспроизводимости процесса, USL – верхняя граница технического допуска (коридора) на контрольной карте, LSL – Нижняя граница технического допуска (коридора) на контрольной карте, – среднее средних значений отдельных выборок, - стандартное отклонение процесса);

· правила диагностики технологического состояния электролизера, определяющие взаимосвязи параметров;

· коллекцию типовых шумов электролизера, позволяющую диагностировать технологические отклонения.

Механизм логических выводов

Как известно, электролиз представляет собой сложный физико-химический процесс, для которого характерны большое количество параметров и значительные изменения энтальпий веществ. Отклонения технологических параметров алюминиевого электролизера от регламентных значений приводят к технологическим расстройствам, что снижает способность электролизера выполнять свои функции (производить алюминий). Это приводит к увеличению расходов сырья и электроэнергии, уменьшению выхода по току. Задача снижения общего числа электролизеров, имеющих технологические расстройства, может быть решена за счет своевременного и полного их выявления.

Проблема выявления технологических расстройств существенно осложняется следующими обстоятельствами:

· Многофакторностью технологического процесса, который характеризуют более 100 регламентируемых параметров;

· Не определенностью взаимосвязей параметров и качественных оценок процесса;

· Высокой температурой и агрессивной средой процесса;

· Отсутствием оперативной, достоверной и однозначной информации о процессах в реакционном пространстве электролизной ванны.

Опыт работы технологического персонала показывает, что технолог справляется с задачей оценки технологического состояния на основе собственных знаний, систематических или эвристических [3]. Для автоматического распознавания состояний электролизера необходимо формализовать интеллектуальную деятельность человека. При этом необходимо учитывать неопределенности состояний электролизера, затрудняющие выявление технологических расстройств (дефектов) как его отдельных подсистем, так и электролизера в целом. Поэтому здесь необходимо применить такой математический аппарат, который мог бы адекватно описать процесс оценки технологического состояния электролизера. Таким аппаратом является теория нечетких множеств или фаззи-логика.