В работе дается обоснование применения математической модели стохастического процесса Маркова для анализа технологических параметров оборудования. Показана ограниченность (представлена как свойство) данной модели для описания всей технологической системы, в поведении которой присутствуют элементы самоорганизации и динамического развития. Отсюда делается основной вывод о необходимости использования альтернативных подходов в моделировании систем, проходящих через данные временные моменты (точки фазового перехода) в своей эволюции. Рассматривается метод обнаружения фазового перехода системы в случае нестационарного развития поведения технологического оборудования. Приводятся предпосылки появления математической модели процесса, описание и получение функции-сигнатуры, появление которой констатирует факт зарождения кооперативного действия и процесса самоорганизации. Показывается, как организуется связь двух моделей. Проводится интеграция моделей с целью получения общей интеграционной модели диагностирования технологической системы в пространстве состояний. Рассматривается алгоритм оптимизации системы шаровых мельниц.

Основное внимание в данной работе уделено определению понятия технологической безопасности с теоретико-множественной точки зрения. Рассмотрено понятие технологической безопасности как функционального свойства системы.

Показана необходимость применения теоретико-множественного подхода к исследованию свойств технологической безопасности на основе бинарных отношений. Приведен обзор основных операций и отношений на множествах, формирующих оценку безопасности.

Показано, что с точки зрения практического применения при анализе безопасности технологических процессов необходимым этапом исследования является теоретико-множественный анализ опасностей, позволяющий структурировать опасности. Выявленная структура опасностей может быть положена в основу мероприятий, разрабатываемых для диагностики внештатных ситуаций и управления технологической безопасностью изучаемого объекта.

Сделан вывод о необходимости исследования событийного характера случайного проявления опасностей для управления технологической безопасностью, при этом актуально применение математического аппарата нечетких множеств.

Основное внимание уделено построению различных математических моделей процессов химической технологии. Рассматривается подход к построению дискретных моделей химико-технологической системы для типовых процессов химической технологии, описываемых системами обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных, которые соответствуют типовым моделям процессов химической технологии (модель идеального смешения, модель идеального вытеснения, диффузионная модель).

Рассмотрена методология построения дискретных моделей (метод разделения состояний, модели на основе дифференциальных уравнений в частных производных, модели на основе нечетких множеств) непрерывных химико-технологических процессов, которые могут быть применены для целей диагностики состояний технологических процессов и управления их безопасным функционированием.

Построение дискретной модели непрерывной химико-технологической системы позволяет отнести мгновенное состояние технологического процесса к определенному классу состояний. Основное назначение данного этапа - моделирование событийных процессов, происходящих в объекте управления, и отражение причинно-следственных связей, существующих в технологических процессах, оборудовании и системах управления.

В работе рассматривается построение системы диагностики состояний и управления технологической безопасностью процесса измельчения апатитонефелиновой руды на основе ситуационного управления с использованием аппарата теории нечетких множеств.

Приведено описание технологического процесса измельчения апатитонефелиновой руды. Для оценки состояния технологического процесса вводятся лингвистические переменные, определяются их терм-множества и задаются функции принадлежности каждому терм-множеству лингвистической переменной.

Проводится расчет центров безопасности по различным технологическим параметрам методом нечеткой классификации и логического вывода. Приведение к четкости производится центроидным методом. Приводится алгоритм ситуационного управления технологическим процессом измельчения апатитонефелиновых руд для выбора оптимального с точки зрения технологической безопасности вектора управления.

В работе рассматриваются математические модели, используемые в задачах диагностики состояний технологических систем: структурно-логические и причинно-следственные модели, модели пространства состояний и интервальные параметрические модели. Рассмотрены проблемы диагностирования состояний и управления технологической безопасностью химических производств.

Показано, что ядром современной системы управления технологической безопасностью химического производства является система диагностики состояний химико-технологического процесса, приведен ряд общих особенностей создания и использования диагностических систем для химико-технологического процесса.

Делается вывод о необходимости построения систем диагности химико-технологического процесса на основе класса дискретных моделей, которые позволяют проводить анализ состояния работоспособности системы в условиях неопределенности информации о диагностируемом объекте.

Основное внимание уделено принципам управления технологической безопасностью. Рассмотрены характерные особенности реализации этих принципов для непрерывных процессов химической технологии. Дается определение задачи диагностики как многоуровневой иерархической задачи, приводится декомпозиция химико-технологических систем, излагается методика диагностики состояний химико-технологических систем на основе дискретных моделей, которые позволяют прогнозировать возникновение постепенных отказов, являющихся результатом ухудшения свойств веществ, участвующих в химикотехнологических процессах (например, ухудшение свойств катализатора в реакторе), свойств аппаратов (образование накипи на поверхности теплообменника) и т.д. Рассмотрена методика решения задачи нахождения первичной неисправности, основой которой является анализ неисправной технологической подсистемы, основанный на знаниях, – так называемый качественный анализ, который базируется на использовании нечеткого графа развития опасностей и построенной на его основе иерархической диаграммы диагностирования. Как результат – строится диагностический причинно-следственный граф.

В работе рассмотрена обобщенная характеристика систем управления технологической безопасностью. Приводятся структура управления технологической безопасностью на примере химического производства, классификация нарушений химико-технологической системы и пути повышения безопасности работы химических производств. Показано, что управление технологической безопасностью складывается из двух основных составляющих: диагностики состояний и принятия управляющих решений, направленных на обеспечение безопасного функционирования химико-технологической системы. Приведены характерные особенности систем управления технологической безопасностью химико-технологических процессов и классификация возмущающих и управляющих воздействий.

Сделан вывод об эффективности использования многоуровневой  иерархической системы управления для решения сложных задач управления сложными химико-технологическими комплексами.

В работе рассматриваются синтез структур опасностей на основе нечетких бинарных отношений и построение на его основе алгоритма диагностики состояний и управления технологической безопасностью. Методические принципы, развиваемые в работе, опираются на понятие центра безопасности – области наиболее безопасного функционирования химико-технологического процесса. Безопасность химико-технологического процесса оценивается по индексу безопасности, который определяется как степень удаленности текущего состояния процесса от центра безопасности, и вычисляется через степень включения текущей нечеткой ситуации в нечеткую ситуацию центра безопасности. Приводится методика определения сценариев развития опасностей на основе нечеткого графа развития нештатных ситуаций.

Принципы диагностики, развиваемые в работе, предоставляют эффективный инструмент для оценки безопасности технологических процессов и принятия решений и могут использоваться для построения системы диагностики состояний и управления технологической безопасностью технологического процесса.

Рассматривается построение системы диагностики состояний и управления технологической безопасностью на примере технологических процессов выпаривания при производстве каустической соды.

Представлена корпусная выпарная установка производства хлора и каустика. Данная технология выпаривания является примером типового процесса, постоянно применяемого при производстве хлора и каустика. В работе приводится статистический материал из опыта эксплуатации цеха выпарки хлорного производства г. Новомосковска.

Даны расчеты для определения центра безопасности процесса выпарки и графики функций принадлежности термов лингвистических переменных, которые определяют для технологических параметров степень их нахождения в области безопасных или опасных состояний. Проводится исследование индекса безопасности для технологических параметров, оборудования и систем управления.