Раздел 14 Методы и принципы системных исследований при разработке хтп

Тема 1 Методы и принципы системных исследований

1 Хтс: определение, основные понятия, классификация систем.

Современное крупное предприятие основного органического и нефтехимического синтеза почти всегда состоит из нескольких производств. Предприятие представляет собой функциональную систему, а производственные подразделения, входящие в нее, функциональные подразделения, подсистемы. Как известно, любое химическое производство представляет собой совокупность большого количества аппаратов, внутри которых протекают различные технологические процессы (ХТП), взаимосвязанные между собой потоками сырья, продуктов и энергоносителей. Так как химическое производство перерабатывает определенное сырье и выпускает конкретную продукцию, то можно заключить, что весь комплекс взаимосвязанных аппаратов и потоков работает в масштабах переработки сырья и выпуска продукции как единое целое, т.е. как система. Совокупность взаимосвязанных технологическими потоками и действующих как единое целое аппаратов, в которых осуществляется определенная последовательность технологических операций с целью выпуска конкретной продукции – называется химико-технологической системой (ХТС). Таким образом, в зависимости от необходимости, ХТС может быть рассмотрена на любом уровне сложности ее элементов. Элементом ХТС называется часть ХТС, которая в конкретном рассмотрении является неделимой. Каждый элемент ХТС представляет собой некую подсистему, являющуюся одновременно элементом ХТС. К подсистемам можно отнести любой узел системы: установку, аппаратурно-процессорную единицу или типовой химико-технологический процесс. При этом функциональная система рассматривается как совокупность узлов, каждый из которых соответствует некоторому типовому химико-технологическому процессу, представляющему простой элемент системы. Все элементы связаны между собой технологическими потоками или коммуникациями. Способ соединения элементов в большой степени определяет качество продуктов и затраты на их получение.

К простым элементам относятся такие химико-технологические объекты, которые нельзя расчленить, они обладают определенными известными свойствами. К сложным химико-технологическим объектам относятся, соответственно, такие, которые могут быть расчленены на более простые.

Таким образом, любой химико-технологический объект должен быть рассмотрен как часть сложной функциональной системы.

Под сложной химико-технологической системой (СХТС) понимается совокупность процессов и аппаратов, объединенных материальными и энергетическими потоками, для выполнения единой технологической цели в условиях внешних и внутренних возмущающих воздействий. Следовательно, СХТС свойственны все характерные признаки больших или сложных систем, обусловливающие задачи анализа и синтеза и требующие разработки специальных методов и средств решения этих задач на основе применения вычислительной техники.

Разработка, проектирование и управление СХТС должны базироваться на использовании системного подхода к анализу и синтезу технологических схем производства.

Имеется большое число классификаций систем, в основу которых положены различные признаки, принципы и основания. В. Е Афанасьев, в частности, делит все системы на четыре класса:

1.Системы, которые существуют в объективной действительности, живой и неживой природе, обществе.

2.Системы концептуальные, идеальные, с различной степенью полноты и точности, в той или иной мере отражающие реальные системы. Эти системы часто называются абстрактными.

3.Системы, которые спроектированы, сконструированы и созданы человеком в определенных, нужных для него целях. Эти системы называются искусственными.

4.«Смешанные» системы, в которых органически слиты элементы, являющиеся продуктом естественной или общественной природы, и элементы, «придуманные», созданные человеком.

К числу основных свойств системы можно отнести наличие:

1.Подсистем и элементов;

2. Взаимосвязей и отношений между элементами и средой;

3. Рациональных связей;

4. Существенных связей;

5.Структуры взаимоотношений и связей;

6. Цели, которые достигаются функционированием системы;

7. Среды, в которой функционирует система;

8. Единства функции и структуры (т.е. структура определяет функцию, и наоборот — наблюдается диалектическое единство);

9. Организации внутри структуры (иерархия);

10. Целенаправленности поведения;

11. Способности сохранять цель;

12. Способности к эволюции;

13. Самоорганизации;

14. Способности к выбору цели;

15. Способности к самосознанию.

С целью классификации элементов ХТС применяется иерархический принцип. Обычно различают четыре основных уровня иерархии элементов (подсистем) ХТС:1. Типовые ХТП и их совокупность в масштабах машин и аппаратов; 2. Агрегаты и комплексы, представляющие совокупность типовых процессов в масштабах производств и их отдельных участков; 3. Совокупность производств в масштабе выпуска товарной продукции; 4. Химическое предприятие в целом.

Рассмотрим свойства ХТС, которые необходимо учитывать при проектировании нового или реконструкции существующего производства, а также при эксплуатации существующего:

1. Чувствительность ХТС к внешним и внутренним возмущениям (воздействиям) – это способность системы реагировать на них, т.е. изменять параметры состояния. Необходимо, чтобы система была малочувствительной к возмущениям;

2. Управляемость ХТС – это свойство достигать цели управления. Обычно целью управления является выпуск заданного количества продукции требуемого качества. Для обеспечения требуемой управляемости, проектирование ХТС производится совместно с проектированием системы управления;

3. Надежность системы – свойство сохранять работоспособность в течение заданного времени функционирования. Данная задача решается на этапе проектирования таким образом, чтобы даже при выходе из строя некоторой части вспомогательного оборудования или части системы управления, система сохраняла свою работоспособность;

4. Устойчивость – способность ХТС возвращаться в исходное стационарное состояние