Защита диссертации Боранбаевой Наркез Баймахановны на соискание степени доктора философии (PhD) по специальности «8D07102 - Автоматизация и управление»

В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Боранбаевой Наркез Баймахановны на тему «Система управления режимами работы установки каталитического крекинга в условиях нечеткой исходной информации» по образовательной программе «8D07102 – Автоматизация и управление».

Диссертация выполнена на кафедре «Кафедра Системного анализа и управления» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.

Язык защиты - казахский

Официальные рецензенты:

Временные члены Диссертационного совета:

Научные консультанты:

Оразбаев Батырбай Бидайбекович – доктор технических наук, профессор кафедры «Системного анализа и управления» Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева (г.Астана, Республика Казахстан).

Вуйцик Вальдемар – доктор технических наук, профессор кафедры электроники и информационных технологий факультет электротехники и информатики, Люблинский политехнический университет (г. Люблин, Польша).

Защита состоится: 5 июня 2026 года 14:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D071 – Инженерия и инженерное дело» по специальности «8D07102 – Автоматизация и управление» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в онлайн формате.

Ссылка: https://teams.microsoft.com/meet/43084063069554?p=sYYIBSTyZZz7EHsgT2

Адрес: Астана қ., Пушкин көшесі, 11, №2 ғимарат, Мәжіліс залы (№222 ауд.).

Аннотация (рус.): АННОТАЦИЯ диссертационной работы Боранбаевой Наркез Баймахановны на тему «Система управления режимами работы установки каталитического крекинга в условиях нечеткой исходной информации», представленной на соискание степени доктора философии (PhD) по образовательной программе 8D07102 – «Автоматизация и управление». Актуальность темы исследования. Каталитический крекинг является одним из ключевых процессов нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ), обеспечивающим получение высокооктановых компонентов автомобильных бензинов и других ценных продуктов. Данный процесс занимает важное место в системе глубокой переработки нефти и играет стратегическую роль в формировании топливного баланса страны. На Шымкентском нефтеперерабатывающем заводе эксплуатируется установка каталитического крекинга тяжелых остатков (RFCC, титул 1000), предназначенная для переработки тяжелых нефтяных фракций в легкие углеводороды. Процесс реализуется в условиях псевдоожиженного слоя, обеспечивающего высокую интенсивность массо и теплообмена и способствующего увеличению выхода целевых продуктов. Основной целью функционирования установки является повышение глубины переработки нефти и увеличение доли легких нефтепродуктов. В реакторе установки протекают процессы разложения тяжелых углеводородных молекул с образованием бензиновых и газовых фракций. В регенераторе осуществляется сжигание кокса с поверхности катализатора, что обеспечивает его повторное использование в технологическом цикле. Эффективность работы установки в значительной степени определяется устойчивостью функционирования реактор-регенераторного блока, являющегося ключевым элементом технологической схемы. Процесс каталитического крекинга относится к классу сложных, многопараметрических и плохоформализуемых химико-технологических процессов. Он характеризуется высокой степенью неопределенности исходной информации, обусловленной изменчивостью качества сырья и технологических режимных параметров. Особую актуальность представляет задача прогнозирования качества получаемого бензина, поскольку данный показатель зависит от множества факторов и подвержен воздействию стохастических возмущений. Это существенно затрудняет построение адекватных математических моделей и систем управления на основе традиционных методов. В этих условиях разработка интеллектуальной системы управления режимами работы реактор-регенераторного блока установки каталитического крекинга является актуальной научно-практической задачей. В промышленных условиях ряд параметров и показателей установки каталитического крекинга тяжелых остатков (RFCC) характеризуется неопределенностью. Для таких сложных технологических систем задача определения оптимальных режимов работы требует учета нечеткой информации, представленной в виде знаний, опыта и интуиции экспертов. Разработка интеллектуальных систем, способных эффективно использовать такую информацию, в настоящее время является одной из наиболее актуальных научно-практических задач. Таким образом, выбранная тема диссертационного исследования, направленная на разработку методов и алгоритмов интеллектуального управления каталитическим крекингом в условиях неопределенности, является актуальной и имеет важное теоретическое и практическое значение. Таким образом, актуальность исследования определяется следующими факторами: – стратегическая роль каталитического крекинга в повышении глубины переработки нефти и обеспечении топливного баланса; – сложность и многопараметрический характер технологического процесса, сопровождающегося высокой степенью неопределенности; – недостаточная разработанность методов математического моделирования в условиях нечеткой информации; – необходимость внедрения систем управления на отечественных нефтеперерабатывающих заводах для повышения качества продукции и эффективности функционирования процессов. Целью настоящего исследования является разработка интеллектуальной системы управления режимами работы установки каталитического крекинга на основе методов нечеткой логики, математического моделирования и алгоритмов машинного обучения. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи: - проведение анализа современного состояния методов математического моделирования и управления режимами работы установок каталитического крекинга, выявление существующих подходов и их ограничений; - исследование технологических особенностей реактор-регенераторного блока установки каталитического крекинга и определение основных параметров процесса, влияющих на выход и качество продукции; - разработка математических моделей реактор-регенераторного блока, обеспечивающих адекватное описание динамики процесса в условиях многопараметричности и неопределенности исходной информации; - разработка интеллектуальной системы управления режимами работы установки каталитического крекинга на основе интеграции регресссионных моделей, нечеткой логики, экспертных знаний и методов машинного обучения; - проведение апробации разработанной системы управления на примере установки каталитического крекинга Шымкентского нефтеперерабатывающего завода и оценка ее эффективности в сравнении с традиционными методами управления. Объектом исследования является технологический процесс каталитического крекинга тяжелых нефтяных остатков в реактор-регенераторном блоке установки каталитического крекинга Шымкентского нефтеперерабатывающего завода. Предметом исследования являются математические модели и методы интеллектуального управления режимами работы реактор-регенераторного блока установки каталитического крекинга, основанные на применении теории нечетких множеств, экспертных знаний, нечеткого моделирования и методов машинного обучения. Методы исследования. В процессе выполнения диссертационной работы был использован комплекс современных методов исследования, включающий анализ научной литературы и производственных материалов, посвященных проблемам математического моделирования и управления процессами каталитического крекинга. Для исследования динамики и взаимосвязей параметров реактор-регенераторного блока установки каталитического крекинга применялись методы системного анализа и математического моделирования, обеспечивающие адекватное описание поведения технологического процесса в условиях многопараметричности и неопределенности. Научная новизна результатов диссертационного исследования: 1. Впервые разработана гибридная методология моделирования режимов работы реактор-регенераторного блока установки каталитического крекинга тяжелых остатков. Предложенная методология основана на интеграции классических регрессионных моделей, нечеткой логики и алгоритмов машинного обучения, что позволяет в полной мере учитывать нелинейный, стохастический и многопараметрический характер процесса каталитического крекинга. Доказано, что применение гибридного подхода обеспечивает повышение точности и устойчивости моделей. 2. Предложена новая структура нечеткой модели, основанная на лингвистическом описании технологического процесса. Несмотря на использование классической модели Мамдани, отличительной особенностью разработанного подхода является динамическая корректировка базы нечетких правил с применением методов машинного обучения, что обеспечивает адаптацию системы к изменяющимся технологическим режимам и автоматическое обновление параметров модели в соответствии с текущими условиями. 3. На основе промышленных данных Шымкентского нефтеперерабатывающего завода и экспертных оценок разработана адаптивная нечеткая модель, обладающая способностью автоматической корректировки экспертных правил с использованием методов машинного обучения. Модель учитывает взаимосвязи между основными параметрами реактор-регенераторного блока и выходом бензина, что позволяет повысить точность описания и прогнозирования технологического процесса. 4. Разработана новая структурно-алгоритмическая схема интеллектуального управления режимами работы установки каталитического крекинга. Впервые предложена интеграция модулей нечеткой логики и машинного обучения в единую систему управления, что обеспечивает повышение точности принимаемых решений и устойчивости технологического процесса. Эффективность предложенной интеллектуальной системы управления экспериментально подтверждена на промышленных данных Шымкентского НПЗ. 5. По результатам исследования выполнена государственная регистрация объектов авторского права, включая методику интеллектуального управления процессом каталитического крекинга тяжелых нефтяных остатков (Национальный институт интеллектуальной собственности Республики Казахстан, №66362, 2026 г.) и программный алгоритм интеллектуального управления режимами работы установки каталитического крекинга в условиях неопределенности исходной информации (Национальный институт интеллектуальной собственности Республики Казахстан, №66507, 2026 г.). Научные результаты, выносимые на защиту. В диссертационной работе на защиту выносятся следующие научные положения и результаты: 1. Предложена и научно обоснована новая гибридная методология моделирования реактор-регенераторного блока каталитического крекинга, учитывающая нелинейный и многокритериальный характер процесса. Доказано, что применение данной методологии обеспечивает повышение точности моделирования и эффективности управления технологическим процессом. 2. На основе промышленных данных Шымкентского нефтеперерабатывающего завода получена система зависимостей, описывающая взаимосвязь между основными параметрами, определяющими выход и качество бензина. Установленные зависимости обоснованы в виде гибридной fuzzy-полиномиальной модели, обеспечивающей адекватное описание и прогнозирование технологического процесса. 3. Разработаны новая структурная схема и алгоритм интеллектуального управления режимами работы установки каталитического крекинга. Доказано, что предложенный алгоритм обеспечивает повышение устойчивости процесса, точности прогнозирования и эффективности принимаемых управляющих решений. На основе разработанных моделей создана интеллектуальная система управления режимами работы установки каталитического крекинга. 4. Выполнена проверка адекватности разработанных моделей и их экспериментальная апробация на основе реальных промышленных данных Шымкентского НПЗ. Доказана эффективность предложенной интеллектуальной системы управления и показаны ее преимущества по сравнению с традиционными методами. По результатам испытаний установлено увеличение выхода бензина на 3,2%, улучшение показателя плотности бензина на 0,4%, снижение показателей нестабильности технологического процесса. Практическая значимость результатов исследования: 1. Разработанная система управления позволяет определять оптимальные значения параметров технологического процесса, обеспечивающие повышение выхода и качества бензина. Предложенная система может быть внедрена на нефтеперерабатывающих предприятиях для повышения эффективности производства автомобильных бензинов. 2. Разработанные модели обеспечивают более точное прогнозирование поведения процесса в условиях неопределенности и позволяют формировать оптимальные режимы работы установки. Предложенные модели и алгоритмы могут быть использованы при модернизации автоматизированных систем управления установками каталитического крекинга. 3. Результаты исследования могут применяться при модернизации автоматизированных систем управления технологическими процессами нефтеперерабатывающих заводов, а также при подготовке операторов и инженерно-технического персонала с целью повышения эффективности эксплуатации оборудования. 4. Основные результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева по образовательной программе 6В07102 – «Автоматизация и управление» и используются при проведении учебных занятий и научных исследований. Соответствие направлениям развития науки и государственным программам. Диссертационная работа соответствует одному из приоритетных направлений развития науки Республики Казахстан - «Передовое производство, цифровые и космические технологии». Исследования по теме диссертации выполнены в рамках грантового финансирования научных исследований молодых ученых на основании договора №52ЖҒ-25-27 от 27 февраля 2025 года, в рамках проекта AP25795091 «Разработка интеллектуальной системы управления процессом каталитического крекинга». Личный вклад соискателя в полученные научные результаты заключается в следующем: 1. Проведен анализ современного состояния проблемы математического моделирования и управления процессами каталитического крекинга, систематизированы и обобщены отечественные и зарубежные исследования в данной области. 2. Исследованы технологические особенности реактор-регенераторного блока установки каталитического крекинга Шымкентского нефтеперерабатывающего завода, определены основные параметры, влияющие на выход и качество продукции. 3. Разработаны математические модели реактор-регенераторного блока с учетом многопараметричности и неопределенности исходных данных. 4. Предложен и реализован метод синтеза лингвистических моделей технологических систем, основанный на использовании экспертных знаний и теории нечетких множеств. 5. Разработаны нечеткие модели реактор-регенераторного блока, реализованные с использованием программных средств MATLAB (Fuzzy Logic Toolbox) и Python. 6. Разработаны структура и программная реализация интеллектуальной системы управления режимами работы установки каталитического крекинга. 7. Выполнены проверка и экспериментальная апробация предложенных моделей и системы управления на основе промышленных данных Шымкентского НПЗ. 8. Сформулированы научные положения, отражающие новизну работы, и определены направления практического применения полученных результатов. Апробация результатов диссертационного исследования и публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 научных работах, в том числе в научных журналах, рекомендованных Комитетом по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан – 3 статьи: 1. Разработка математической модели реакторно-регенераторного блока установки каталитического крекинга // Вестник КазККА – 2024. – Vol. 1, №130. – С. 153–162. 2. Forecasting and optimization of catalytic cracking unit operation under condition of fuzzy information // Scientific Journal of Astana IT University – 2024. – Vol. 19. – С. 46–59. 3. Определение выхода продукции установки каталитического крекинга с использованием программной среды Python // Вестник КазУТБ – 2024. – Vol. 4, №25. – С. 84–96. Результаты диссертационного исследования также апробированы на международных научных конференциях: 1.Подход к моделированию установки каталитического крекинга на основе интеллектуальных методов // «Творчество молодежи – инновационному развитию Казахстана»: материалы XX научно-технической конференции, 2024. – С. 54–58. Основные научные результаты диссертации опубликованы в журналах, индексируемых в международных базах данных Web of Science и Scopus: 1.Development and Synthesis of Linguistic Models for Catalytic Cracking Unit in a Fuzzy Environment // Processes (MDPI). – 2024. – Vol. 12. – P. 1543. Кроме того, результаты исследования представлены в материалах международной научной конференции, индексируемой в базе Scopus: 1.Evaluating machine learning-based routing algorithms on various wireless network topologies // Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High Energy Physics Experiments (SPIE Proceedings). – 2024. – 134000Z. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников (91 наименование) и 5 приложений. Общий объем диссертации составляет 114 страниц, включая 8 таблиц и 30 рисунков. Ключевые слова: каталитический крекинг, интеллектуальная система управления, нечеткая логика, гибридные модели, машинное обучение, неопределенность, математическое моделирование, нефтепереработка регрессионные модели.

Диссертация

Список научных трудов

Отзыв научного консультанта

Отзыв зарубежного консультанта

Заключение комиссии по этической оценке исследований