Единый портал инновационной деятельности Самарской области
АНКЕТА ИССЛЕДОВАНИЯ

Системное моделирование, управление и оптимизация энерготехнологических процессов, социотехнических и производственных структур

оптимальное управление; устойчивое развитие; прогнозирование; математическое моделирование; идентификация; адаптация

Рубрикатор ВИНИТИ

282, Кибернетика
289, Кибернетика

Наименование базовой организации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет»
Количество организаций: 3

Научный руководитель

Лившиц Михаил Юрьевич
доктор технических наук
доцент
Число монографий: 0
Число учебно-методических изданий: 1
Число научных работ в зарубежных издательствах: 15
Число статей в журналах ВАК: 23
Число патентов: 0

Системное моделирование, управление и оптимизация энерготехнологических процессов, социотехнических и производственных структур

Критические технологии

  • Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии.

Длительность проведения исследования

более 5 лет

Аннотационное описание сущности

Работы в области системного моделирования, управления и оптимизации энерготехнологических процессов, социотехнических и производственных структур создания автоматизированных систем оптимизации и автоматизации технологических процессов, химводоподготовки ведутся в СамГТУ более 45 лет. На основе фундаментальных закономерностей термодинамики и электродинамики разработываются базовые математические модели, учитывающие в соответствии с системным принципом целеполагания чувствительность глобального системного целевого функционала к компонентам вектора состояния этой модели. Осуществляется декомпозиция базовой модели на основе фундаментального, методологического принципа дополнительности. В качестве конструктивных методов использованы как известные подходы, в том числе методы теории возмущений, так и оригинальные методы, разработанные авторским коллективом. На основе декомпозиции построена шкала проблемно - ориентированных математических моделей в виде множеств частных математических моделей и последовательностей их отображений – морфизмов, - отвечающих системным критериям качества и пригодных для эффективного решения прикладных задач оптимального управления. Частные модели сконструированы на основе формализованного описания целей и проблем исследования и управления, интенсивности физических явлений, механизмов и взаимодействий, внешних воздействий, технологических, режимных и конструктивных факторов, показателей качества процессов в форме различных математических конструкций – нелинейных и линейных моделей, детерминированных, нечетко-определенных и стохастических? распределенных и сосредоточенных объектов, аналитических, асимптотических и квазиасимптотических моделей, сингулярно- возмущенных и регулярных краевых задач, численных конечно-разностных и конечно-элементных схем, аппроксимативных и оптимизационных моделей. Для управления и оптимизации социотехнических структур предложена методология системной иерархии показателей и индикаторов на весь плановый период их реализации. Исследованы различные аспекты реализации программных мероприятий, проведена их верификация и получены оценки качества прогнозирования.Для оценивания на их основе эффективности достижения целей и решения сформулированных задач в сфере энергосбережения структурирован массив количественных оценок, определены операции агрегирования и синтеза частных показателей в обобщённые, построены многоуровневые иерархии критериев, определяющие глобальные системные оценки качества реализации политики в сфере энергосбережения. Возможные методы подобного агрегирования, а также полученные результаты их апробации на региональном и муниципальном уровнях представлены в публикациях. Разработаны численные алгоритмы синтеза системы индикаторов, характеризующих ход выполнения региональных и муниципальных программ энергосбережения и повышения энергетической эффективности.Используемое в проекте специальное математическое и алгоритмическое обеспечение базируется на разрабатываемом авторским коллективом проекта новом методе параметрической оптимизации динамических систем, функционирующих в условиях ограниченной неопределенности характеристик объектов управления.На основе расчетных характеристик оптимальных процессов технологического нагрева и альтернансных свойств оптимальных пространственных распределений температуры предлагаются инженерные решения по синтезу замкнутых систем автоматической оптимизации энергоемких технологических процессов в том числе, адаптивных систем управления с идентификатором в контуре.Конкретные технические разработки предусматривают создание на базе стандартного аппаратного обеспечения гибких автоматизированных программно-технических комплексов, выполненных в виде двухуровневых открытых дискретно-распределенных управляющих систем, сочетающих функции централизованной обработки рабочей информации с автономным управлением отдельными технологическими установками производственных участков, в частности, технологических комплексов для нагрева и последующей обработки давлением металлических изделий.

Научная новизна исследования

Разработаны основы теории новых методов оптимизации процессов по основным технико-экономическим критериям качества; созданы инженерные методики расчета алгоритмов оптимального управления промышленными объектами с распределенными параметрами
Разработана системная методология конструирования квазиасимптотических математических моделей социотехнических систем. Построенные математические модели при экономии вычислительных ресурсов обеспечивают высокую точность описания как крупных производственных структур, так и энергоемких технологических процессов во всей пространственно-временной области определения и поэтому эффективны для использования в оптимизационных задачах.
Получены решения оптимальных задач и разработаны способы оптимального управления процессами тепломассопереноса, базирующиеся на предложенном методе последовательной параметризации управляющих воздействий на конечномерном подмножестве граничных значений бесконечномерного числа сопряженных переменных в условиях чебышевских оценок целевых областей.
Для получения вычислительных оптимальных алгоритмов на базе построенных моделей разработан метод численной многопараметрической оптимизации режимов энергоемких комплексов, позволяющий отказаться от трудоемких численных процедур негладкой оптимизации.
На его основе получен эффективный энергосберегающий алгоритм управления температурным режимом конструкций автономных подвижных систем, обеспечивающий в экстремальных условиях минимальную температурную деформацию, что позволяет повысить точность и достоверность информации, полученной от приборов, размещенных на конструкции.
Разработана методология многокритериального обобщенного оценивания и системного анализа энергоэффективности и сформулирована проблема недифференцируемой оптимизации промышленных энергоемких комплексов в классе квазиасимптотических проблемно-ориентированных математических моделей тепломассопереноса, обеспечивающих получение решений с заданной точностью описания температур во всей пространственно-временной области определения. Поставлена и решена задача наискорейшего нагрева достижения в фиксированный момент времени заданной температуры с требуемой точностью.
Разработаны подсистемы САПР оптимальных конструкций и режимов функционирования нагревательных агрегатов. Разработаны принципы построения систем автоматической оптимизации и адаптивного управления процессами технологической теплофизики, в том числе, с применением элементов интеллектуальных технологий. Предложены конкретные технологические решения, разработан и внедрен в производство со значительным технико-экономическим эффектом ряд автоматизированных нагревательных установок и комплексов, в том числе, автоматизированных систем индукционного нагрева токами промышленной и повышенной частоты изделий широкой номенклатуры из черных и цветных металлов различного производственного назначения.

Опубликованные результаты научного исследования

1.	Diligensky N., Tsapenko M. Methods of multicriterion estimations in system total quality management.// European Researcher № 5 -1(7), 2011, p701-702.
2.	Лившиц М.Ю., Кадыров Д.Б. Оптимизация процесса депарафинизации на основе идентификации.// Журнал «Тепловые процессы в технике» 2011г., том 3, выпуск №2, стр.71-78.
3.	Лившиц М.Ю.,Деревянов М.Ю.,Федорченко Д.М.Анализ расчетных режимов оптимального управления вакуумной цементации.// Вестник Самарского Государственного Технического Университета №2(26)- май 2010г. Серия «Технические науки», стр.187-196//СамГТУ 2010г.
4.	Pleshivtseva Yu.E.,Nacke B.The Review of Common Activity of ETR and SAMSTU in the Field of Simulation and Optimization of Electrotechnological Processes.//Проблемы управления и моделирования в сложных системах :Тр.XII Междунар. конф.-Самара: СНЦ РАН, 21-23 июня, 2010-С.74-80.
5.	Pleshivtseva Yu.E.,E.Rapoport,A. Afinogentov,Yu. Shemyakin,B.Nacke,A.Nikanorov.Application of optimal control theory for optimisation of metal hot forming lines with induction pre-heating.// Proc.: International Seminar “Heating by Electromagnetic Sources” HES-10, Padua, Italy, May 19-21, 2010. – рp.557-564.
6.	Дилигенский Н.В., Цапенко М.В. Анализ показателей и индикаторов эффективности управления целевыми программами энергосбережения и повышения энергетической эффективности // Сборник научных трудов «Проблемы теплоэнергетики», выпуск 2 // Саратовский государственный технический университет. Саратов 30-31 октября 2012 года (с. 27 – 31).
7.	Цапенко М.В. Многокритериальная оценка региональных программ энергосбережения и повышения энергетической эффективности // РАН, СНЦ РАН, ИПУСС Труды XIV Международной конференции «Проблемы управления и моделирования в сложных системах». Самара, 19 – 22 июня 2012 года (с. 335 – 342).

Сведения о наиболее близких исследованиях

•	Институт проблем управления РАН г. Москва
•	Центральный экономико-математический институт г. Москва
•	Институт тепло - массообмена Академии наук Белоруссии г Минск

Планируемые результаты и практическая значимость

Реализация разработанных алгоритмов в форме специального программного обеспечения для решения задач полубесконечной оптимизации социотехнических систем и технологических комплексов по критериям энергосбережения.
Разработка математического аппарата для создания инженерных методов и вычислительных алгоритмов оптимизации стационарных и переходных режимов работы промышленных технологических линий.
Разработка программного обеспечения для управления и оптимизации режимов работы энесргоемкого оборудования.

Форма передачи и организация внедрения результатов исследования

1. Программное обеспечение «Автоматизированное рабочее место технолога химико-термического производства». Некоммерческая организация «Инновационно-инвестиционный фонд Самарской области»
2. Энергетические паспорта потребителей топливно-энергетических ресурсов. Муниципальные учреждения культуры городского округа Новокуйбышевск Самарской области – 12 шт.;
Муниципальные учреждения физической культуры и спорта городского округа Новокуйбышевск Самарской области – 4 шт.;
Бюджетные учреждения муниципального района Клявлинский Самарской области – 10 шт.;
Государственное бюджетное учреждение здравоохранения Самарской области "Новокуйбышевская станция скорой медицинской помощи";
ОАО «Завод по переработке твердых бытовых отходов», г. Тольятти;
Муниципальное бюджетное учреждение "Централизованная библиотечная система городского округа Сызрань";
ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет».
3. Оптимальные алгоритмы по критериям быстродействия и максимальной точности распределения углерода в упрочненном слое для вакуумных печей. ОАО «Волгабурмаш»
4. Комплексы лабораторных и практических занятий, задания к курсовым работам, лекционные занятия для студентов и аспирантов по курсам «Теория автоматического управления», «Динамические системы», «Идентификация», «Оптимальные и адаптивные системы управления», «Технические средства автоматизации», «Распределенные системы управления технологическими процессами» и др. для технических специальностей. ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»
5. Методика комплексного аудита качества управления процессом разделения нефти на установках АВТ. ОАО «СвНИИНП»

Финансирование работ со стороны федеральных целевых программ

ФЦП: Научные и научно-педагогические кадры инновационной России

Наименование заключенного государственного контракта: Создание энергосберегающих систем потребления электроэнергии мощными промышленными установками для индукционного нагрева металла перед обработкой давлением

Год начала исполнения государственного контракта: 2009

Год окончания исполнения государственного контракта: 2011

Объем финансирования по государственному контракту: 5400000

Степень участия: головной исполнитель

ФЦП: Научные и научно-педагогические кадры инновационной России

Наименование заключенного государственного контракта: Создание энергосберегающих систем потребления электроэнергии мощными электротехнологическими комплексами обработки металла давлением

Год начала исполнения государственного контракта: 2009

Год окончания исполнения государственного контракта: 2011

Объем финансирования по государственному контракту: 3800000

Степень участия: головной исполнитель

ФЦП: Научные и научно-педагогические кадры инновационной России

Наименование заключенного государственного контракта: Энергосберегающее адаптивное управление процессами тепломассопереноса в энергоемких технологиях энергопроизводства и энергопотребления

Год начала исполнения государственного контракта: 2010

Год окончания исполнения государственного контракта: 2012

Объем финансирования по государственному контракту: 2990000

Степень участия: головной исполнитель

ФЦП: Научные и научно-педагогические кадры инновационной России

Наименование заключенного государственного контракта: Разработка энергосберегающих технологических режимов работы автоматизированных печей для вакуумной цементации

Год начала исполнения государственного контракта: 2009

Год окончания исполнения государственного контракта: 2011

Объем финансирования по государственному контракту: 2100000

Степень участия: головной исполнитель

ФЦП: Научные и научно-педагогические кадры инновационной России

Наименование заключенного государственного контракта: Создание энергосберегающих систем потребления электроэнергии индукционными нагревательными установками инновационного типа

Год начала исполнения государственного контракта: 2009

Год окончания исполнения государственного контракта: 2009

Объем финансирования по государственному контракту: 100000

Степень участия: головной исполнитель

ФЦП: Научные и научно-педагогические кадры инновационной России

Наименование заключенного государственного контракта: Разработка многокритериальной методологии и программного обеспечения для выявления перспективных направлений научных исследований в России и за рубежом на перспективных рынках инновационной продукции

Год начала исполнения государственного контракта: 2011

Год окончания исполнения государственного контракта: 2013

Объем финансирования по государственному контракту: 1350000

Степень участия: головной исполнитель

ФЦП: Научные и научно-педагогические кадры инновационной России

Наименование заключенного государственного контракта: Исследование энергосберегающих технологических режимов транспортировки жидких углеводородов по магистральным трубопроводам

Год начала исполнения государственного контракта: 2009

Год окончания исполнения государственного контракта: 2011

Объем финансирования по государственному контракту: 1700000

Степень участия: головной исполнитель

Финансирование работ в рамках Постановление Правительства России от 9 апреля 2010 г. N 218

Наименование заключенного государственного контракта: Разработка математических моделей и инженерных алгоритмов системной оптимизации объектов механики сплошных сред

Год начала исполнения государственного контракта: 2005

Год окончания исполнения государственного контракта: 2005

Объем финансирования по государственному контракту: 165000

Наименование организаций-участников контракта:

ФГБОУ ВПО «СамГТУ»,
Институт проблем управления сложными системами РАН, г.Самара

Степень участия: соисполнитель

Наименование заключенного государственного контракта: Разработка методики оптимизации объектов механики сплошных сред

Год начала исполнения государственного контракта: 2005

Год окончания исполнения государственного контракта: 2006

Объем финансирования по государственному контракту: 180000

Наименование организаций-участников контракта:

ФГБОУ ВПО «СамГТУ»,
Институт проблем управления сложными системами РАН, г.Самара

Степень участия: соисполнитель

Наименование заключенного государственного контракта: Разработка концепции поставщиков индустриального парка

Год начала исполнения государственного контракта: 2004

Год окончания исполнения государственного контракта: 2004

Объем финансирования по государственному контракту: 300000

Наименование организаций-участников контракта:

ФГБОУ ВПО «СамГТУ», ОАО Автоваз

Степень участия: соисполнитель

Финансирование работ в рамках грантов Российского фонда фундаментальных исследований

Наименование гранта: Теория, вычислительная технология и технические приложения специального метода последовательной параметризации управляющих воздействий в краевых задачах оптимального управления системами с распределенными параметрами

Год начала исполнения: 2009

Год окончания исполнения: 2011

Объем финансирования: 1600000

Степень участия: головной исполнитель

Наименование гранта: Аналитическое конструирование агрегированных регуляторов в динамических системах с распределенными параметрами

Год начала исполнения: 2012

Год окончания исполнения: 2012

Объем финансирования: 500000

Степень участия: головной исполнитель

Наименование гранта: Разработка методов математического моделирования и оптимального управления взаимосвязанными электромагнитными тепловыми полями в энерготехнологических процессах и установках промышленного производства

Год начала исполнения: 2007

Год окончания исполнения: 2009

Объем финансирования: 1218000

Степень участия: головной исполнитель

Наименование гранта: Создание научных основ системного анализа, математического моделирования и оптимизации процессов тепломассопереноса и технологических комплексов промышленной теплофизики по критериям энергосбережения

Год начала исполнения: 2010

Год окончания исполнения: 2012

Объем финансирования: 1000000

Степень участия: головной исполнитель

Наименование гранта: Разработка основ теории и методов реализации стратегии гарантированного результата в процессах идентификации и управления техническими системами с распределенными параметрами

Год начала исполнения: 2006

Год окончания исполнения: 2008

Объем финансирования: 900000

Степень участия: головной исполнитель

Наименование гранта: Теория и вычислительные алгоритмы специального метода совместной оптимизации по системным критериям качества взаимосвязанных объектов технологической теплофизики в составе производственных комплексов обработки металла давлением

Год начала исполнения: 2013

Год окончания исполнения: 2013

Объем финансирования: 700000

Степень участия: головной исполнитель

Финансирование работ по контрактам, договорам, грантам, не указанных (ФЦП, 218, РФФИ)

Заказчики исследований: 1. ФГУП ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс" 2. Администрация городского округа Самара 3. Некоммерческая организация «Инновационно-инвестиционный фонд Самарской области» 4. Университет им. Лейбница, г. Ганновер, Германия 5. Муниципальные учреждения культуры городского округа Новокуйбышевск Самарской области 6. Муниципальные учреждения физической культуры и спорта городского округа Новокуйбышевск Самарской области 7. Бюджетные учреждения муниципального района Клявлинский Самарской области 8. Государственное бюджетное учреждение здравоохранения Самарской области "Новокуйбышевская станция скорой медицинской помощи" 9. ОАО «Завод по переработке твердых бытовых отходов», г. Тольятти 10. Муниципальное бюджетное учреждение "Централизованная библиотечная система городского округа Сызрань" 11. ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» 12. Общественный фонд содействия отечественной науке 13. ЗАО "ТАРКЕТТ" 14. Филиал ОАО "Самараэнерго" ТЭЦ ВАЗа 15. ФГУП Самарский отраслевой научно-исследовательский институт радио 16. ООО "Средневолжская газовая компания" 17. ОАО "СвНИИНП" 18. ОАО "Волжская ТГК" 19. Филиал ОАО "Самараэнерго" Сызранская ТЭЦ 20. ООО "Акватехнология" 21. Министерство образования и науки РФ 22. DAAD (Германская служба академических обменов)

Объем финансирования: 23645430

Связи по совместному развитию

1. Университет им. Лейбница, г. Ганновер, Германия 2. ФГУП ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс", г.Самара 3. ОАО "СвНИИНП", г. Новокуйбышевск, Самарская область 4. Институт управления сложными системами РАН, г.Самара

Потребности по привлечению компетенций

Целесообразно привлечь к сотрудничеству иностранные и отечественные компании нефтегазового комплекса: Роснефть, ЛУКОЙЛ, ВР, Shell путем заключения Генерального соглашения между ФГБО ВПО СамГТУ и соответствующими компаниями об инновационном сотрудничестве. Предлагается заключить рамочный договор о сотрудничестве СамГТУ с ЦСКБ «Прогресс» в рамках авиационно-космического кластера в Самарской области. В этих договорах необходимо прописать ежегодный объем финансирования НИР и ОКР, меры контроля над экономической эффективностью внедрения.

Общее кол-во научных работников

16

Количество научных работников имеющих степень доктора наук

2

Количество научных работников имеющих степень кандидата наук

8

Общее количество вспомогательного и обслуживающего персонала

3

Наименование темы и номер гранта ведущей научной школы РФ

2 к.т.н., специальность 05.13.06. – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность).

Потребность в научных работниках в ближайшие 3 года и их специализация

2 к.т.н., специальность 05.13.06. – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность).

Потребность во вспомогательном и обслуживающем персонале в ближайшие 3 года

3

Общее количество единиц научного и лабораторного оборудования, используемого в исследовании

18

Наиболее значимое научное и лабораторное оборудование

•	Стенд «Автоматизированная система управления котлом « Lamborghini » \ П23630002627\ » 
•	Сервер IBM Blade Center\ 88861TG \П23630010207

Количество средств вычислительной техники

44

Потребность в научном и лабораторном оборудовании с учетом прогноза развития исследования в ближайшие 3 года и плановой замены имеющегося оборудования

•	Мультимедийная доска с соответствующим оборудованием;
•	Мультимедийный проектор 
•	Картридж HP LaserJet Q2612A для лазерного принтера HP LJ 1022 (1 шт.)
•	Картридж Samsung ML-1710D3 для лазерного принтера Samsung ML-1750 (1 шт.)
•	Картриджи для плоттера HP DesignJet 110 plus (1 комплект):
•	C4844A HP 10 (черный)
•	C4836A HP 11 (синий)
•	C4837A HP 11 (пурпурный)
•	C4838A HP 11 (желтый)
•	Модуль памяти DDR II DIMM 1GB PC6400 (24 шт.)
•	Модуль памяти DDR DIMM 1 GB PC3200 (15 шт.)
•	Колонки звуковые 2х3Вт (3 шт.)
•	Монитор 19.0" Samsung E1920NW 1440x900 TCO'03 (5ms) black (3 шт.)
•	Привод DVD±R/RW & CDRW IDE white (1 шт.)
•	Жесткий диск 250 GB IDE (1 шт.)
•	Блок питания 350 Вт ATX 20+4 pin (2 шт.)
•	Мышь проводная Genius NetScroll 110 Black Optical PS/2

Текущая потребность в средствах вычислительной техники

•	Ноутбук Lenovo B570 <59320947> Pent B960/2/320/DVD-RW/WiFi/DOS/15.6" (4 шт.)
•	МФУ (Многофункциональное устройство) HP LaserJet Pro M1132 (2 шт.)

Используемое специализированное лицензионное программное обеспечение

• Microsoft Visual Studio .Net 2008 (на 12 компьютерах) • National Instruments Circuit Design Suite for Educational Academic Edition (на 12 компьютерах) • Ansys Academic Research License (на сервере IBM BladeCenter S/HS22) • Ansys HPC (на сервере IBM BladeCenter S/HS22) • FLUX 2D/3D Induction Heating License (на сервере IBM BladeCenter S/HS22) • Специализированное ПО производителя: ООО «ИзТех» - калибратор КТ2; НПФ «Сенсорика», двухканальный видеографический регистратор Ш9329А. • Специализированное ПО производителя: ООО «ИзТех» - калибратор КТ2 — АЧТ; ООО «Техно-Ас», Коломна - Пирометр "Фаворит" С-300.1. • Специализированное ПО производителя: H-Master, конфигурационная программа; ПО Метран 501-ПКД-Р, калибратор; ТРМ200 конфигуратор, «OWEN» • Специализированное ПО производителя: ПО Метран 501-ПКД-Р, калибратор; ТРМ200 конфигуратор, «OWEN» • Специализированное ПО производителя:ТРМ200 конфигуратор, «OWEN»; Калибровка ИКСУ-2000 v2.01. • Специализированное ПО производителя: НПФ «Сенсорика», двухканальный нормирующий преобразователь Ш932.2.; ТРМ200 конфигуратор, «OWEN»; Калибровка ИКСУ-2000 v2.01. • НПФ «Сенсорика», двухканальный видеографический регистратор Ш9329А. • Специализированное ПО производителя ПГА-10, Test PGA. 1-96 • Специализированное ПО производителя: ЗАО НПФ «Логика»; ООО научно — производственное предприятие «Знак» • Siemens ACS Software • Moeller X Soft Starter Package.

Текущая потребность в специализированном лицензионном программном обеспечении

• Microsoft Office 2010 Rus (15 экз) • PTC Mathcad 14 (12 экз) • MathWorks MATLAB (3 экз) • AutoDesk AutoCAD (3 экз) • Аскон Компас-3D (3 экз) • National Instruments LabVIEW Base System for Windows (3 экз) • Schneider Electric Monitor Pro (3 экз)

Оценочная стоимость необходимого научного и лабораторного оборудования, средств вычислительной техники и программного обеспечения

800 000