Изложены основы нового системного подхода к анализу, расчёту и моделированию процессов химической, нефтехимической и микробиологической промышленности. Введено обобщающее понятие физико-химической системы, определена стратегия анализа и синтеза таких систем и сформулированы принципы построения математического описания отдельного химико-технологического процесса как сложной кибернетической системы. Приведены многочисленные примеры.

Монография предназначена для научных и инженерно-технических работников институтов, проектных организаций и предприятий всех отраслей химической промышленности и смежных с ней отраслей народного хозяйства, занимающихся вопросами аппаратурно-технологического оформления и автоматизации производств. Она будет полезна исследователям, работающим в области теоретических основ химической технологии, технологии микробиологических процессов, теории управления и оптимизации химико-технологических процессов, физико-химической гидродинамики, технической кибернетики. Книга может служить учебным пособием для студентов и аспирантов химических и химико-технологических специальностей вузов и университетов.

Таблиц 10, илл. 104, библ. 352 назв.

Системный анализ за последние годы становится основным методом исследования сложных явлений и процессов. Сущность системного анализа определяется его стратегией, в основе которой лежат общие принципы, применимые к решению любой системной задачи. К ним можно отнести: чёткую формулировку цели исследования, постановку задачи по реализации этой цели и определение критерия эффективности решения задачи; разработку развёрнутого плана исследования с указанием основных этапов и направлений в решении задачи; пропорционально-последовательное продвижение по всему комплексу взаимосвязанных этапов и возможных направлений; организацию последовательных приближений и повторных циклов исследований на отдельных этапах; принцип нисходящей иерархии анализа и восходящей иерархии синтеза в решении составных частных задач и т. п.

Центральным понятием системного анализа является понятие системы, т. е. объекта, взаимодействующего с внешней средой и обладающего сложным внутренним строением, большим числом составных частей и элементов. Элемент системы — самостоятельная и условно неделимая единица. Элементы взаимодействуют между собой и окружающей средой, иначе говоря, между ними существует материальная, энергетическая и информационная связь. Совокупность элементов и связей образует структуру системы. Пространственно-временные агрегаты взаимодействующих элементов, обладающие определённой целостностью и целенаправленностью, выделяются в функциональные подсистемы. Расчленение системы на подсистемы позволяет вскрыть иерархию структуры и рассматривать систему на разных уровнях её детализации. Сложность системы определяется сложностью её структуры, количеством элементов и связей, числом уровней иерархии, объёмом информации, циркулирующей в системе. Система характеризуется алгоритмом функционирования, направленным на достижение определённой цели.

Формализация системы осуществляется с помощью математической модели, выражающей связь между выходными параметрами системы, параметрами состояния и входными управляющими и возмущающими переменными. Сложная система обычно формализуется как детерминированно-стохастическая модель. На разных уровнях иерархии может преобладать как детерминированное, так и стохастическое описание подсистем.

С позиций системного анализа решаются задачи моделирования, оптимизации, управления и оптимального проектирования химико-технологических систем в масштабе химического цеха, завода. Существо системного подхода в данном случае состоит в том, что вся информация, получаемая в лабораториях, на опытных и промышленных установках, последовательно накапливается и обогащается в процессе разработки полной математической модели химико-технологической системы. Построенная математическая модель затем используется для оптимизации химического производства или цеха в целом.

Условно неделимыми единицами химико-технологических систем обычно служат отдельные технологические процессы, составляющие нижний уровень иерархии химического производства. Дальнейшая детализация этих единиц до уровня элементарных физико-химических эффектов и явлений позволяет, в свою очередь, рассматривать отдельный химико-технологический процесс как сложную систему. Однако на этом уровне принципы системного анализа с его мощным формальным аппаратом до сих пор использовались недостаточно широко. Вместе с тем единичный технологический процесс со всем его сложным комплексом элементарных физико-химических явлений представляет типичную большую систему в смысле её классического кибернетического определения. Уровень сложности этой системы, определяемый многообразием элементарных физико-химических эффектов, насыщенностью взаимных связей между ними, совмещённостью и взаимодействием явлений различной физико-химической природы в локальном объёме пространства, настолько высок, что ставит её в разряд сложнейших кибернетических систем.

В предлагаемой книге авторы попытались изложить особенности исследования отдельного химико-технологического процесса как сложной кибернетической системы и определить основы стратегии системного анализа в применении к указанным объектам. Книга явилась итогом многолетней работы авторов над проблемами кибернетики химико-технологических процессов.

Развиваемая методология, основанная на комплексном использовании принципов математического моделирования, математической теории больших систем и возможностей современной вычислительной техники, предоставляет в распоряжение исследователя, научного работника и проектировщика химико-технологических систем строгую научно обоснованную стратегию системного исследования и мощный формальный аппарат для автоматизированного решения задач анализа, расчёта и проектирования сложных химико-технологических процессов.

Для перевода на язык ЭВМ основных операций и процедур развиваемая методология ориентирована на широкое использование топологического принципа формализации физико-химических систем, что призвано в значительной мере повысить КПД научного труда специалистов, работающих в области анализа, расчёта и проектирования процессов химической технологии.

Монография под общим названием «Системный анализ процессов химической технологии» включает две книги. Материал первой книги («Основы стратегии»), составляющий содержание настоящего издания, посвящён изложению основ общей стратегии системного подхода к исследованию химико-технологических процессов. Вторая книга («Топологический принцип формализации»), которую предполагает выпустить издательство «Наука» в 1977 г., посвящена рассмотрению принципов формализации процедур системного анализа на основе топологической теории сложных систем.

Книга будет полезна многим исследователям, работающим в области теоретических основ химической технологии, технологии микробиологических процессов, теоретической и прикладной кибернетики, теории управления и оптимизации химико-технологических процессов, физико-химической гидромеханики. Она может использоваться также в качестве учебного пособия для студентов и аспирантов химических и химико-технологических специальностей вузов и университетов.

Авторы приносят благодарность академику А. Н. Тихонову за полезные замечания, сделанные по рукописи, а также выражают признательность доктору физико-математических наук Р. И. Нигматулину, принявшему участие в написании § 1.2—1.4 книги…

ПРЕДИСЛОВИЕ В. Кафаров, Я. Дорохов
Москва, апрель, 1975 г.

Книги на ту же тему

1. Кинетика дезактивации катализаторов: Математические модели и их применение, Островский Н. М., 2001
2. Устойчивость химических реакторов, Перлмуттер Д., 1976
3. Гидродинамика и массообмен в дисперсионных системах жидкость — твёрдое тело, Протодьяконов И. О., Люблинская И. Е., Рыжков А. Е., 1987
4. Структурное моделирование в CALS-технологиях, Павлов В. В., 2006
5. Математические методы в химической технике. — 6-е изд., испр., Батунер Л. М., Позин М. Е., 1971