Netradiční metody řízení komplexních systémů ve výrobě stavebních hmot

Non-conventional methods for controlling complex systems in the manufacture of building material

článek ve sborníku ve WoS nebo Scopus

čeština

Při studiu chování, návrhu a realizaci řídicích systémů reálných procesů, mají (obecně) své nezastupitelné místo všeobecně známé systémové disciplíny - modelování a simulace. Samostatnou kapitolou jsou pak problémy popisu a řízení procesů vyznačujících se značnou složitostí (komplexností), velkou obtížností (až často nemožností) svého formálního matematického popisu a problematickou provozní měřitelností rozhodujících veličin. U takovýchto systémů narážejí klasické formální přístupy, založené na numerické matematické analýze a podporované aparátem matematické statistiky, na znalostní meze svého použití. Nemůžeme-li (z důvodu přesně definovat realitu a instrumentální pojmy) popsat vazby mezi jednotlivými veličinami systému, můžeme postupovat dvojím způsobem: (1) zavést zjednodušující předpoklady, které sníží složitost zkoumaného systému natolik, že je možný jeho přesný popis, (2) snížit úroveň popisu tak, aby bylo možno systém popsat bez zjednodušujících předpokladů. Nedostatkem prvního přístupu je možný rozdíl mezi popsaným a reálným systémem. Snadno se totiž může stát, že matematicky přesný popis má jen malou souvislost se zkoumaným systémem. Naproti tomu druhý způsob se stal běžným při popisu systémů, který k popisu užívá prostředků lidského jazyka. Při použití při-rozeného jazyka pak neurčitost není překážkou, neboť jeho nejdůležitější vlastností je vágnost jeho sémantiky a schopnost s vágními pojmy pracovat. V matematice však donedávna nebyl k dispozici aparát, který by tento přístup umožnil, neboť klasická matematika se nedokázala s vágností popisu vyrovnat. Jeden ze zásadních obratů v metodách řízení složitých, matematicky přesně nedefinovatelných dynamických systémů s mnoha parametry a nelineárními vazbami mezi nimi, nastal v sedmdesátých letech minulého století, kdy byly postupně publikovány první práce profesora kalifornské univerzity v Berkeley Lotfiho A. Zadeha z oblasti fuzzy matematiky a fuzzy logiky. Tyto teorie velmi rychle pronikly do praxe a začaly se používat k popisu chování (a řízení) takovýchto systémů. Jejich úspěch spočívá především v tom, že se s pojmem vágnosti vyrovnaly na úrovni interpretace matematické teorie, nikoliv užitím "vágního formálního aparátu". Publikovaný příspěvek charakterizuje jazykové modely na bázi fuzzy logiky jako jednu z forem expertních systémů, využitelných k řízení složitých, mnohoparametrových nelineárních soustav, jejichž popis a optima-lizace jsou z hlediska exaktních matematických metod téměř nemožné. Přibližuje dále jejich využití při říze-ní technologických procesů uvedených vlastností a pojednává o jejich praktické aplikaci při řešení proble-matiky řízení cementářské rotační pece, protože charakter procesu výpalu cementářského slinku v rotační peci z ní vytváří mnohoparametrovou nelineární soustavu, jejíž popis a optimalizace jsou z hlediska exakt-ních matematických metod téměř nemožné.

Generally known system disciplines - modeling and simulation - have (in general) their fixed place in behavioral studies, and on the design and performance of control systems of real processes. Individual chapters explain the problems of describing and managing processes which are distinguished by their marked intricacy (complexity) and the difficulty (sometimes impossible) of formal mathematical description and problematic operational measurability of critical values. Classic formal approaches to these systems are based on numerical mathematical analysis and are supported by mathematical statistical apparatus, on the limits of the knowledge of its use. If we cannot describe the relation between the individual values of the system (due to an accurate definition of real and instrumental concepts) we can proceed in two ways: (1) apply simplified assumptions that reduce the complexity of the investigated system enough to provide its exact description, (2) reduce the level of the description so that the system can be described without simplifying the assumptions. The insufficiency of the first approach is possibly due to the difference between the described and real sys-tems. It can quite easily happen that a mathematically exact description has only a low coherence with the investigated system. On the other hand the second approach became commonplace during the description of systems which uses elements of the human language for the descriptions. Using a natural language the am-biguity is not an obstruction because the most important characteristic is the vagueness of its semantic and the ability to work with vague concepts. Until recently there has not been an apparatus in mathematics that would allow this approach because classic mathematics cannot be set against a vague description. One the of the most fundamental turning points in the methods of managing complicated, dynamic systems that are not precisely definable mathematically and that have several parameters with non-linear relations between them, occurred in the 1970s when the first work of Professor Lotfi A. Zadeh from the University of California, Berkeley was published from the sector of fuzzy mathematics and fuzzy logic. His theories were soon put into practice and were used to describe the behavior (and control) of such systems. Their success mainly relied on the fact that the interpretation of mathematical theory was compounded by an expression of vagueness and not by the use of 'vague formal apparatus'. The published paper characterizes language models based on fuzzy logic as one of the forms of expert systems, applicable for the control of complex, multi-parameter, non-linear systems, whose description and optimiza-tion are almost completely impossible from the point of view of exact mathematical methods. They will soon be applied to the control of technological processes with the mentioned characteristics and their practi-cal application will be dealt with during the solution of issues of managing a cement factory rotation kiln because of the character of the burn out process of cement factory cinders in rotation kilns, which create multi-parameter non-linear systems, which are practically impossible to describe or optimize using mathe-matical methods.

Modelování, simulace, řízení, nelineární systémy, fuzzy matematika, fuzzy logika, expertní systémy, jazyková proměnná, jazykové modely

Modeling, simulation, controling, non-linear systems, fuzzy mathematics, fuzzy logic, expert systems, language models

Krejčí, A. - Rada, V.

2007

21. 9. 2007

VUT v Brně, FAST

Brno

978-80-214-3475-2

PROCEEDINGS

2007

1

25

43

18