[논문]회분식 공정의 HAZOP 분석 자동화를 위한 전문가 시스템 개발

허보경; 황규석

회분식 공정의 HAZOP 분석 자동화를 위한 전문가 시스템 개발
Development of Expert System for Automating HAZOP Analysis of Batch Process 원문보기

회분식 공정의 HAZOP 분석 전문가 시스템은 연속 공정의 HAZOP 분석 기법과는 달리 time과 sequence라는 이산적인 변수들을 고려해야 한다. 따라서 본 연구에서는 이산 변수들과 연속 변수들의 관계를 이용하여 회분식 공정의 time과 sequence 해석을 수행하는 회분식 공정의 HAZOP 분석 자동화를 위한 전문가 시스템을 개발하였다. 제안된 전문가 시스템을 Latex 제조 공정에 적용하여 그 실효성을 검토하였다.

Expert system for automating HAZOP analysis of batch processes In contrast with continuous processes must consider the discrete variables such as time and sequence. So in this study, we have developed the expert system for automating HAZOP analysis of batch processes to analyse time and sequence on the basis of the relation between discrete variables and continuous ones. Because these variables can not be explained by the method used in the HAZOP analysis of continuous processes. The proposed expert system have been discussed on a Latex batch process to evaluate its effectiveness.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

회분식 공정에 대한 HAZOP 분석은 많은 전문가들의 인력과 시간이 많이 투입 되며, 전문가들의 수준에 많은 영향을 받으므로 객관적인 위험성 평가를 기대하기 어렵다는 단점을 가진다. 따라서 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하기 위해 회분식 공정의 HAZOP 분석 모델을 개발하고 분석 자동화를 위한 전문가 시스템을 구축하고자 한다.
노드(node)와 노드들 사이의 관계를 나타내는 아크로써 지식을 표현하는 기법이다. 본 연구에서는 기능네트워크와 시퀀스 네트워크(sequence network)라는 두 가지 의미 네트워크로 대상 공정의 상호 인과 관계를 표현하여 전 공정에 관한 이탈의 전파가 가능하도록 하였다.

제안 방법

(3) 발생한 이랄이 시간(time)이나 시퀀스 (sequence)의 이탈인지를 판별하여, 만일 시간에 관한 이탈이면 전이식(transformation equation)을 이용하여 연속 변수의 이탈로 전이시킨 다음, 전이된 연속 변수의 이탈에 전파 식을 적용하여 다음 장치로 이탈을 전파시킨다. 만일 이탈이 시퀀스에 관한 이탈일 경우, 시퀀스 네트워크 (sequence network)에서 다음 단계의 공정을 탐색한 후, 전이식을 이용하여 연속 변수의 이탈로 전이시킨 다음, 전이된 연속 변수의 이탈을전파식에 적용시켜 다음 장치로 전파시킨다.
공정 구조는 중요장치 중심으로 물질의 종류와 흐름에 따라 장치(unit), 파이프(pipe), 중요장치들로 구성되어 있는 라인들로 세분화하고, 구체화된 장치 정보를 라인별로 표현하였다. 여기서, 중요장치는 라인의 양 끝점을 구성하며, 라인 내에서 소스장치나 종결장치의 역할을 수행하는 장치률 말한다.
구체적인 일례로서 Latex 제조 공정의 의미 네트워크를 제시하였으며(Fig. 4), 또한 의미 네트워크에서 사용되어지는 relation들의 정의롤 제시하였다(Table 1).
해석을 수행한다. 또한 이상 지식을 일반적인 이상 지식과 공정 륵성 이상 지식으로 나눈 후, 일반적인 이상 지식에 객체 지향개념을 도입하여 클래스로 정리함으로써 시스템에 유연성을 부가하였다. 시퀀스 네트워크와 기능 네트워크라는 의미 네트워크 기법을 사용하여 대상 공정의.
본 시스템은 다음과 같온 일련의 과정들을 거쳐서 HAZOP 분석을 수행한다.
본 연구에서 개발한 전문가 시스템은 입력 모듈(input module)은 사용자로 하여금 사용자인터페이스를 통하여 임의의 장치 이탈을 선택할 수 있도록 일정한 프레임(frame)을 제시하여 주고, 출력 모듈은(output module)& 선택된 이탈에 대한 HAZOP 분석을 수행하여 추론된 원인과 결과룔 사용자에게 출력해주는 역할을 한다(Fig. 1).
본 연구에서 제안된 회분식 공정의 HAZOP 분석 전문가 시스템은 이산 변수들과 연속 변수들의 관계를 이용하여 회분식 공정의 time과 sequence 해석을 수행한다. 또한 이상 지식을 일반적인 이상 지식과 공정 륵성 이상 지식으로 나눈 후, 일반적인 이상 지식에 객체 지향개념을 도입하여 클래스로 정리함으로써 시스템에 유연성을 부가하였다.
본 연구에서는 대상 공정에 의존하지 않는 장치의 고유한 특성에 의해 발생하는 이상 지식들을 구조화하여 시스템에 유연성을 부가하였다.
본 연구에서는 장치의 속성을 공정 내에서의 장치 역할과 장치 자체의 특성으로 나누어 계충적으로 분류하여 정리하였다.
그리고 나서 이탈의 전 이식에 의해 연속 변수의 이탈로 전이시킨 후 전이된 연속 변수의 이탈을 중요장치에 전파시킨다. 연속 변수로의 전이틀 위해 스텝을 물질 (mass)의 흐름에 따라 세 스텝으로, 열(heat)의 흐름에 따라 두 스텝으로 분류하고, 그 각각에 적합한 전이식을 제시하였다. 여기서, "/" 기호는 연속된 step 임을 나타낸다(즉, charging step/reaction step'은 charging step 다음에 reaction step 이 실행됨을 나타낸다.
이탈의 전파틀 위해 공정 변수들을 연속 변수(Q, P, T, ...)와 불연속 변수(sequence, time) 로 구분하였고, 이탈의 전파는 이러한 변수들을 구분하여 각기 다른 방법으로 수행하였다.
장치의 배치에 따른 공정의 구조에 영향을 받는 이상*지식들을 공정 특성 이상 지식으로 정리하여 제시하였다.
추론엔진은 if-then를을 사용하여 이탈이 발생한 라인(line)울 찾아내고, 전파식을 사용하여 이탈을 전파시키므로 해당 이탈을 해석하는역할을 수행하며, 이상 지식 라이브러리와 대상 공정의 구조 데이터(topology data)를 이용하여 해당 이탈에 대한 원인과 결과를 추론하여 사용자에게 제공한다.

대상 데이터

본 연구의 대상공정은 Latex 제조 공정으로 산업체에서 폭넓게 사용되고 있는 전형적인 희분식 공정으로, Acrylonitride(AN), Butadiene (BD), Styrene(ST)와 같은 monomer들과 그 외의 다양한 chemical들이 유화 중합 반응을 위한 물질들로 이용되고, liquified NH₃로 온도롤 제어한다(Fig. 2). 반웅 조건으로 온도는 85P 이하, 압력은 5.

이론/모형

또한 이상 지식을 일반적인 이상 지식과 공정 륵성 이상 지식으로 나눈 후, 일반적인 이상 지식에 객체 지향개념을 도입하여 클래스로 정리함으로써 시스템에 유연성을 부가하였다. 시퀀스 네트워크와 기능 네트워크라는 의미 네트워크 기법을 사용하여 대상 공정의. 순차적인 인과 관계와 정의 기능적인 인과 관계률 표현하였다.
회분식 공정을 위한 HAZOP 분석 자동화시스템을 이용하여 Latex 공정에 적용하여 보았다. 불연속 변수인 "step too late"라는 이탈이 , , initial polymerization step"에서 발생할 경우, Q = f(s)라는 이탈 전이식을 .

성능/효과

본 연구에서 제시한 모델을 적용시켜 수행한 HA20P 분석 결과는 실제 공장에서 수행한 HAZOP 분석 결과를 모두 포함하고 있으며, 수작업으로 수행한 HAZOP 분석 결과보다 더 많은 원인과 결과를 유추할 수 있음을 볼 수 있다(Table 4).
순차적인 인과 관계와 정의 기능적인 인과 관계률 표현하였다. 제안된 전문가 시스템을 Latex 제조 공정에 적용하여 그 실효성을 검토한 결과, 보다 상세한 HAZOP 결과를 얻을 수 있었다.

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