論文の概要: Fuzzy expert system for the process of collecting and purifying acidic water: a digital twin approach

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.19527v1
• Date: Tue, 27 Jan 2026 12:08:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-28 15:26:51.311045
• Title: Fuzzy expert system for the process of collecting and purifying acidic water: a digital twin approach
• Title（参考訳）: 酸性水を採取・浄化するファジィエキスパートシステム--デジタルツインアプローチ
• Authors: Temirbolat Maratuly, Pakizar Shamoi, Timur Samigulin,
• Abstract要約: 汚水の浄化は, 排ガス削減, 腐食リスクの最小化, 産業用・家庭用用途における処理水の再利用に不可欠である。 本稿では、ファジィエキスパートシステムと、文書化された産業プロセスから開発されたカスタム生成デジタルツインを組み合わせることを提案する。 ここでは酸水処理が実証されているが,提案したファジィエキスパートシステムは汎用的である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Purifying sour water is essential for reducing emissions, minimizing corrosion risks, enabling the reuse of treated water in industrial or domestic applications, and ultimately lowering operational costs. Moreover, automating the purification process helps reduce the risk of worker harm by limiting human involvement. Crude oil contains acidic components such as hydrogen sulfide, carbon dioxide, and other chemical compounds. During processing, these substances are partially released into sour water. If not properly treated, sour water poses serious environmental threats and accelerates the corrosion of pipelines and equipment. This paper presents a fuzzy expert system, combined with a custom-generated digital twin, developed from a documented industrial process to maintain key parameters at desired levels by mimicking human reasoning. The control strategy is designed to be simple and intuitive, allowing junior or non-expert personnel to interact with the system effectively. The digital twin was developed using Honeywell UniSim Design R492 to simulate real industrial behavior accurately. Valve dynamics were modeled through system identification in MATLAB, and real-time data exchange between the simulator and controller was established using OPC DA. The fuzzy controller applies split-range control to two valves and was tested under 21 different initial pressure conditions using five distinct defuzzification strategies, resulting in a total of 105 unique test scenarios. System performance was evaluated using both error-based metrics (MSE, RMSE, MAE, IAE, ISE, ITAE) and dynamic response metrics, including overshoot, undershoot, rise time, fall time, settling time, and steady-state error. A web-based simulation interface was developed in Python using the Streamlit framework. Although demonstrated here for sour water treatment, the proposed fuzzy expert system is general-purpose.
• Abstract（参考訳）: 汚水の浄化は, 排出削減, 腐食リスクの最小化, 工業用や国内用アプリケーションでの処理水の再利用, 運用コストの削減に不可欠である。 さらに、浄化プロセスの自動化は、人間の関与を制限することにより、労働者の危害のリスクを低減するのに役立つ。 原油には硫化水素、二酸化炭素、その他の化合物などの酸性成分が含まれている。 処理中、これらの物質は部分的にすっぱい水に放出される。 適切に処理しなければ、サワーウォーターは深刻な環境脅威となり、パイプラインや機器の腐食を加速させる。 本稿では、ファジィエキスパートシステムと、文書化された産業プロセスから開発されたデジタルツインを組み合わせることで、人間の推論を模倣して、所望のレベルでキーパラメータを維持する。 制御戦略は単純で直感的に設計されており、中学生や非専門家が効果的にシステムと対話できるようになっている。 このデジタルツインはHoneywell UniSim Design R492を使って、実際の産業行動を正確にシミュレートするために開発された。 弁の力学はMATLABのシステム識別によってモデル化され、シミュレータとコントローラ間のリアルタイムデータ交換はOPC DAを用いて確立された。 ファジィコントローラは2つのバルブにスプリットレンジ制御を適用し、21の異なる初期圧力条件下で5つの異なる解凍戦略を用いてテストされ、結果として合計105のユニークなテストシナリオが得られた。 システム性能は,エラーベースの指標(MSE,RMSE,MAE,IAE,ISE,ITAE)と,オーバーシュート,アンダーシュート,ライクタイム,フォールタイム,沈降時間,定常状態エラーといった動的応答指標の両方を用いて評価した。 ウェブベースのシミュレーションインタフェースは、PythonでStreamlitフレームワークを使って開発された。 ここでは酸水処理が実証されているが,提案したファジィエキスパートシステムは汎用的である。

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