17.1.8.3. Виды задач, решаемых пользователями сапр

Все САПР включают в себя на две крупные подсистемы:

1. Подсистема технологического или творческого автоматизированного решения задач проектирования (ПТАПРО-ТСиО) технических систем (ТС) и их оборудования (О).

ПТАПРО-ТСиО включают в себя решение следующих задач:

• Формирование и развитие базы данных о схемах и режимах ТС.

• Синтез топологии схем ТС.

• Формирование режимов ТС.

• Формирование и развитие базы данных о теплофизических

свойствах веществ.

• Расчёт материальных и тепловых балансов ТС.

• Формирование и развитие базы данных об оборудовании ТС.

• Формирование и развитие базы экономических данных

ТС и их элементов.

• Выбор оптимальных элементов (оборудования и подсистем) ТС.

• Комплексная оптимизация ТС в целом (топологии схем, режимов

и оборудования ТС).

2. Подсистема автоматизированного решения задач рутинного проектирования (ПАРП).

ПАРП обеспечивает автоматизацию разработки следующих основных частей проекта:

• монтажной части,

• строительной части,

• генпланов,

• инженерных изысканий,

• КИП и автоматики,

• механических расчётов,

• теплоснабжения и вентиляции,

• электротехнических объектов,

• сметной части, технико-экономических обоснований и др.

17.1.8.4. Особенности работы теплотехников с сапРами

Теплотехники имеют только косвенное, согласовательное отношение к результатам решения задач рутинного проектирования (ПАРП). Непосредственно разработкой основных компонентов рутинной части проекта теплотехники не занимаются.

Особенности работы теплотехников-разработчиков САПР

На теплотехников-разработчиков САПР ложится основное бремя работ, связанных с созданием и реализацией теплотехнических компонент САПР на основных этапах её жизненного цикла:

Этап 1 ЖЦ САПР. Научные разработки подсистемы технологического или творческого автоматизированного решения задач проектирования (ПТАПРО-ЭТСиО) энерготехнологических систем (ЭТС) и их оборудования (О).

Этап 2 ЖЦ САПР. Участие в проектировании ПТАПРО-ЭТСиО как части САПР.

Этап 3 ЖЦ САПР. Участие в создании ПТАПРО-ЭТСиО как части САПР.

Этап 4 ЖЦ САПР. Участие в подготовке кадров, построении, формировании, сборке, комплектации, наладке, отладке, пуске ПТАПРО-ЭТСиО как части САПР.

Этап 6 ЖЦ САПР. Проведение вычислительных экспериментов с помощью

ПТАПРО-ЭТСиО с целью исследования путей её дальнейшего развития в составе САПР.

Этап 7 ЖЦ САПР. Участие в развитии, модернизации ПТАПРО-ЭТСиО как части САПР в процессе её эксплуатации. При этом наряду с другими в первую очередь учитываются упомянутые в 17.1.8.2 принцип автономности отдельных частей САПР, принцип развития, принцип эволюционности, принцип иерархического построения системы, принцип новых задач.

Из всех них наиболее важным является принцип новых задач. Он эффективно реализуется в этапах 1, 2, 3, 7 ЖЦ САПР.

При создании, развитии, модернизации ПТАПРО-ЭТСиО теплотехники-разработчики САПР выполняют следующие работы:

1. Разработка и применение в ПТАПРО-ЭТСиО более точных методов, математических моделей и алгоритмов расчёта процессов (тепловых, гидравлических, прочностных и др.), протекающих в оборудовании ЭТС, а также термодинамических процессов в ЭТС. За счёт этого уточняются оценки критериев эффективности ЭТС и О, обеспечивается более корректный выбор эффективных решений при проектировании, получается дополнительная экономия за счёт более обоснованного применения коэффициентов запаса при проектировании оборудования.

2. Расширение области оценки эффективности объектов проектирования за счёт создания и применения в САПР новых методов для той части оборудования, для которой из-за сложности или отсутствия математических моделей применялись упрощающие допущения или аналогии, не позволяющие даже приближённо оценить погрешности расчёта.

Иллюстрации таких новых задач для новых объектов описаны далее в

17.4.3.1 и 17.4.3.2 на примерах создания фрактальных методов теплового расчёта теплообменников со сложными схемами тока сред. При этом расширение области оценки эффективности объектов проектирования значительно углубляет процесс оптимизации оборудования, за счёт чего получаются дополнительные экономические эффекты.

3. Обеспечение оптимизации ЭТС. Оптимизацию ЭТС можно проводить на разных уровнях:

3.1. Уровень оптимизации оборудования ЭТС. При фиксированных топологии технологической схемы и режимных параметрах ЭТС рассчитывается соответствующий материальный и тепловой баланс ЭТС, то есть находятся входные и выходные параметры сред для каждого элемента (вида оборудовании) ЭТС. При этих фиксированных режимных параметрах сред для каждого элемента ЭТС проводится его полная (во всём диапазоне изменения значений каждой независимой переменной элемента), как правило, технико-экономическая оптимизация. Сумма показателей эффективности всех элементов является оптимальным показателем эффективности ЭТС при её фиксированных топологии и режиме. Это ограниченная оптимизация.

3.2. Уровень оптимизации оборудования и режимов при фиксированной топологии ЭТС.

Во всём диапазоне изменения каждой режимной переменной фиксируются наборы переменных для всех режимов. Для каждого режима проводится полная оптимизация оборудования так, как это описано выше в пункте 3.1. В итоге определяется оптимальный показатель эффективности ЭТС для каждого режима. Среди всех рассмотренных режимов выбирается оптимальный, соответствующий наилучшему показателю эффективности ЭТС. Это частичная оптимизация ЭТС.

3.3. Уровень комплексной оптимизации ЭТС. Здесь оптимизация проводится во всём диапазоне изменения топологических (схемных), режимных параметров и независимых переменных для каждого элемента ЭТС. Это полная, наиболее совершенная оптимизация ЭТС и её оборудования, приносящая наибольший экономический эффект.

Комплексная оптимизация ЭТС и её оборудования подробно описана далее в 17.2.

4. Разработка и реализация в САПР более эффективных методов поиска экстремума критериев эффективности ЭТС и её оборудования с целью ускорения, упрощения решения трудоёмких задач комплексной оптимизации ЭТС.

Особенностью комплексной оптимизации ЭТС является:

• сложность, громоздкость точных математических моделей и алгоритмов расчета ЭТС и оборудования;

• соответственно, большое время счёта на ЭВМ даже одного варианта ЭТС и её оборудования (в зависимости от совершенства математических моделей время может исчисляться десятками минут и даже часами);

• большая размерность комплексной оптимизации ЭТС и её оборудования, то есть громадное, практически астрономическое число сравниваемых альтернативных вариантов ЭТС;

• с помощью известных, традиционных численных методов оптимизации крупных систем преодолеть описанные выше сложности не удаётся;

• требуется применение новых, так называемых генетических методов оптимизации, которые основаны на феноменологическом эвристико-эволюционном подходе с использованием эволюционных эвристик для скорейшего «продвижения» топологий схем, режимов и элементов к оптимуму;

• чтобы разработать такие эволюционные эвристики, требуются большие специальные знания об оптимизируемых объектах, в частности об ЭТС и их оборудовании; поэтому разработка и реализация в САПР более специальных, учитывающих специфику методов поиска экстремума критериев эффективности ЭТС и её оборудования является в первую очередь делом теплотехников-разработчиков САПР.

Основы создания подсистем оптимизационного технологического проектирования САПР ЭТС и их оборудования описаны далее в17.2, новые методы поиска экстремума критериев эффективности ЭТС приведены в17.3.

5. Разработка и реализация в САПР машинных синтезаторов математических моделей и алгоритмов расчёта и оптимизации ЭТС и их оборудования. Методические основы создания таких синтезаторов приведены, а также примеры реализации таких работ приведены далее в 17.4 и 17.5.

Особенности работы теплотехников-проектировщиков САПР

Теплотехники-проектировщики (пользователи САПР) используют ПТАПРО-ЭТСиО как часть САПР при проектировании, проектной оптимизации и оптимальной замене и реконструкции ЭТС и их оборудования (Этап 6 ЖЦ САПР).

Очень перспективным является проведение ими вычислительных экспериментов, что позволяет с применением проверенных математических моделей находить характеристики работы оборудования и ЭТС в целом, проводя расчётные исследования на ЭВМ. Это избавляет от необходимости проведения дорогостоящих физических экспериментов.

Кроме того, расчётный вычислительный эксперимент открывает возможности прогнозирования путей развития ЭТС и их оборудования, что имеет большое практическое и познавательное значение, способствует повышению рабочего кругозора, квалификации теплотехников