Движущие силы

С помощью модели можно имитировать причинно-следственные связи, возникающие в результате действия на систему внешней нагрузки, и в итоге проанализировать влияние выбранных нагрузок на систему. Эти внешние нагрузки необходимо определить или предположить. Детерминистская модель позволяет рассчитать дан­ ные на выходе строго в соответствии с выбранными данными на входе.

Суть моделирования состоит в выборе модельной структуры, ко­ торая отражает ключевые особенности интересующего нас процес­ са. При этом можно основываться на заведомо известных данных, а также на недорогостоящих исследованиях конкретных условий. Целью является получение надежных результатов, которые могли бы применяться на практике.

11.2. Применение моделей

Модели могут применяться в изложенных ниже целях.

11.2.1. Инструмент планирования

Станции очистки — всего лишь одно звено в значительно большей системе управления водными ресурсами. Эта система очерчена бассейном канализования, в котором работает очистная станция, превращая грязную воду в очищенную перед тем, как ее сбросят из городской канализации в открытые водоемы. Такая система очень сложна, и управлять ею непросто. В последние годы был проведен анализ возможности управления с помощью моделей для всей системы канализования и для локальных городских систем канализования, что требует интеграции моделей очистных сооружений с моделями канализационных систем и принимающих водоемов. В моделях такого масштаба и сложности могут найти отражение только наиболее важные особенности систем.

11.2.2. Анализ процессов на действующих станциях

Проводить исследования уже существующих станций приходится потому, что либо они функционируют не так, как предполагалось, либо их необходимо реконструировать, например, включить процес­ сы удаления азота и фосфора. В процессе такого исследования обра­

батывается очень большое количество экспериментального матери­ ала, что представляется чрезвычайно важным. В принципе модель можно подогнать под конкретные данные, а затем использовать при анализе возможности улучшения ситуации. Однако это выполнимо только в том случае, если имеются такие экспериментальные данные, которые можно применить для подгонки модели.

11.2.3. Проектирование новых станций

Если мы имеем дело с новыми станциями, информации, которая могла бы понадобиться при различных условиях их функциони­ рования в будущем, явно недостаточно. Прогнозированию в таком случае будет присуща неопределенность, и при проектировании эту неопределенность необходимо учитывать. Поэтому часто на практике используют традиционные правила подхода к проекти­ рованию, вполне оправданные из-за неопределенности прогнози­ рования. Однако в ответственных случаях важно протестировать действие сложных станций при предполагаемых нагрузках и опре­ делить чувствительность проекта к изменениям входных данных.

11.2.4. Контроль работы станций в реальном времени

Эксплуатация очистных сооружений традиционно основывается на фиксированных параметрах и ручном контроле процесса. Однако развитие данной области демонстрирует полезность динамического контроля. Это дает ряд несомненных преимуществ: лучшее каче­ ство очистки, энергосбережение и экономия химических веществ. Контроль работы станций очистки воды в реальном времени пока еще находится в начале своего воплощения, и предложено немало подходов к его внедрению [28].

Контроль, основанный на фиксированных правилах

Идея такого контроля заключается в следующем: функционирова­ ние станции контролируется автоматически на основе фиксирован­ ных правил, связанных по принципу «если — то». Таким способом фактически и осуществлялся контроль за работой станций. В отличие от этой традиционной манеры управления сегодня в качестве основы для фиксированных правил служит информа­ ция, получаемая с помощью датчиков. Моделирование позволяет протестировать адекватность этих правил и улучшить их путем

опробования модели данной станции на основе экспериментальной информации.

Оптимизация контроля в реальном времени

Оптимизация контроля требует модели, работающей в режиме реального времени. Оптимизация основана на целевой функции, учитывающей важные параметры процесса и результаты, связан­ ные с его выполнением. Это может быть понижение стоимости процесса или улучшение качества обработки стоков, или и то, и другое. Используя модель станции, можно предсказать работу станции, исходя из предполагаемых данных на входе. Опера­ ционные параметры анализируются с целью выбора желаемых значений целевой функции (минимальных или максимальных). Модель может приводиться в соответствие с самыми последними данными либо периодически, либо в режиме реального времени, и в результате этого можно наметить пути улучшения эксплуата­ ционных показателей. Такая система довольно сложна. Чтобы она не была такой огромной и чтобы ее можно было использовать в режиме реального времени, необходимо упрощать входящие в нее модели.

11.2.5. Модели как инструменты исследования

До сих пор в работе очистных сооружений еще не все до конца понятно и не все описано. Модели могут служить инструментом, помогающим анализировать информацию, полученную в соот­ ветствующих исследованиях. Выбранная модель должна давать конкретное описание исследуемого процесса, чтобы можно было понять, какое из возможных объяснений более приемлемо в данном случае или даже более того — чтобы показать универсальность того или иного явления.

11.2.6. Уровень агрегации

Уровень агрегации означает уровень детализации или разрешения в описании результата. Определяется он инженерной задачей. Предельные случаи: для планирования необходим низкий уровень агрегации, а для исследовательской работы — высокий уровень агрегации в данном процессе. В интегральной модели р. Рейн требуется невысокий уровень детализации и разрешения во времени