Раздел 17. Автоматизированное проектирование энерготехнологических систем и оборудования

17.1. Введение в сапр, оптимизацию и системный анализ

Этс и оборудования

В настоящее время компьютерных систем автоматического проектирования энерготехнологических систем (ЭТС) и оборудования (О), полностью свободных от принятия решений человеком, нет. Есть различные системы автоматизированного проектирования (САПР) энерготехнологических систем и оборудования (ЭТСиО), на разных этапах работы которых решение специалиста является решающим.

Прежде, чем перейти к сути САПР ЭТСиО, вначале определимся в терминологии, в основных понятиях: что такое ЭТС, системы вообще, системный анализ, оптимальная система и оптимизация, САПР ЭТСиО, вычислительный эксперимент, в том числе оптимизационный. Итак...

17.1.1. Что такое этс?

В технике есть ряд систем, аналогичных по принципу построения их устройства, структуры, по протекающим в их элементах процессам, по принципам их проектирования и оптимизации.

Это технические системы, обеспечивающие получение из исходного сырья путём его переработки в различных машинах и аппаратах требуемых материалов и (или) энергии (в т.ч. тепла). Это энерго (в т.ч. тепло) производящие, энерго (в т.ч. тепло) использующие, материалоперерабатывающие установки.

К ним относятся

• Теплоэнергетические системы, в том числе теплотехнические, холодильные, криогенные установки, системы теплоэнергоснабжения, теплоэнергообеспечения и пр.

• Химико-технологические системы.

• Биотехнологические и биохимические системы.

• Нефтеперерабатывающие и нефтехимические системы.

• Газоперерабатывающие и газохимические системы.

• Пищевые и сахарные производства

• Системы жизнеобеспечения.

• Транспортные энергетические и многие другие установки.

Всех их можно условно назвать энерготехнологическими системами (ЭТС), так как любые технологии переработки вещества требуют участия энергии, а производство и использование энергии могут реализоваться по разным технологиям.

17.1.2. Иерархия этс

Перечисленные выше энерготехнологические системы состоят из большого числа взаимосвязанных подсистем и элементов. Между ними устанавливается соподчинённость в виде иерархической структуры, состоящей из трёх основных уровней:

1-ый уровень – типовые энерготехнологические процессы (тепловые, гидравлические, механические, массообменные, химические и др.). Каждый типовой процесс рассматривается как система или подсистема, имеющая свои входы и выходы. На этом уровне формируются показатели и критерии эффективности отдельных элементов и подсистем.

2-ый уровень – установки, агрегаты, комплексы и т. п. Отличительной особенностью этой ступени иерархии энерготехнологических систем является объединение энергетических и других объектов в единую энерготехнологическую систему, осуществляющую рекуперацию энергетических и материальных ресурсов. На этом уровне на начальном этапе оценки эффективности системы формируются её материальные и тепловые балансы энерготехнологической системы, то есть входы и выходы элементов и подсистем, а на заключительном этапе – критерий эффективности энерготехнологической системы.

3-ый уровень (высший уровень иерархической структуры энерготехнологической системы) – системы оперативного управления установками и производством в целом, планирования запасов сырья и реализации готовой продукции, то есть автоматизированная система управления предприятием (АСУП). На этом уровне формируется часть критерия эффективности энерготехнологической системы.