3. Применение графов для описания иерархических систем
При формировании электронного паспорта на оборудование, а также в системах автоматизированного проектирования необходимо иметь модель для описания иерархической структуры данного оборудования. Такая модель может быть использована как самостоятельно, так и в качестве дополнения к геометрической модели при соответствующей синхронизации с ней. Рассмотрим правила описания иерархической структуры произвольного химического агрегата (ХА). Первоначально ХА как сложное устройство разделяется на несколько крупных составных частей –функциональные и конструктивные узлы, которые образуют первую ступень иерархии (рис. 3. 1).
Рис. 3. 1. Иерархическая структура химического агрегата
Затем каждая из частей первой ступени, делится на более мелкие составные части –крупные сборочные единицы, которые образуют вторую ступень элементов иерархической структуры. Деление элементов второй ступени образует третью ступень иерархической структуры. Последней является ступень с конструктивно неделимыми элементами – деталями конструкции аппарата.
Например, в агрегате сушки (рис. 3.2) можно выделить следующие функциональные узлы: 1 – питатель; 2 – калорифер; 3 – сушилка; 4 – циклон; 5 – фильтр; 6 - газодувка.
Сушилка в свою очередь состоит из таких крупных сборочных единиц как: затвор, осадитель и труба. Осадитель включает мелкие сборочные единицы: крышку, обечайку и днище. А крышка состоит из деталей: фланец, патрубок, днище.
Естественно, что ХА входит в иерархическую структуру химического производства, которое относится к более высокому уровню.
Разделение технической системы на уровни и элементы ведется по функциональному назначению (признаку). При этом необходимо уделить особое внимание наиболее правильной формулировке функций выделенных элементов. Оптимальным следует считать случай, когда указывается только одна их основная функция. Детали – элементы низшего уровня всегда выполняют хотя бы одну функцию. Для элементов старших уровней указать однозначно их функциональное назначение, как правило, не представляется возможным.
Элементы иерархической системы взаимосвязаны между собой непосредственно по вертикали, т.к. элементы более низкого уровня входят составной частью в элементы более высокого уровня, и косвенно (через элементы верхнего уровня) по горизонтали. Непосредственная связь по горизонтали встречается редко.
Представление химического агрегата в виде иерархической структуры используется в системах автоматизированного проектирования (САПР). При этом каждый элемент агрегата можно рассматривать как самостоятельный объект проектирования, имеющий в конкретных условиях вполне определенные функциональное назначение и конструктивные формы. Проектирование отдельного элемента становится, таким образом, модулем иерархической системы проектирования всего агрегата.
Использование указанного подхода при проектировании имеет ряд преимуществ:
1. Упрощается организация модулей САПР.
2. Обеспечивается гибкость системы путем замены проектирующего модуля.
3. Модульный принцип способствует унификации конструктивных решений, постепенному их накоплению, систематизации и, таким образом, совершенствованию системы в целом.
4. Появляется возможность организовать рациональную последовательность в разработке модулей САПР, учитывая первоочередность задач по их трудоемкости и важности. Затем модули могут быть объединены согласно иерархической структуре в большие системы коллективного пользования.
Рис. 3. 2. Схема (а) и иерархическая структура (б) химического агрегата для сушки сыпучих материалов: 1 – питатель; 2 – калорифер; 3 – сушилка; 4 – циклон; 5 – фильтр; 6 – газодувка
Отличительная особенность ХА по сравнению со многими другими техническими объектами заключается в том, что они не могут быть описаны в рамках единой иерархической структуры. Так с одной стороны ХА представляет собой всю совокупность физико-химических явлений, характеризующих единый технологический процесс, а с другой – совокупность конструктивных элементов, связанных между собой определенным образом. Поэтому успешное проектирование химических аппаратов возможно только при описании их в рамках двух систем: конструктивных элементов и аппаратурно-процессных единиц.