Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

А.В. Кравцов, н.В. Чеканцев, е.С. Шарова, м.С. Гынгазова, ю.А. Смышляева, э.Д. Иванчина Проблемно-ориентированная информатика химико-технологических процессов

Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета

Издательство

Томского политехнического университета

2009

УДК 66.02:004(075.8)

ББК 35.11:32.97я73

П781

Кравцов А.В., Чеканцев Н.В., Шарова Е.С., Гынгазова М.С., Смышляева Ю.А., Иванчина Э.Д.

П781 Проблемно-ориентированная информатика химико-технологических процессов: учебное пособие / Кравцов А.В., Чеканцев Н.В., Шарова Е.С., Гынгазова М.С., Смышляева Ю.А., Иванчина Э.Д. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 169 с.

В учебном пособии рассмотрены основные характеристики языков программирования, представлена технология программирования, показаны численные методы решения задач и функциональных выражений химической технологии. Описаны основы работы с Windows, подробно рассмотрены особенности использования пакета Microsoft Office (Microsoft Office, Microsoft Excel). Представлены основы работы со средолй Delphi. Рассмотрены такие важные темы как: применение информационных технологий в химии; базы данных и базы знаний; сеть интернет; средства защиты информации.

Учебное пособие предназначено для студентов химико-технологических специальностей, будет полезно для начинающих пользователей компьютера.

УДК 66.02:004(075.8)

ББК 35.11:32.97я73

Рецензенты

Кандидат химических наук, заведующая ЦЗЛ «Киришинефтеоргсинтез» Г.В. Костина

Доцент, кандидат технических наук Институт сильноточной электроники СО РАН Н.Ф. Ковшаров

© Кравцов А.В., Иванчина Э.Д., Шарова Е.С., Полубоярцев Д.С., Чеканцев Н.В., 2009

© Томский политехнический университет, 2009

© Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2009

Введение

Информатика, как естественнонаучная дисциплина, отличается от химии, физики, высшей математики и других предметов постоянно меняющимся содержанием в связи с совершенствованием электронных носителей информации. В то же время деятельность инженера-химика в современных условиях сопряжена с постоянным использованием средств и методов информатики.

Широко внедряемые в последнее время новые информационные технологии позволяют осуществить компьютеризацию производства, что обеспечивает инженерно-технологический персонал заводов надежным инструментом для технологического и экономического прогнозирования химических процессов.

С другой стороны, для потенциально-опасных производств, на которых возможно возникновение аварийных ситуаций, приоритетной задачей является предотвращение таких ситуаций, вероятность возникновения которых в связи с интенсификацией процессов возрастает. Такой прогноз требует привлечения методов математического моделирования и искусственного интеллекта для оперативной диагностики действующего производства и выявления причин отклонения его показателей от регламента.

Кроме того, использование компьютерных интеллектуальных систем для обучения технологического персонала промышленных предприятий с наработкой у них навыков вывода химических установок из эксплуатационных и аварийных нештатных ситуаций позволяет существенно повысить технический уровень операторов и инженерно-технического персонала.

Построение таких компьютерных систем – это сложный многоэтапный процесс сбора, анализа и обработки разносторонней информации о химико-технологической сущности производства, методологической основой которого является математическое моделирование, а стратегией изучения – системный анализ. Сущность системного анализа заключается в том, что вся информация об изучаемом явлении постепенно накапливается и обобщается с целью разработки полной модели химико-технологического процесса.

Построение интеллектуальных компьютерных систем может быть выполнено и на основе корреляционных и аппроксимирующих зависимостей, однако точность прогнозов и технико-экономических оценок в этом случае невысока и справедлива для данной установки в конкретных условиях.

Основное назначение физико-химических моделей в интеллектуальных системах (ИС) и тренажерах обучения по сравнению с информационными моделями и моделями представления знаний – это обеспечение возможности активного исследования и обучения – тренажа.

Основу физико-химических моделей объектов оставляет механизм и кинетика превращения реагентов на катализаторе, которые имеют ярко выраженный нестационарный характер вследствие изменения активности катализатора и износа оборудования. Практика показала, что без учета этих факторов ИС не будет отражать реальной ситуации.

Широкое внедрение в химию методов компьютерного моделирования и информационных систем не только не освобождают исследователя от необходимости знания математических методов и применения их в решении химических задач, но, напротив, делают это изучение одним из важнейших этапов подготовки специалиста – химика. Так, приближенно решение нелинейных уравнений позволяет быстро и с достаточной точностью определить выходы продуктов в химических процессах. Для исследования кинетических закономерностей химических явлений необходимо знание приближенных методов решения дифференциальных уравнений, а также методов вычисления интегралов. Владение элементами теории вероятностей и статистическими методами обработки результатов обязательно для анализа экспериментально полученных данных.

Наряду с этим, для эффективного поиска, переработки преобразования, распространения использования информации необходимо знание алгоритмических языков. «... без алгоритмов и алгоритмических языков предмета «Информатики» не существует», - писал академик Глушков.

Многолетняя практика подготовки технологов на химико-технологическом факультете показала, что только на основе принципа непрерывности и энциклопедичности образования можно научить студента диалектически мыслить, при этом нельзя абстрагироваться в понятиях «Информатика», так же, как и в понятии «Технология» от конкретной сущности информатики и технологии в определенной области естествознания. Поэтому анализ свойств химико-технологической системы при одновременном освоении законов преобразования информации целесообразно использовать при изучении курса «Информатики». Аналогично базы данных, которые содержат физико-химические и теплофизические свойства веществ, более доступны для восприятия будущих химиков-технологов, чем их общее понятие.

К сожалению, отсутствие учебников по информатике для химиков сдерживает освоение студентами необходимого материала и внедрение компьютерных методов в химию. В данном пособии изложены результаты практических навыков применения численных методов и языка программирования Турбо-Паскаль для решения задач химической технологии.

Этот курс читается на кафедре химической технологии топлива и химической кибернетики в течение 20 лет с постоянным совершенствованием на основе результатов научно-прикладной и учебно-методической работы. При этом накапливаются базы данных и базы знаний для основных процессов химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Это пособие является завершением цикла методических разработок курса «Информатика», читаемых для студентов химико-технологического факультета Томского политехнического университета.