Книга посвящена проблеме оперативной подготовки математических описаний химико-технологических процессов, решаемой на основе топологического принципа представления физико-химических систем. Дано теоретическое обоснование топологического метода описания физико-химических систем, изложена техника построения диаграмм связи для широкого класса объектов химической технологии, описаны машинно-ориентированные алгоритмы обработки информации в виде диаграмм связей, рассмотрены многочисленные примеры применения методики.

Книга предназначена для исследователей, работающих в области теоретических основ химической технологии, технологии микробиологических процессов, теории управления и оптимизации химико-технологических процессов, физико-химической гидромеханики, технической кибернетики. Она может служить учебным пособием для студентов и аспирантов химических и химико-технологических специальностей вузов и университетов.

Табл. 29, ил. 175, библ. 214 назв.

Монография под общим названием «Системный анализ процессов химической технологии» включает две книги. Первая книга — «Основы стратегии», — выпущенная издательством «Наука» в 1976 г., посвящена основам общей стратегии системного подхода к анализу, расчёту и моделированию процессов химической технологии.

Вторая книга — «Топологический принцип формализации» — посвящена рассмотрению принципов формализации процедур системного анализа на основе топологической теории сложных систем и является дальнейшим развитием идей, изложенных в первой книге.

Возросший уровень требований к расчёту и проектированию современного промышленного оборудования, интенсивное развитие вычислительной техники и расширение областей её применения оказывают существенное влияние на задачи математического моделирования в химии и химической технологии: они становятся намного сложнее, а их решение требует введения новых понятий, методов и средств реализации. Изменяется и сам подход к решению практических задач математического моделирования. Если раньше исследователь ставил задачу исходя из физико-химической сущности технологического процесса, а затем предоставлял её решение математику-вычислителю, то теперь традиционное разделение труда инженера-исследователя и математика-вычислителя меняет свой характер, приобретая качественно новые формы. Последнее связано с тем, что построение расчётной модели технологического процесса настолько тесно переплетается с разработкой вычислительного алгоритма, что отделить эти стадии друг от друга зачастую невозможно.

Для математического моделирования в настоящее время характерна машинно-ориентированная формализация и автоматизация как самой постановки задачи, так и всех процедур, связанных с её реализацией на вычислительной машине. При этом вычислительная техника используется не только на этапе решения уже готовых уравнений, описывающих объект, но и на этапах физико-химического, гидромеханического, термодинамического обоснования математического описания, вывода системных уравнений, постановки задачи. Реализация указанного подхода требует разработки специализированной системы математического обеспечения, которую мы будем называть автоматизированной системой математического моделирования химико-технологического процесса.

Основой построения автоматизированной системы математического моделирования является системный подход к анализу процессов химической технологии. С позиций последнего отдельный химико-технологический процесс представляется в виде сложной кибернетической системы, характеризуемой большим числом элементов и связей, иерархией уровней элементарных физико-химических эффектов, физически связанной цепью причинно-следственных отношений между элементарными эффектами и явлениями, совмещённостью явлений различной физико-химической природы в локальном объёме аппарата и т. п. Системная точка зрения на отдельный типовой процесс химической технологии позволяет развить научно обоснованную стратегию комплексного (т. е. с физико-химической, гидродинамической, термодинамической, кибернетической точек зрения) анализа процесса и на этой основе построения развёрнутой программы синтеза его математического описания (см. первую книгу).

Одним из приёмов системного анализа процессов химической технологии является структурное (топологическое) представление объекта исследования. Излагаемые в монографии принцип декомпозиции сложной системы на ряд взаимосвязанных подсистем, блоков и элементов, эвристические алгоритмы перевода физико-химической информации на язык топологических структур, понятие операционной причинности эффектов и явлений, правила распределения знаков на связах элементов, формально-логические приёмы совмещения эффектов различной физико-химической природы в локальном объёме аппарата, правила объединения отдельных блоков и элементов в единую связную топологическую структуру системы — все эти приёмы и методы в целом составляют единую методологию построения математической модели химико-технологического процесса в виде так называемых диаграмм связи.

Топологическая модель в форме диаграммы связи, во-первых, наглядно отражает структуру системы и, во-вторых, служит её исчерпывающей количественной характеристикой. Построенная диаграмма связи технологического процесса является исходной для всех дальнейших формальных процедур преобразования диаграммы в другие формы описания объекта: в форму дифференциальных уравнений состояния, в форму блок-схем численного моделирования, в форму передаточных функций по различным каналам (для линейных систем), в форму сигнальных графов и др. Каждая из этих преобразующих процедур реализуется в виде соответствующего вычислительного алгоритма на ЦВМ и будет подробно рассмотрена в книге.

Топологическое описание физико-химических систем, разработка структуры автоматизированной системы математического моделирования иллюстрируются примерами.

Книга является итогом многолетней работы авторов над проблемами кибернетики химико-технологических процессов.

Авторы надеются, что книга окажется полезной исследователям, работающим в области теоретических основ химической технологии, теории управления и оптимизации химико-технологических процессов, физико-химической гидромеханики, теоретической и прикладной кибернетики. Она может использоваться также в качестве учебного пособия для студентов и аспирантов химических и химико-технологических специальностей вузов и университетов…

ПРЕДИСЛОВИЕ
В. Кафаров, И. Дорохов
Май, 1978 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. Химические приложения топологии и теории графов, Кинг Р., ред., 1987
5. Структурное моделирование в CALS-технологиях, Павлов В. В., 2006