Закономерности систем

Целостность(илиэмерджентность). Закономерность целостности проявляется в появлениях у системы новых качеств, несвойственных её компонентам.Для того, чтобы глубже понять закономерность целостности, необходимо прежде всего учитывать две ее стороны:

1. Свойства системы Q_sне являются простой суммой свойств составляющих её элементовq_i.

.

2. Свойства системы зависят от свойств составляющих ее элементов

.

Отметим, что объединенные в систему элементы, как правило, утрачивают часть своих свойств, присущих им вне системы, но с другой стороны могут приобрести новые свойства.

Двойственным по отношению к целостности является свойство аддитивности(или независимости).

Свойство физической аддитивностипроявляются у системы как бы распавшейся на независимые элементы, в этом случае запишем

.

Можно получить полезные для практики результаты путем сравнения степени целостности систем и их структур.

Строго говоря, системы находятся как бы между состоянием абсолютной целостности и абсолютной аддитивности.

8 Классификация методов системных исследований.

Классификация методов моделирования систем

Методы моделирования систем принято разделять на два больших класса: методы формализованного представления систем (МФПС) и методы, направленные на активизацию использования интуиции и опыта специалистов (МАИС).

Строгое разделение на формальные и неформальные методы не существует. Можно говорить о большей или меньшей степени формализованности или напротив большей или меньшей опоре на интуицию и здравый смысл.

9 Методы формализованного представления систем. Аналитические и статистические методы.

Аналитические методы– это методы классической математики, включая интегральное и дифференциальное исчисление, методы поиска экстремума, вариационные исчисления, методы математического прогнозирования и т.д.

Аналитические методы отображают объекты в виде точек, совершающих какое-либо перемещение в пространстве или взаимодействующих между собой. Как правило, поведение точек описывается аналитическими выражениями, имеющими силу закона.

Аналитические методы применяют в тех случаях, когда свойство системы можно отобразить с помощью детерминированных величин или зависимостей, т.е. когда знания о процессах и событиях в некотором интервале времени позволяют полностью определить поведение их вне этого интервала.

Статистические методы. Основу метода составляют отображение явлений и процессов с помощью случайных событий и их поведений, которые описываются соответствующими вероятностными характеристиками и статистическими закономерностями. Статистические отображения системы представляют собой «размытые» точки или некоторые области, границы которых заданы с некоторой вероятностью и движение точки описываются некоторой случайной функцией.

На базе статистических представлений развивается ряд математических теорий: математическая статистика; объединяет методы регрессионного, дисперсионного, корреляционного, факторного анализов; теория статистических испытаний; теория выдвижения и проверки статистических гипотез и другие.

10 Методы формализованного представления систем. Теоретико-множественные представления и математическая логика.

Теоретико-множественные представлениябазируются на понятиях множество, элементы множества, отношения на множествах.

Множества могут задаваться двумя способами:

первый способ – списком или перечислением {a_i},i= 1 ...n;

второй способ – путем указания некоторого характеристического свойства, например, множество натуральных чисел.

Отметим, что внимания заслуживают методы преобразования множеств путем установления взаимоотношений между элементами разных исходных множеств.

Между описаниями различных систем можно устанавливать некие соответствия. Для характеристики сходства множеств используют понятия гомоморфизма, изоморфизма, автоморфизма и др.

Методы математической логики.

Базовыми понятиями математической логики являются высказывания, предикат, логические функции, логический базис, логические законы.

Высказывание– повествовательное предложение, которое характеризуется определенным значением истинности. В простейших случаях характеризуется два значения истинности: «истинно» - «ложно», «да» - «нет», «1» - «0».

Алгебра логики, в которой используется переменная, имеющая только два значения истинности, называется бинарной алгеброй логики Буля.

Предикат– это выражение, грамматически имеющее форму высказывания, но содержащее переменные некоторых подмножеств.

Полную систему логических функций называют логическим базисом.

Логические представления сыграли большую роль в развитии теоретической основы алгоритмизации и программирования.

Логические представления используют при исследовании новых структур систем разной природы, в которых характер взаимодействия между элементами еще не настолько ясен, чтобы возможно было их представление аналитическими методами, а статистические исследования затруднены и не дают результатов.

11 Методы формализованного представления систем. Лингвистические и семиотические представления. Графические методы.

Лингвистические, семиотические представления

Основными понятиями, на которых базируются лингвистические представления, являются понятия: тезаурус, грамматика, семантика, прагматика.

Тезаурус– это совокупность научных знаний о явлениях и законах внешнего мира, накопленное всем человеческим обществом. В более узком смысле тезаурус – это множество смысловыражающих элементов языка с заданными смысловыми отношениями.

Структуру языка можно представить в виде уровней или страт (буква, слово, предложение, абзац и т.д.)

Грамматика– это правила, с помощью которых формируются смысловыражающие элементы языка. С помощью правил можно формировать правильные конструкции или распознавать грамматическую правильность.

Под семантикойпонимается содержание, значение, смысл формируемых или распознаваемых конструкций языка. Подпрагматикой– полезность для данной цели или задачи.

Приведем примеры.

Глокая куздра будланула бокра и куздрачит бокренка– синтаксически выражение правильно, но семантически бессмысленно (нет слов имеющих смысл).

Муха лукаво всплеснула зубами– синтаксически правильно, семантически нет.

Маленькая девочка собирает цветы на лугу– синтаксически и семантически правильно. Но для руководителя предприятия не несет никакой информации и с прагматической точки зрения неперавильно.

При создании и использовании искусственных языков применяют такие понятия структурной лингвистики, как порождающаяираспознающаяграмматика.

Графические методы.

Графические представления позволяют наглядно отображать структуру сложных систем и процессов, происходящих в них.

Графические методы могут рассматриваться как промежуточные между МФПС и МАИС. Графики, диаграммы и т.п. можно отнести к средствам активизации интуиции специалистов.

В то же время методы, которые позволяют ставить и решать вопросы оптимизации процессов организации, управления, проектирования, и являются математическими методами в традиционном смысле. Таковы, в частности, геометрия, теория графов и возникшие на их основе теории сетевого планирования и управления, методы статистического сетевого моделирования.

12 Методы, направленные на активизацию использования интуиции и опыта специалистов. Методы мозговой атаки. Методы типа "сценариев". Методы типа "дерева целей".

Методы мозговой атакиилимозгового штурмаполучили распространение в начале 50^хгодов как «методы систематической тренировки творческого мышления», направленных на «открытие новых идей и достижение согласия группы людей на основе интуитивного мышления».

Мозговая атака (МА) учитывает психологический эффект группового мышления, при котором высказывается значительно больше идей. Предполагается, что среди большого числа идей имеется несколько полезеных. При МА критика не допускается, то есть процесс выработки идей и их критика разделяются по времени. Все идеи записывают, затем их анализируют другой группой (группой другого состава) и принимают решения.

Существует несколько разновидностей МА. Используют также методы типа комиссий, судов и т.п.

Методы типа сценариев.

Методы подготовки и согласования представлений о проблеме или анализируемом объекте, изложенных в письменном виде, получили название сценариев.

Сценарий предусматривает содержательные рассуждения, помогающие не упустить детали, а также результаты количественного технико-экономического или статистического анализа с предварительными выводами. Обычно группа экспертов, готовящих сценарий, пользуется правом получения необходимых сведений от предприятий или организаций.

По типу сценариев обычно разрабатываются прогнозы в отраслях промышленности. На уровне предприятия или производства методы типа сценариев применяют в случаях, когда надо спрогнозировать работу какого-либо оборудования, причины возникновения аварийных ситуаций и их возможные последствия и т.п.

Методы структуризации

Структурные представления разного рода позволяют разбить сложную проблему на более мелкие, лучше поддающиеся исследованию. Это можно рассматривать как некоторый метод исследования, именуемый системно-структурным.

К этим методам относятся методы типа «дерева целей».

Методы типа «дерева целей»

«Дерево целей» – это иерархическая структура, в которой общая цель подразделяется наподцели, которые в свою очередь тоже делятся на более детальные составляющие или подцели нижних уровней; начиная с некоторого уровня, подцели называютфункциями.

«Дерево целей» представляет собой иерархический граф, вершины которого интерпретируются как цели, а дуги как связи между целями или методы достижения цели. Разбиение главной цели системы на подцели должно удовлетворять двум требованиям: полноты и непротиворечивости.

Метод дерева целей ориентирован на получение полной и относительно устойчивой структуры целей, т.е. структуры, которая на протяжении некоторого времени мало изменяется.

13 Методы экспертных оценок. Методы типа "Дельфи". Методы организации сложных экспертиз.

При обработке индивидуальных экспертных оценок применяются методы согласования оценок. Существует много вариантов согласования от простого усреднения оценок до специальных методов оценки. Обоснование объективности экспертных оценок базируется на том, что неизвестная характеристика исследуемого явления характеризуется как случайная величина. Оценки экспертов отражают закон распределения этой случайной величины. При этом предполагается, что истинное значение величины находится внутри диапазона экспертных оценок и что общее коллективное мнение является достоверным.

Однако не нужно забывать, что экспертные оценки несут в себе не только узко субъективные черты, присущие отдельным экспертам, но и коллективно-субъективные черты, которые не исчезают при обработке результатов опроса.

Возникает необходимость разработки методов организации сложных экспертиз, которые позволяют получать более объективные оценки.

Методы типа «Дельфи»

Метод «Дельфи» или дельфийского оракула первоначально был предложен как итеративная процедура при проведении мозговой атаки Основное средство повышения объективности использование обратной связи – ознакомление экспертов с результатами предшествующего тура опроса и учет этих результатов при оценке значимости мнений экспертов.

В развитых вариантах «Дельфи» – процедура представляет собой программу последовательных индивидуальных опросов. Вопросники от тура к туру уточняются. Экспертам, на основе предыдущих опросов, присваиваются весовые коэффициенты значимости их мнений.

Методы организации сложных экспертиз

Существуют методы повышения объективности полученных экспертных оценок путем расчленения большой первоначальной неопределенности проблемы на более мелкие, поддающиеся осмыслению. Например, имеется методика ПАТТЕРН. По этой методике выделяются группы критериев оценки и рекомендуется ввести весовые коэффициенты критериев. Например, для оценки качества работы специалистов какой-либо фирмы всю совокупность показателей делят на три группы: производственная деятельность; общественная деятельность; психологическая совместимость. Затем для каждой группы вырабатывают показатели и способы их оценки. Каждому показателю и группе показателей присваивают весовые коэффициенты. Это позволяет получить оценку деятельности каждого сотрудника в баллах.

14 Морфологические методы.

Основная идея морфологического подхода систематически рассмотреть наибольшее число вариантов решения проблемы путем комбинирования основных структурных элементов системы или их признаков.

Общие положения для этих методов:

1. Равный интерес ко всем объектам морфологического моделирования.

2. Ликвидация всех оценок и ограничений до тех пор, пока не будет получена полная структура исследуемой области.

3. Максимально точная формулировка поставленной проблемы.

Существуют несколько морфологических методов – это:

– метод систематического покрытия поля – МСПП

– метод отрицания и конструирования – МОК

– метод морфологического ящика ММЯ

МСППпредполагает, что существует некоторое число опорных пунктов знаний в любой используемой области и существует достаточное число принципов мышления. С помощью МСПП ищут возможные варианты решения.

МОКосновывается на следующих соображениях: на пути конструктивного прогресса лежат догмы и компромиссные или диктаторские ограничения, и есть смысл их отрицать, но то что получается в результате отрицания необходимо конструктивно переработать.

В этом методе выделяют три этапа:

1. Формирование ряда высказываний, соответствующих современному уровню развития;

2. Замена одного или нескольких высказываний на противоположные;

3. Построение всевозможных следствий, вытекающих из такого отрицания и их проверка.

ММЯоснован на формировании и анализе морфологической таблицы, которую называют морфологический ящик. Основатель метода – ученый Цвики. Хотя этот метод существовал до него, но он систематизировал процесс, выделил этапы и т.д.

Набор значений по одному из каждой строки дает вариант решения задачи. Анализируя всевозможные варианты можно получить одно или несколько удачных решений. С ростом числа признаков резко возрастает число возможных вариантов. ММЯ нашел применение в автоматизации проектирования, при решении задач планирования и т.д.

15 Иерархия явлений и их подчиненность в изучении процессов и аппаратов химической технологии.

Типовая технологическая схема производства химических продуктов состоит из стадий подготовки сырья, химического синтеза выделения и очистки продуктов. Практически все стадии представляют собой совокупность различных технологических процессов, которые классифицируют в соответствии с их физико-химической природой. Типовыми процессами химической технологии являются механические, гидромеханические, тепловые, диффузионные, химические и микробиологические процессы.

К механическим процессамотносятся переработка твердых материалов под действием механически сил (чаще всего измельчение), разделение на фракции с различным гранулометрическим составом.

Гидромеханические процессысостоят в переносе импульса или количества движения. К гидромеханическим процессам относятся движение газов и жидкостей в аппаратах и трубах, движение частиц в средах, движение потоков через слой, образованный твердыми частицами. Процессами этой группы являются перемешивание, диспергирование, эмульгирование, разделение эмульсий и суспензий, фильтрование и т.п.

Энергетические процессыпредставляют собой передачу в пространстве различных форм энергии. Наиболее распространенными являютсятепловые процессы. Движущей силой тепловых процессов является разность температур.

Процессы нагревания и охлаждения используются в различных целях и могут существовать в виде самостоятельных технологических операций или протекать в сочетании с другими процессами.

Из других видов энергии можно выделить электроэнергию, перенос оптического излучения, энергии акустических колебаний и ионизирующего излучения. Акустические колебания позволяют интенсифицировать многие химические процессы.

Диффузионные процессы– это процессы передачи вещества или массы. Движущей силой этих процессов является разность концентраций, а количественной характеристикой интенсивности – коэффициент диффузии. В химической технологии к диффузионным процессам относятся дистилляция и ректификация, экстракция, абсорбция, кристаллизация, мембранные процессы, сублимация, сушка и др.

Химические процессыхарактеризуются образованием новых, отличающихся от исходных по химическому составу или строению веществ, при сохранении общего числа атомов и изотопного состава. Особенности химических процессов заключаются в образовании новых компонентов, т.е. продуктов реакции и расходования исходных реагентов, поэтому для описания химических процессов используют представление об источниках и стоках .

Различают процессы органического и неорганического синтеза. Подавляющее большинство реакций инициируют нагреванием, но используют также воздействие светом, ионизирующим излучением, электрическим током. Некоторые реакции протекают при механическом воздействии и низкотемпературной плазме.

Микробиологический синтез– это процесс образования новых химических веществ под воздействием выделяемых микроорганизмами ферментов, играющих роль биокатализаторов.

Как правило, технологические стадии и даже составляющие элементарные технологические процессы являются совокупностью нескольких одновременно протекающих физико-химических процессов. Например, тепловые процессы практически всегда сопровождаются механическими и гидромеханическими процессами. Можно составить иерархию процессов, которая приведена на диаграмме.

Большинство технологических процессов реализуется в аппаратах. По режиму функционирования различают аппараты периодического, непрерывного и полунепрерывного действия. В аппаратах периодического действия, работающих в циклическом режиме, технологический процесс представляет собой упорядоченную последовательность технологических и организационных операций, имеющих конечную продолжительность и заканчивающихся некоторым состоянием аппарата. Суммарное время операций

.

Продолжительность операций можно изобразить в виде временных графиков(графиков Гантта)

В аппарате непрерывного действия основной технологический процесс совмещен во времени с транспортом вещества через аппарат, т.е. на вход непрерывно поступает поток реагентов, а на выходе непрерывно отводится поток продуктов. Аппараты полунепрерывного действия занимают промежуточное положение. Они функционируют в непрерывном режиме в пределах интервала времени, необходимого для переработки некоторой конечной порции сырья.

₁

₂

₃

₄

₅

16 Химико-технологические системы. Классификация и структура.

Упорядоченная последовательность технологических процессов производства одного или нескольких целевых или промежуточных продуктов и множество аппаратов с системой материальных и энергетических связей между ними, необходимые и достаточные для производства этого продукта образует ХТС.

По режиму функционирования различают ХТС периодическогоинепрерывногодействия, а такжесмешанноготипа. По числу продуктов ХТС делят наоднопродуктовыеимногопродуктовые, по числу стадий – наодностадийныеимногостадийные. По виду технологической структуры и режиму функционирования принято различатьсовмещенныеигибкиеХТС. Совмещенные ХТС ориентированы на множество обычно последовательно реализуемых различающихся многостадийных процессов. Они характеризуются жесткостью структуры. Если технологические маршруты получения всех продуктов ассортимента полностью совпадают, то ХТС является полностью совмещенной, в противном случае частично совмещенной.

Гибкая ХТС имеет переменную структуру, она ориентирована на множество продуктов.

Целесообразно различать статическую идинамическую структуру ХТС. Различают следующие виды статической структуры.

17 Понятие о физико-химической системе. Математическая модель и модуль ФХС.

Современное химическое предприятие состоит из большого числа подсистем. Первую низшую ступень образуют типовые процессы химической технологии и локальные системы управления ими. Основу второй ступени иерархии составляют производственные цеха и системы автоматического управления ими. Третья ступень структуры – это система оперативного управления совокупностью цехов, системы организации производства. Для эффективного решения задач второго и третьего уровня необходима оперативная подготовка математических моделей процессов, протекающих в аппаратах первой ступени. Каждый типовой процесс в общем случае формализуется как физико-химическая система (ФХС).

ФХС – это многофазная многокомпонентная сплошная среда, распределенная в пространстве и переменная во времени, в которой происходит перенос вещества, энергии и импульса при наличии источников или истоков. На вход в ФХС поступают потоки сплошной среды, характеризующихся вектором входной переменной . В пределах ФХС эти переменные испытывают целенаправленные физико-химические превращения в переменные. Можно сказать, что векторпод действием технологического оператораTпреобразуется в вектор выходных переменных

. (1)

Оператор Tобладает сложной структурой и, как правило, является результатом наложения «элементарных технологических операторов». Реальному отображению сопоставляется его математическая модель

. (2)

Функциональный оператор отображает пространство входных переменныхи пространство переменных состояния самой системыв пространство оценок выходных переменных.

В явной форме оператор представляет собой замкнутую систему дифференциальных, интегральных и интегродифференциальных уравнений и соотношений эмпирического характера, дополненных начальными и граничными условиями. Для реализации различных задач, связанных с анализом и моделированием поведения ФХС необходимо решить систему уравнений и получить явную зависимость между переменнымии.

Формально это решение представляется в виде:

. (3)

Формальное представление ФХС в виде (3), несущее информацию о способе решения уравнения модели (3) называют модулем ФХС.

Практика системных исследований показывает, что для эффективного решения задач высших уровней иерархии химических производств, предпочтительным является именно модульный принцип представления информации, поступающей с нижних уровней иерархии.

18 Процессы на микро- и макро уровне. Ступени иерархии физико-химических эффектов.

При анализе процессов, происходящих в аппаратах химической технологии, принято всю совокупность, протекающих в них явлений условно делить на два уровня: микроуровеньимакроуровень.

К микроуровнюотносят совокупность физико-химических эффектов, определяющих скорость протекания физических или химических явлений на молекулярном уровне и в локальном объеме аппарата. Намакроуровнеизучают поведение ФХС в масштабе аппарата в целом. Здесь на эффекты микроуровня накладываются явления крупномасштабного характера, структура которых определяется конструктивными особенностями аппарата, характером подвода энергии, потоков и т.п.

Обычно трудно провести резкую границу между явлениями, протекающими на микро и макроуровне. Возникает необходимость введения промежуточных уровней эффектов. Можно выделить пять ступеней иерархиифизико-химических эффектов.

Первая ступень – это совокупность явлений на атомарно-молекулярном уровне. Этот уровень характеризуется физико-химическими взаимодействиями между атомами, молекулами, свободными радикалами, ионами и комплексами различного состава и строения. Химическая реакция рассматривается как совокупность актов разрыва и образования химических связей. Система считается химически однородной.

Вторая ступень – это эффекты в масштабе надмолекулярных или глобулярных структур. Усложнение ФХС связано с образованием надмолекулярных структур или глобул, под которыми понимают коллективы или агрегаты близкорасположенных молекул, обладающих относительной термодинамической устойчивостью при воздействии гидродинамический возмущений. Системы, полностью разделенные на отдельные агрегаты молекул, равномерно распределенные по объему аппарата, называются полностью сегрегированными. Используют понятие сегрегации.

Третья ступень – это физико-химические явления, связанные с движением единичного включения дисперсной фазы с учетом химический реакций и явлений межфазного энерго- и массопереноса. Сюда относят явления, связанные с поведением отдельных частиц, капель, пузырьков без учета их взаимодействия между собой.

Четвертая ступень – физико-химические процессы в ансамбле включений, перемещающихся стесненным образом в слое сплошной среды. На поведение системы влияет эффект стесненности. Явления этого уровня определяют гидродинамическую обстановку в локальном объеме аппарата и используют термин локальная гидродинамика.

Пятый уровень – это совокупность процессов, определяющих макрогидродинамическую обстановку в масштабе аппарата в целом. Исходными факторами, определяющими специфику эффектов этого уровня, служат конструктивные особенности аппарата – его геометрические особенности, наличие и конструкция внутренних устройств, расположение входных, выходных патрубков и т.д.

19 Режимы функционирования аппаратов химической технологии. Режимы функционирования многопродуктовых систем.

Существуют различные режимы функционирования многопродуктовых систем. Их можно показать в виде временных графиков в координатах время –номер продукта. Отрезки соответствуют времени, затрачиваемому на производство, а их взаимное расположение режиму организации.

При последовательном режиме, каждая стадия процесса начинается после завершения всех предыдущих стадий.

Такой режим называется одновременным. Все стадии производства идут одновременно.

Следующие режимы – группами фиксированного состава и группами переменного состава

Первый режим является практически единственно возможным при полном совпадении технологических маршрутов и последовательной структуре производства. Второй режим – одновременный организуется на индивидуальных схемах, работающих независимо друг от друга. Неполностью совмещенные схемы позволяют организовать производство в режимах, показанных на рис. 4.3 и 4.4.

20 Взаимное влияние аппаратов.

Рассмотрим временные режимы функционирования технологических схем периодического действия. Пусть имеется трехстадийная ХТС с непосредственным взаимодействием аппаратов.

Рассмотрим временные режимы функционирования.

Такой режим называется режимом без перекрывания технологических циклов. При таком режиме оборудование работает с большими простоями.

Оптимальный режим без учета продолжительности транспортных операций. Следующий цикл начинается до завершения всех стадий предыдущего цикла.

В первом случае (рис. 4.6) продолжительность рабочего цикла системы равна сумме рабочих циклов отдельных стадий.

Можно записать, что

. (4.1)

Время наработки продукта будет равно

. (4.2)

где k– число партий продукта.

В этом случае оборудование используется неэффективно и имеется значительный резерв времени.

Во втором случае (рис. 4.7) все стадии, кроме первой, можно начинать через интервал времени τ_L, равный продолжительности самой медленной стадии.

. (4.3)

На графике не учтены транспортные операции, их продолжительность зависит от работы насосов. Выбирая насосы можно растягивать или сжимать расписание работы системы. Для уменьшения времени простоя на стадии с наибольшей продолжительностью циклов устанавливают параллельные аппарат, включаемые в работу с равномерным запаздыванием.

Часто используют системы с промежуточными емкостями – это позволяет обеспечить квазинепрерывный процесс.

В последнем случае объемы аппаратов будут разными, если, например, продолжительность второй стадии в два раза больше, чем первой, и в три раза больше, чем третьей, то соотношение объемов должно быть таким:

Анализ временных графиков позволяет провести оптимизацию режима работы системы, однако выбор варианта схемы достаточно сложен. Необходимо учитывать размеры и сложность аппаратов и много другое.

21 Гибкие автоматизированные производственные системы. Общесистемные свойства ГАПС

К общесистемным свойствам ГАПС относятся сложность, устойчивость, мобильность, эмерджентность, управляемость, моделируемость.

Понятие сложности ГАПСотносится к их структуре и к способу функционирования. Структурная сложность определяется числом элементов системы и числом внутренних взаимосвязей. Функциональная сложность ГАПС – это разнообразие реакций на внешние и внутренние возмущения.

Устойчивость ГАПС– это ее способность противостоять возмущениям без нарушения способности к функционированию.

Эмерджентность– это свойство сложных систем, заключающееся в несводимости свойств системы в целом к свойствам, составляющих ее подсистемы.

Под управляемостьюпонимают свойство системы изменять закономерность функционирования в желаемом направлении под воздействием управляющих команд. Применительно к ГАПС – это означает, что технологическая структура системы претерпевает изменение под воздействием АСУТП, неориентируясь на производство другой продукции.

Информационно-управляющая подсистема ГАПС, как правило, организуется как гибкая. Управление ГАПС организуется на основе математических моделей, обладающих прогнозирующими свойствами, поэтому важным свойством является моделируемость систем. т.е. возможность формализации её структуры, способов функционирования и законов изменения структуры во времени. Модели функционирования сложной системы представляют собой множество взаимосвязанных аналитических, информационно-логических и эвристических зависимостей.

22 Специальные характеристики ГАПС.

К специальным свойствам ГАПС относятся гибкость, модульный принцип организации, интегрированность.

Гибкость– это способность системы к переориентации как отдельных модулей, элементов или подсистем, так и всего производственного комплекса на выпуск другой продукции или переработку другого сырья.

Различают несколько видов гибкости:

• Технологическая гибкость – это способность производить разнообразные продукты на одинаковом оборудовании. Она обеспечивается достаточно широким интервалом варьирования параметров.

• Аппаратурная гибкость – это возможность быстрого изменения конструкции аппарата без значительных затрат труда.

• Структурная гибкость – это способность системы изменять структуру в процессе функционирования. Можно различать гибкость технологической структуры и гибкость организационной структуры.

ГАПС должна обладать также гибкостью систем управления.

Модульный принцип аппаратурного оформленияпроявляется на различных уровнях иерархии. Модули самого нижнего уровня представляют собой легко заменяемые конструктивные элементы аппаратов, сами аппараты в свою очередь являются модулями следующего уровня иерархии и т.д. Модульный принцип организации заключается в использовании унифицированного технологического оборудования многофункционального назначения, а также типовых конфигураций систем управления на базе ЭВМ. Управляющие программы тоже имеют вид типовых модулей. Модульный принцип позволяет создавать различные конфигурации ГАПС из однотипных модулей, а также создавать ГАПС по этапам.

Модуль всегда имеет вид открытой подсистемы, допускающей его объединение с другими модулями. Модуль должен быть многофункциональным. Аппаратурный модуль – это относительно автономная ХТС, способная функционировать как самостоятельно, так и в комбинации с другими подобными системами. Например, модуль для процессов тонкого химического синтеза может содержать реактор емкостного типа с рубашкой и лопастной мешалкой и насадочную ректификационную колонну, а также вспомогательное оборудование: насосы, теплообменники, трубопроводы, средства КИП и А.

Интегрированностьвыражается в обеспечении функционирования разнообразного многофункционального оборудования. Интеграция должна охватывать всю деятельность предприятия, организованного по схеме ГАПС.Интегрированностьвыражается также во взаимодействии с такими подсистемами как автоматизированная система научных исследований (АСНИ), система автоматизированного проектирования (САПР) и т.п.

23 Критерии гибкости и эффективности ГАПС.

Современное многоассортиментное производство характеризуется выраженной тенденцией обновления и расширения ассортимента продукции. Возникает противоречие между требованиями развития производства и недостатком материальных ресурсов для его осуществления. Противоречие разрешается в результате двух взаимодополняющих процесса: совершенствование структуры ассортимента продукции и обеспечение адаптивности существующих или вновь создаваемых производств.

Ассортимент продукции и производства рассматриваются как взаимодействующие системы, развитие которых определяется общей целью – обеспечение заданной потребительской ценности продукции при минимальных затратах на производство. Поскольку и ассортимент, и производственные системы интенсивно развиваются, перспективная оценка эффективности выполняется, как правило, в условиях недостатка информации. Это значительно усложняет методику расчета. Приходится использовать методы прогнозирования экспертных оценок и т.п.

Процессу разработки и созданию ГАПС предшествует технико-экономический анализ. Экономическая эффективность ГАПС определяется себестоимостью продукции и удельными капитальными затратами. Критерии экономической оценки получаются путем соизмерения затрат и полученных результатов.

В качестве критериев эффективности действующих производственных систем могут использоваться суммарное время, затрачиваемое на выпуск всего ассортимента продукции, объем незавершенного производства, коэффициент использования технологического оборудования и другие. В общем случае формируется обобщенный критерий, компонентами которого являются частные критерии.

Гибкость ХТС не является самоцелью. Она должна удовлетворять требованиям производства, а именно обеспечить производство продукции некоторого ассортимента в заданном количестве. Тем не менее, при разработке и эксплуатации гибких систем полезно оценить меру их гибкости. Так как существуют различные виды и уровни гибкости можно сформулировать множество частных критериев гибкости, которые часто могут быть несравнимы. Гибкость каждого вида можно оценить некоторой величиной R, которая определяется от 0 до 1, где 1 – максимальная гибкость.

Несколько частных критериев можно объединить

где N– число типов оборудования, которые можно использовать на данном типе оборудования;

N_k– общее число вариантов.

24 Использование методов системного анализа в диалоговом режиме "человек-ЭВМ". Режимы использования ЭВМ. Типы диалога "человек-ЭВМ".

25 Диалог "человек-ЭВМ". Технические средства и программное обеспечение диалога "человек-ЭВМ".

Многие задачи системного анализа решаются с использованием ЭВМ. По характеру и степени участия человека и использования ЭВМ при решении тех или иных задач различают несколько режимов работы.

• Автоматический режим. Задача решается по форматным алгоритмам без вмешательства человека в вход решения.

• Ручной режим. Задача решается без помощи ЭВМ.

• Автоматизированный режим. Часть задачи решается человеком вручную, а часть с использованием ЭВМ.

• Диалоговый режим. Все процедуры решения выполняются на ЭВМ, а участие человека проявляется в оперативной оценке результатов решения, в выборе продолжений и корректировке хода решения задачи.

Если инициатором диалога является человек, которому предоставлена возможность в любой момент прервать автоматические вычисления на ЭВМ, то диалогназываютактивным.

Если прерывание вычислений происходит по командам, исполняемой ЭВМ программой, в определенные заранее предусмотренные моменты, то диалог называют пассивным.

Если оба участника диалога человек – ЭВМ являются пассивными, то ситуацию называют тупиковой.

Если человек и ЭВМ работают по очереди, то диалог называют синхронным.

Если человек и ЭВМ могут работать не только по очереди, но и одновременно, диалог называют асинхронным.

Развитие компьютерных технологий происходит в направлении повышения степени автоматизации решения различных задач. Однако работа в режиме диалога остается необходимой в связи с тем, что процессы анализа и проектирования сложных систем трудно формализовать и участие человека в ряде случаев позволяет ускорить принятие решений. Например, при проектировании сложных технологических процессов необходимо провести большое число трудноформализуемых логических действий. Основная задача – выбрать оптимальный вариант.В режиме диалога проектировщик может делать операций больше, чем при автоматизированном и тем самым приблизиться к оптимальному решению. Процесс проектирования в диалоговом режиме состоит из ряда этапов, на которых решаются задачи проектирования. Выходная информация каждого предыдущего этапа служит входной для последующего.

Процесс проектирования можно представить в виде схемы (рис. 6.1).