Лекция №7 Тема: «Моделирование сложных химико-технологических систем в непрерывным характером производства»
План лекции:
Математическое описание сложных технологических систем (СТС).
Проблема моделирование СТС.
Структура моделирующей программы расчета сложных схем (РСС).
Структурный анализ в моделирующей программе РСС.
Структурный синтез математических моделей и моделирование сложных непрерывных технологических систем.
В предыдущих лекциях были рассмотрены вопросы построения математических моделей, описывающих отдельные явления тепло-, массопереноса, материального баланса и т.д. В тех случаях, когда механизм происходящих физико-химических взаимодействий достаточно сложен или необходимо учитывать все оборотные потоки в сильно взаимосвязанном комплексе технологических операций, возникает необходимость структурного синтеза и моделирования сложных технологических систем.
Стоит задача: как на основе известных характеристик отдельных элементов и анализа их взаимосвязи определить характеристики системы в целом?
В данном разделе курса сложные системы разбиваются на три класса:
сложные непрерывные и непрерывно-дискретные системы с регулярными входными воздействиями и с аналитическими моделями элементов системы
сложные стохастические непрерывные и непрерывно-дискретные системы, включая системы массового обслуживания
сложные дискретные системы типа «конечных автоматов» и др., описываемые булевыми функциями и функциями алгебры логики.
Данная лекция будет посвящена методическим вопросам первого класса сложных систем. Вопросы структурного синтеза математических моделей отдельных технологических процессов и сложных систем второго и третьего класса будут рассмотрены в последующих лекциях.
Эволюция методов моделирования начиналась с объектов классической механики и в своём развитии дошла до моделирования процессов и явлений с множеством внутренних взаимосвязей, описываемых множеством уравнений большой размерности. Следует отметить качественный скачок в развитии последних методов в связи с предоставленными возможностями интенсивно развивающейся вычислительной техники. В последнее время появилась новая постановка задач исследования и новый термин, характеризующий объект исследования – «сложная система», с которым мы уже сталкивались в первых лекциях, где рассматривалось несколько примеров сложных систем:
процессы газофазного осаждения, базирующиеся на реакциях пиролиза в открытой системе (осаждение пленок поликристаллического кремния на подложку при пиролизе моносилана кремния);
технологическая схема отдельного агрегата;
технологическая схема процесса полупроводникового производства;
сложные электрические схемы.
Ранее были определены общие черты понятий сложной системы
введено понятие подсистемы, как некоторой автономной части системы; расчленении сложной системы на подсистемы и зависимости этой процедуры от принятых технических решений, целей создания системы и взглядов исследователя на систему носит неформальный характер;
взаимодействие между подсистемами одно из основных черт сложной системы, которое сводится к обмену материальными, энергетическими и информационными потоками между подсистемами, осуществляемому по каналу связи. Каналы связи могут быть реальными транспортными или информационными коммуникациями, существующими в системе или порождаются искусственным делением системы на подсистемы.
Давалось определение сложной системы.
Сложная система представляется в виде многоуровневой конструкции из множества взаимодействующих между собой и внешней средой элементов.
Такое представление даёт возможность изучать и синтезировать систему по частям. Этими частями (элементами) являются подсистемы различных уровней. Подсистемы «верхних» уровней сами зачастую являются сложными и разбиваются далее.
