Автоматизация. Кибернетика. Информатика
Автоматика и автоматизированные системы управления (АСУ). Научные работы в области автоматизации начали проводиться в Азербайджане в 30-х годах 20 в. Начиная с 1934 г., в Азербайджане впервые были разработаны импульсные, инклинометруля измерения кривизны и угла наклона скважин при бурении, приборы для контроля глубинными араметрами скважин, а также оригинальные модификации глубинных измерительных устройств бокового каротажа.
Автоматизация производственных процессов в топливно-энергетическом комплексе, а также развитие автоматизированных систем управления в Азербайджанской Государственной Нефтяной Академии связаны с именами академиков Исмаила Ибрагимова, Тофика Алиева и др. Созданные здесь приборы бокового каротажа АВК-3 и ТВК-3 применялись в ряде зарубежных стран. Были также разработаны автокомпенсационные измерительные устройства переменного тока и различные измерительные средства, на основе исследований в области создания контактных и бесконтактных автогенераторных преобразователей был создан ряд датчиков давления для контроля за технологическими параметрами добычи нефти и газа, их транспортировки и хранения. Работы в области автоматики и управления, в основном, велись в двух направлениях: синтез, создание, применение интегрированных средств автоматизированных систем управления и разработка технических средств для них.
В проведении этих работ следует отметить важную роль академиков И. Ибрагимова, Т. Алиева, член-корреспондентов Рафика Алиева, Сабита Керимова и др. Была предложена четырехуровневая структура интегрированной АСУ нефтеперерабатывающих предприятий, в которой для каждого уровня была создана экономико-математическая и имитационная модели. Полученные научные и практические результаты были использованы, в основном, в нефтеперерабатывающей промышленности.
С 1970 г. начались работы по оптимизационным методам технологических комплексов сложной структуры, представляемых стохастическими и нечеткими моделями.
Разработаны новые алгоритмы и методы построения систем с переменной структурой и адаптивные системы с эталонной моделью, получили дальнейшее развитие цифровые инвариантные управляющие системы непрерывного действия для управления технологическими процессами. На Новобакинском нефтеперерабатывающем заводе для автоматического управления была внедрена разработанная адаптивная система управления, обладающая двойной инвариантностью.
С 1974 г. была заложена основа научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ в области создания и применения цифровых приборов и систем контроля качества и автоматизированного управления процессом массового производства асинхронных двигателей. В 80-90-х гг. 20 в. были созданы и внедрены в промышленность автоматизированные испытательно-диагностические системы, системы автоматического контроля и управления технологическими процессами очистительных, комплексов промышленных вод. В 1983 г. за работу “Разработка и внедрение информационных и управляющих систем для повышения эффективности производства промышленности” Исмаил Ибрагимов, Тофик Алиев, Рафик Алиев, Исраил Эфердиев и др. были удостоены Государственной Премии СССР. Были разработаны уникальные научные основы математических моделей, методов и автоматических систем управления для оптимального управления технологическими процессами нефтепереработки в условиях нечеткой информации, ряд автоматических систем управления иконтроля за технологическими процессами был применен в ПО “Узви Синтез”, в управлении нефте-газодобычи “Балаханынефть”, на Бакинском нефтеперерабатывающем заводе. В 1989–2003 гг. были созданы экспертные системы для различных областей.
В 1985–2003 гг. разработаны приборы на основе непосредственного цифрового управления распределенными системами, обработки графической информации в системах технического обзора. Выявлены принципы увеличения точности изображения, разработаны теоретические основы для создания систем и устройств, проверяющих систематические погрешности методом итерации, разработаны их рабочие алгоритмы. Предложены и применены устройства измерения расхода вещества на базе сужающих устройств с высокой точностью. В области аналитического приборостроения разработаны принципиально новые емкостные концентрационные детекторы с размерно распределенной чувствительностью и инвариантные к физико-химическим свойствам анализируемых веществ, разработаны различные измерительные системы для выявления физико-химических свойств веществ (автоматические калориметры, автоматические диффузионные плотномеры газа, термохимические озонолитические первичные измерительные преобразователи, автоматические газохромотографические системы для идентификации количества и качества веществ. Впервые был предложен унифицированный принцип определения физико-химических показателей в анализаторах путем изменения типа детектора. Этот прибор был разработан в варианте “измеритель плотности газа” и включен в реестр Государственных приборов.
На объектах нефте- и газодобычи проведены исследования по созданию автоматизированных систем управления чл.-корр. Аскером Абдуллаевым и др. Были определены возможности автоматического измерения добычи из нефтяных скважин с диспетчерского пункта, разработано устройство телемеханики для дистанционного управления, а также устройства для контроля рабочих режимов скважин, эксплуатируемых с помощью глубинных насосов и газлифтным способом.
С 1959 г. на приборостроительных завода Азербайджана было начато производство телеизмерительных и контрольных систем типа АГМ и ЧТТГ, с помощью которых была достигнута возможность управления нефтяными скважинами с диспетчерского пункта и техническая диагностика оборудований и скважин. За разработку и применение комплекса систем и устройств телемеханизации, автоматизации и диспетчеризации нефтяных промыслов Аскер Абдуллаев, Тофик Алиев, Иззет Набиев, Али Амиров, Алекпер Сулейманов, Мухтар Асланов и др. были удостоены Государственной Премии СССР (1969).
Разработанные в 1965–1970 гг. устройства автоматики и телемеханики“ТМ-600”, “ТМ-600М” и “Каспий” были внедрены на нефтяных промыслах. Начиная с 1970 г. разрабатывалось новое поколение комплексов и устройств автоматики и телемеханики.
В 80-х гг. 20 века были созданы многоуровневые телекомплексы для объектов морского бурения и нефте- и газодобычи} устройства “ТМ- Шельф”, “ТМ-Газ” и “Викинг”. Разработанные в 90-х гг. устройства “Хазри”, “Гилавар” и “Араз” были внедрены в НГДУ “Нефт Дашлары”, на нефте- и газодобывающих объектах Российской Федерации (Уренгой, Тюмень, Татарстан и др.). НПО “Нефтегазавтомат” примерно на 80% обеспечивало системами и средствами автоматики и телемеханики все нефтяные районы СССР. НПО стало Главным Управлением Министерства Приборостроения СССР по автоматизации и нефтедобыче.
В НПО разработаны также частотные динамометры для глубинно-асосных скважин, автоматические регуляторы для газлифтных скважин, измерители давления, регулируемые вентили и исполнительные механизмы различного типа. Для добычи, хранения и транспортировки нефти и нефтепродуктов разработаны контрольно-измерительные системы и средства с высокими метрологическими характеристиками. Создание аналитических приборов и устройств дает возможность измерять с достаточной точностью и чувствительностью плотность, влагосодержание и другие параметры нефтехимических продуктов в трудных климатических условиях. В последние годы разработаны программно-технические комплексы по автоматизации управления на более высоком уровне для создания системы контроля и управления глубинными стационарными технологическимипроцессами на море и централизованного контроля компрессорными станциями, охватывающими месторождение “Гюнешли”.
В Азербайджанском техническом университете созданы системы управления роботов и автоматических манипуляторов, ряд современных, принципиально новых элементов автоматики, улучшена их механика и автоматизированная технология производства (пьезоэлектрические исполнительные механизмы и преобразователи, с использованием элементов микроэлектроники, медицинские приборы и т.д.). Разработаны новые численные методы и алгоритмы для исследования переходных процессов в автоматических системах управления с распределёнными параметрами. Разработана распределенная система управления телекоммуникации на базе эталонной модели производительных локальных сетей и взаимосвязанных открытых систем на основе преобразований Лапласа и Z-преобразования, предложены соответствующие базовые модели и методика расчета их вероятностно-временных характеристик однородных и неоднородных локальных сетей с различными протоколами в непрерывном и дискретном времени. Созданы математические модели терминальных устройств в системах передачи информации по каналам связи. Разработаны конкретные модели и расчетные методы, обеспечивающие учёт реальных потоков требований в узлах в рамках единственных структур системы, распределяющие цифровую информацию сетевыми структурами.
В Национальном Аэрокосмическом Агентстве Азербайджана проводятся важные исследования в направлении специального космического приборостроения, информационных и информационно-измерительных систем. Эти работы осуществляются по циклу “идея-эксперименттехнология-техника”. Основные научные направления связаны с созданием теории, методики и системы для исследования Земли с космоса. Эта система функционирует путем размещения метрологических, взаимосогласованных средств, разветвленных узлов на стационарных (в космосе, в воздухе, на суше и на море) и движущихся платформах, расположенных на различных высотах. Созданные в Агентстве методики и приборы были внедрены в международном аэрокосмическом эксперименте “Гюнеш-84”, проведенном на Шеки-Закатальском полигоне. Основной целью эксперимента было создание и усовершенствование методов дистанционного зондирования Земли. С этой целью в диапазоне электромагнитных волн были измерены различные характеристики, в том числе собственное тепловое излучение системы Земля-атмосфера и океан-атмосфера, были проведены работы по организации подспутниковых аэрокосмических экспериментов, были изготовлены рентгеновские спектрометры, успешно функционировавшие на орбитальных станциях “Салют-7” и “Союз Т-11”, в том числе техническое устройство “Пульсар Х-1”, которое было частью астрофизического модуля “Квант” и работало на борту орбитальной станции “Мир”. Впервые было осуществлено картографирование растительного покрова и землепользования Республики на основе космических снимков (в масштабе 1:50000 была создана карта землепользования для всей территории Республики, разработаныцифровая модель рельефа и база данных).
В Сумгаитском государственном университете претворены в жизнь: автоматизация катодной защиты опор морских сооружений, автоматическое и непрерывное измерение толщины стекла, автоматическое измерение технологических параметров глубинных насосов нефтяной промышленности, стабилизация характеристик первичных датчиков в условиях температуры большого диапазона, измерение технологических параметров в агрессивной среде при производстве и хранении хлора, измерение высоких напряжений в шинах в процессе электролиза, автоматизация режимов регистрации и использования электроэнергии и т.д.
Кибернетика. Информатика. В Азербайджане кибернетика как наука начала развиваться с 50-х годов 20-го века. Важнейшие научные результаты в кибернетике неразрывно связаны с именами академиков Ашрафа Гусейнова, Джалала Аллахвердиева, Тельмана Алиева и др.
В области т е о р и и у п р а в л е н и я и в ы ч и с л и т е л ь н о й математики определены собственные значения вполне непрерывного оператора, мероморфно зависящего от спектрального параметра, доказана возможность аппроксимации с требуемой точностью собственными значениями операторов, равномерно сходящихся к этому оператору.
Книга Т.А.Алиева "Робастная технология с анализом помех в обработке сигналов", Нью-Йорк, 2003.
Разработаны временные и частотные представления нелинейных последовательностных машин, с помощью одной специальной операторной алгебры модулярных переменных матриц над полем Галуа предложен метод синтеза нестационарных и нелинейных последовательностных машин, новые методы приведения системы Диофантовых уравнений к одному эквивалентному уравнению, для решения задачи Булева программирования предложены методы гиперсферы, возможных решений и конечной вариации. Предложены математические методы решения дезагрегации целочисленного уравнения, разработаны методы нахождения субоптимального решения задачи целочисленного программирования. Для системы дифференциальных уравнений в частных производных предложены новые разностноитерационные методы с переменной сеткой и решен ряд задач механики газа и жидкостей. В сложных динамических системах управления найдены условия оптимальности собственных управлений, в различных дискретных системах изучены случаи вырожденности принципа максимума Понтрягина и определены новые необходимые условия оптимальности, разработан метод решения задачи оптимизации нелинейных сетевых структур большой размерности. Разработана теория фокусировки лазерного излучения на линии, позволяющая создавать принципиально новые оптические элементы. В специальных классах с запаздыванием в начальный момент обслуживания дана теория управления системами массового обслуживания, разработана теория управления и фильтрации для зависимой широкополосной частично наблюдаемой системы с запаздыванием и белыми шумами. (Институт Кибернетики).
Разработаны методы решения задачи синтеза оптимальной линейной системы стабилизации при условии неполной информации, получена аналитическая формула для вычисления градиента функционала. Построен алгоритм решения задачи надежной стабилизации, при нарушении стандартных условий в Гамильтоновой матрице, анализирована проблема факторизации. Разработан метод решения обратной задачи линейновадратичных дифференциальных игр. Разработаны вычислительные алгоритмы для приведения блочнодиагональной формы граммианы управляемой, наблюдаемой, устойчивой и линейной динамической системы. Предложен новый вычислительный алгоритм J-спектральной факторизации для матричных полиномов в регулярном и нерегулярном виде. Построены аналитические методы, имеющие разные свойства, которые применены к приближенному решению операторных уравнений. Разработаны устойчивые методы с высокой точностью решения задачи Коши и граничной задачи для обыкновенных дифференциальных уравнений и дифференциальных уравнений в частных производных. Найдена верхняя граница точности устойчивого явного и неявного k-шагового метода типа Обрешкова, и метода с забеганием вперед, примененных к численному решению обыкновенных дифференциальных уравнений. Для численного решения нелинейного интегрального уравнения построены методы, имеющие некоторые преимущества. Введена новая метрика между нечеткими числами и доказана полнота и сепарабельность соответствующих метрических и Банаховых пространств. Предложенная метрика применена к задачам принятия решений и численным методам. (Бакинский Государственный Университет)
Монография Т.А.Алиева "Цифровой помехомониторинг начала Зарождения дефектов", Шпрингер, Берлин, 2007.
В Сумгайытском государственном университете (СГУ) впервые в республике были созданы и применены на нефтеперерабатывающих заводах системы прямого цифрового регулирования в области теории управления и её применения, разработана и применена система финитного очищения с изменяемой структурой.
В области м а т е м а т и ч е с к о г о м о д е л и р о в а н и я и и д е н т и ф и к а ц и и в Институте Кибернетики созданы математические модели и методы их решения для оптимального бурения наклонных скважин и задач выбора оптимального расположения площадок бурения на нефтяных и газовых месторождениях. На основе декомпозиции предложены методы интерактивного и прямого решения задач нечеткого математического программирования. Предложены численные методы решения задач оптимального расположения и эксплуатации новых скважин (при отсутствии полной информации об объекте), различные вариационные методы оптимального использования газоконденсатных месторождений. Предложена математическая модель, алгоритм и программное обеспечение оптимального управления процесса каталитического крекинга на Новобакинском нефтеперерабатывающем заводе, доказаны эргодические теоремы для полумарковских процессов с экраном, найдены распределения полумарковских процессов и их основных граничных функционалов. (Институт Кибернетики).
В БГУ разработана математическая модель по эффективному использованию ресурсов в нефтегазовой промышленности, определен оптимальный режим эксплуатации, исследованы смешанные задачи для нелинейных дифференциальных уравнений, возникающих в процессе управления добычи и транспортировки нефти и газа, найдены численные решения задач хозяйственного значения, решены задачи колебаний цилиндрических покрытий и др.
В СГУ исследованы режимы запуска процессов экстракции в области математического моделирования и применения, расследованы случаи кризисов в системах реакторов-регенераторов и применены результаты. Разработаны теоретические и практические вопросы оптимизации систем с динамическим модулятором с многочисленными входами и выходами.
В область и н ф о р м а ц и о н н о - к о м м у н и к а ц и о н н ы х т е х н о л о г и й входит разработка теории анализа помехи как носителя информации и создание соответствующих ей технологий, теория улучшения адекватности идентификации математико-статистических моделей технологических процессов и создание соответствующих ей информационных технологий, теории позиционных сигналов, на основе которой разработана позиционно- бинарная технология анализа и диагностики циклических процессов, разработка методов оптимального распределения буферного пространства телекоммуникационных узлов большой размерности. (Институт Кибернетики).
В Сумгаитском Государственном Университете были проведены следующие работы: автоматизация катодной защиты стоек морских сооружений, непрерывное автоматическое измерение толщины стекла, автоматическое измерение технологических параметров глубинных насосов в нефтяной промышленности, стабилизация характеристик первичных датчиков промышленных систем, измерение технологических параметров в условиях широкого изменения температуры и агрессивной окружающей среды в производстве и хранении хлора, измерении высоких токов шин в процессе электролиза, оптимизация режимов использования и регистрации электрической энергии. Разработаны теоретические основы гибкого производства посредством применения современных элементов автоматизации и моделирования новых информационных технологий – элементов нейронных сетей, сетей Петри и технологии Soft Computing. Полученные научные результаты внедрены при создании систем гибкого производства на всех стадиях паропроизводства Сумгаитского алюминиевого завода, поточных линиях Сумгаитского трубопрокатного завода и завода синтетического каучука (авторы: член-корреспонденты Рафик Алиев, Фируддин Мамедов и др.).
В области и н ф о р м а ц и о н н ы х с и с т е м и т е х н и ч е с к и х с р е д с т в и н ф о р м а т и к и созданы алгоритмы и информационные системы для управления глубинно-насосными нефтяными скважинами. В Институте Кибернетики разработана гибридная интеллектуально-информационная система контроля сейсмической устойчивости и прогнозирования возможных аварий на морских нефтедобывающих объектах, создана робастная информационная технология контроля и диагностики состояний компрессорных станций и прогнозирование аварий. Созданы методы и технические средства дельта модуляции аналоговых сигналов, их сжатия, передачи и восстановления.
Э к о н о м и к о - м а т е м а т и ч е с к и е м е т о д ы внедрены в сельское хозяйство и промышленные области, были решены задачи оптимального размещения и специализации сельскохозяйственной продукции в регионах, использование производственной программы и дефицитных запасов на промышленных и сельскохозяйственных производствах, оптимизация распределения водных ресурсов и др. В Республике разработаны экономико математические макромодели, разработаны структурно функциональные модели, позволяющие проводить имитационные эксперименты. Разработаны математические модели анализа основных экономических показателей и прогнозирования на основе Fuzzy технологий и нейронных сетей. (Институт Кибернетики).
В целях изучения по регионам уровня жизни населения были построены соответствующие эконометрические модели, а также был предложен математический аппарат для идентификации нечетких по своей природе факторов, связанных с экономической эффективностью эколого-экономически направленных вопросов (БГУ).
В области к о м п ь ю т е р н ы х с е т е й и и н ф о р м а ц и о н н ы х с и с т е м в БГУ исследованы проблемы синхронизации прикладных процессов в компьютерных сетях, предложены модели и методы для управления транзакциями в распределенных системах, разработаны протоколы, обеспечивающие непротиворечивость распределенных баз данных и повышающие их производительность, разработаны алгоритмы определения глобального состояния отказоустойчивых распределенных систем не останавливая их режим работы. В формировании научных направлений в области математики и кибернетики, в получении научных результатов важную роль сыграли академики БГУ Меджид Расулов, Джалал Аллахвердиев, Мираббас Гасымов, Фикрет Алиев, а также член-корр. Юсиф Мамедов, Юсиф Амензаде, Яхья Мамедов, Магомед Мехтиев, Гошгар Ахмедов, Асеф Гаджиев и др.
На основании полученных в Институте Кибернетики научных результатов были разработаны и внедрены компьютерный комплекс, отражающий информацию для автоматизированной системы управления аэропортом, устройство диагностики обнаружения и прогнозирования возможных аварий при бурении нефтяных скважин, оптимальное управление сложных радиотехнических локационных систем, управление и техническая диагностика рабочим режимом малодебитных нефтяных скважин, алгоритмы и устройства, методы численного моделирования и программный пакет “Ятаг” процесса фильтрации многофазовых жидкостей, комплекс устройств автоматизации анализа результатов физиологических экспериментов, корпоративная информационная система для таможенной системы Азербайджанской Республики, автоматизированная информационная система диспетчерского управления Ямбургского Газодобывающего Производственного Объединения, пакет программ вычисления оптимальных режимов добычи нефти в скважинах, АСУ сортировочных станций Азербайджанской железной дороги, математический метод и соответствующее программное обеспечение вычисления прочности и устойчивости оснований стационарных морских платформ, методы, средства очистки заторов труб в нефтяных скважинах вибровоздействием и др. Проводимые в Институте работы были отмечены Государственной премией Азербайджанской ССР (Джалал Аллахвердиев, 1972; Джахангир Бабаев, Горхмаз Иманов, Мамед Мустафазаде, Юнис Махмудов, 1984), медалью имени М.В.Келдыша (Т.А.Алиев, 1991).
В Азербайджанском Научно-Исследовательском и Проектном институте Нефтяной промышленности член-корр. Беюкага Азимов и др. при помощи ЭВМ и аналогичных вычислительных машин, решили некоторые теоретически и практически значимые задачи в области гидрогазодинамики, разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений, интенсификации нефтедобычи и нефтегазовой электроэнергетики. Создана и внедрена на производстве автоматизированная система оптимального выбора оборудования и рабочего режима скважин, эксплуатирующихся глубинными штанговыми и электропогружными насосами, компрессорами и т.д. Ряд задач, касающихся интенсификации нефтедобычи, были решены на ЭВМ при помощи способов математической статистики. Разработана методика оптимального выбора способов воздействия на призабойные зоны нефтяных скважин и объектов воздействия. С целью повышения нефтеотдачи пластов, составлены математические модели применяющихся прогрессивных способов, разработаны расчётные алгоритмы, машинные программы и технологические схемы для целого ряда месторождений, находящихся на суше. Первая и вторая смена автоматизированной системы проектирования разработки нефтяных месторождений (АСП-разработка) впервые была создана на основе единой системы ЭВМ в АзНИ-ПИНефть.
В процессе создания этой системы были определены организационные основы автоматизированной базы данных геолого-геофизических и технологических показателей, правила ввода и запроса.
Была создана и введена в эксплуатацию автоматизированная база данных для месторождения “Нефтяные Камни”. Была создана методика обеспечения автоматизированного АСП-разработка выбора существующих способов эксплуатации и внедрена в систему. В связи с созданием гидрогазодинамических основ разработки нефтегазовых месторождений наклонными и горизонтальными скважинами, были разработаны математические модели, обеспечивающие оперативный расчет технологических показателей, алгоритмы решения и комплекс программ для персональных компьютеров. В зависимости от количества перфораций, размеров, расположения и от глубины вскрытия пласта в эксплуатационных колоннах, были решены вопросы закономерности изменения производительности, процесса нагнетания воды в пласт и рациональности эксплуатации нескольких пластов одной скважиной.
В Институте Информационных Технологий НАНА под руководством акад. А.Аббасова и др. исследованы методы и модели проектирования распределенных систем обработки информации, а также проблемы информационного общества и архитектура его создания, разработаны научно-теоретические основы синтеза адаптивных систем обеспечения информационной безопасности корпоративных сетей и архитектурные принципы их построения, методы обработки знаний с нечеткой реляционной структурой. Предложены алгоритмы и методы синтеза динамически формируемой интеллектуальной сети контент-серверов при помощи CDN технологий (Content Delivery Network – сеть доставки контента) и оптимальное управление при обмене информацией в глобальной сетевой среде на основе Peering технологии (равноправный обмен информацией).
Исследованы проблемы формирования, управления и оптимального распределения больших информационных массивов и разработаны технологические принципы в соответствии с поставленными требованиями. Разработан комплекс методов и алгоритмов для интеллектуального анализа текстовой информации в динамическом и статическом режимах, синтеза асимметрических криптосистем на эллиптических кривых и создания виртуальных суперкомпьютеров различного назначения на основе компьютерных сетей. На основе CRM технологии (Customer Relationship Management – управление взаимоотношениями с клиентами) разработаны и применены архитектурные принципы проектирования системы интеллектуального информационного обслуживания.
Разработаны принципы синтеза распределенной обработки зашумленной аудиоинформации и на их основе спроектирована специализированная корпоративная аудиоинформационная сеть. Исследованы WAN (Wide-Area-Network - глобальная сеть) и LAN (Local Area Network – локальная вычислительная сеть) технологии и получены реальные практические результаты. Впервые в республике разработана и внедрена интеллектуальная система для оперативной обработки полетной информации “черных ящиков” самолетов. Разработан и апробирован экспериментальный вариант интеллектуальной системы поддержки принятия решений в корпоративной сетевой среде.
Тельман Алиев, Расим Алигулиев
