2. Химико-технологическая система как большая система

Под химико-технологической системой (ХТС) понимается совокупность протекающих физико-химических процессов и средств для их реализации. Таким образом, химико-технологическая система включает: собственно химический процесс, аппарат, в котором он проводится, средства для контроля и управления процессами и связи между ними.

ХТС взаимодействует с внешней средой и может быть количественно оценена совокупностью входных переменных X и выходных переменных Y (рис. 2).

Рис. 2. Простейшая структура системы

В качестве входных переменных можно принять количество перерабатываемого сырья, его состав, температуру и т.д.; выходными переменными могут быть количество готового продукта, концентрация, температура и другие свойства. Для соответствия выходных переменных заданным значениям на них воздействуют при помощи управляющих переменных.

Примером ХТС может быть любой регулируемый химический процесс, протекающий в объекте (например, в реакторе), подлежащий управлению (рис. 3).

Рис. 3. Регулируемый химический процесс как система

Ход процесса регистрируется датчиком Д; поступающие от него сигналы усиливаются (усилитель У) и далее подаются в преобразователь сигналов П (например, электрических в механические). Преобразованные сигналы воздействуют на установку регулятора Р, который выдает сигналы на исполнительный механизм ИМ (например, клапан на линии ввода сырья или теплоносителя).

Таким образом, ХТС – это достаточно сложный объект, который можно расчленить (провести декомпозицию) на составляющие подсистемы, или элементы. Эти подсистемы информационно связаны друг с другом и, возможно, с окружающей средой объекта.

3. Основные положения системного анализа

Системный анализ – это стратегия изучения сложных систем. В качестве метода исследования в нем используется математическое моделирование, а основным принципом является декомпозиция сложной системы на более простые подсистемы. Математическая модель строится по блочному принципу: общая модель подразделяется на блоки, которые можно сравнительно просто описать математически. Необходимо отметить, что все подсистемы взаимодействуют между собой [4].

В основе системного анализа лежат следующие общие положения:

1. Формулировка цели исследования;

2. Постановка задачи по реализации этой цели и определение критерия эффективности решения задачи;

3. Разработка плана исследования;

4. Последовательное продвижение по всем этапам;

5. Организация последовательных приближений на отдельных этапах;

6. Принцип нисходящей иерархии анализа и восходящей иерархии синтеза.

С позиции системного анализа решаются задачи моделирования, оптимизации, управления и оптимального проектирования ХТС.

Применение стратегии системного анализа для расчета сложных процессов позволяет использовать блочный принцип. Так, при рассмотрении химического процесса, протекающего в реакторе, можно выделить пять блоков. Вначале исследуют гидродинамическую структуру потоков, далее изучают влияние переноса тепла и вещества и, наконец, химическую кинетику; затем составляют материальные и тепловые балансы.

Применение методов кибернетики в химической технологии открывает возможность осуществления системного анализа при исследовании или организации производственного процесса как системы.