Управление сталеплавильным процессом по заданным программным траекториям

Именно на этом отрезке времени чаще всего происходит само­произвольное ускорение обезуглероживания (так называемый эф­фект самораскипания ванны), при котором наблюдается резкое (в два-три раза) увеличение скорости обезуглероживания, причем не только без дополнителен трат, а даже с экономией энергоресурсов, так как при этом можно уменьшить расход топлива, повысив величину окислительной способности печи. Таким образом, на этом примере достаточно убедительно показано, что управлять таким сложны объектом по заранее заданным ему траекториям неэффективно. Более целесообразно дать возможность такому объекту прийти в заданные точки по таким траекториям, по которым он «хочет» с учетом его собственных внутренних свойств и самосогласованного поведения. То есть надо как бы знать собственную функцию объекта и согласовывать внешние воздействия с этой функцией. Имен­но в этом случае можно достичь конечной цели с наименьшими затра­тами. При выполнении этих условий относительно малые по величине «резонансные» воздействия будут оказывать существенные влияния на управляемый объект. Использование свойств самоорганизации может сыграть большую роль в решении задач управления, в том числе метал­лургическими процессами.

Теперь подведем итоги сопоставления подходов кибернетики и синергетики. Если в кибернетике основное внимание уделяется роли рулевого (регулятора), то есть, по существу, насилию над объектом (именно поэтому в тоталитарной системе перешли в свое время от полного отвержения к полному возвеличиванию роли кибернетики), то в синергетике основная идея заключается в выборе таких воздей­ствий на систему, которые были бы согласованными с ее внутренними свойствами. Если в кибернетических системах управления основной целью является стабилизация системы относительно заданного уровня или программного режима, то в синергетике основной зада­чей является определение условий перехода системы в неустойчивое состояние, а через него выход в неравновесное стационарное состо­яние, позволяющее вывести систему на новый, более высокий струк­турный уровень. Эти вопросы являются ключевыми при анализе са­моорганизующихся систем.

На рисунке представлена взаимосвязь фундаментальных категорий природы (случайности, необходимости и неравновесности) с условиями, способствующими возникновению самоорганизации.

Рассмотрим вначале основные признаки (условия), отличающие систему, в которой, в принципе, возможна самоорганизация. Можно выделить прежде всего два таких условия:

1. система должна быть открытой, то есть обмениваться веществом или энер­гией с окружающей средой;

2. система должна обладать опреде­ленным порядком сложности и способ­ности к взаимодействию большого числа элементов (подсистем).

Поведение таких систем в будущем зависит не только от их состояния в на­стоящее время, но и от их предыстории.

Как известно, эволюция в изолиро­ванной системе невозможна, так как сте­пень упорядоченности в ней может только понижаться или оставаться постоянной. И. Пригожиным предложен расширенный вариант вто­рого закона термодинамики, применимый как к замкнутым, так и к открытым системам. Энтропия здесь представлена следующим образом:

Под организацией мы понимаем поведение объекта под воздей­ствием достаточно жесткого упорядочивания извне по четкому, зара­нее известному алгоритму. Примером может служить ведение технологического процесса по четко отлаженной технологической инструкции, распределение ресурсов и структура промышленности в плановой тоталитарной экономике, структура армии и так далее.

В случае самоорганизации тоже имеется внешнее воздействие, но здесь под внешним воздействием понимается только достаточно мощный поток вещества или энергии, поступающей в объект из внеш­ней среды. Структурное же упорядочение системы в этом случае про­исходит спонтанно (самопроизвольно). Причем, как правило, невоз­можно детерминированно указать момент этого перехода.

Покажем возможность и плодотворность использования основных идей синергетики на некоторых примерах, имеющих отношение к металлургии. Объектами исследования синергетики, как правило, является достаточно сложные процессы, описываемые нелинейными диференциальными уравнениями. Линейные объекты обладают. как известно свойством суперпозиции или аддитивности.

Для объектов, которым свойственна самоорганизация, характерно, что целое может обладать свойствами, которых нет ни у одной из частей. Именно благодаря этому при опреде­ленном сочетании внутренних параметров объекта и воздействий внешней среды, в том числе начальных условий, могут быть обнаружены качественно новые режимы, процессы и состояния, представляющие теоретический и практический интерес.