Классификация входных и выходных параметров ХТС

Основы системного анализа и общие принципы построения математических моделей

Понятие о химической системе

Система - это совокупность (множество) взаимосвязанных элементов любой природы.

Всякая система имеет внутреннюю структуру. Структуру системы образуют элементы, составляющие систему и связи между ними. Пример - автомобиль -система для быстрого передвижения. Он состоит из большого количества отдельных элементов, которые связаны друг с другом. Именно эта связь и обеспечивает в конечном счете выполнение основной задачи автомобиля, т.е. передвижения. Если же взять отдельный элемент машины, например, колесо или руль, то они, во-первых, неспособны в отдельности решить проблему передвижения, а во вторых назначение этих элементов по крайней мере непонятно.

Всякая система имеет 2 особенности:

- во-первых, сущность системы невозможно понять, рассматривая только свойства отдельных элементов;

- во вторых, система функционирует обязательно во взаимодействии с внешней средой, точнее с окружением, которое является частью внешнего мира.

Например, рассматривая колесо или руль от машины трудно представить, как эти отдельные элементы способствуют передвижению автомобиля.

Химическое оборудование, лежащее на складе и предназначенное для монтажа технологической установки, нельзя рассматривать как систему, т.к. отдельные элементы оборудования не взаимодействуют друг с другом. При монтаже оборудования и сборке возникает структура технологической установки. Но чтобы технологическая установка стала системой необходимо ее взаимодействие с окружающей средой и воздействие этой среды с системой.

Под химической системой понимается совокупность происходящих в ней физических, химических и иных процессов и средств, необходимых для их реализации, т.е. аппараты, средства контроля и управления и т.д.

Химико-технологическая система (ХТС)

Химик-технолог, как правило, имеет дело с химико-технологической системой (ХТС). ХТС - это множество элементов, предназначенных для получения заданных продуктов путем целенаправленного воздействия на исходное сырье. Здесь под элементами понимаются уже аппараты, каждый из которых можно рассматривать как химическую систему.

Понятно, что одной химической системой для получения продукта не обойтись. Нужна технологическая цепочка таких систем. ХТС(в масштабе химического завода) - это по крайней мере цех, где получается готовый продукт.

Всякую ХТС можно условно обозначить прямоугольником:

Приведенный выше рисунок - это каноническая модель ХТС.

Окружение - это часть внешней среды или множество всех объектов вне системы, влияющих на работу системы. В свою очередь окружение изменяется под воздействием системы. Окружение - это та часть внешней среды, которая учитывается при исследовании (моделировании) ХТС.

Пример - воздушное пространство над объектом. Химическое предприятие оказывает влияние на воздушное пространство, изменяя его параметры: температуру, загазованность и т. д. В свою очередь воздух, который нередко используется в техпроцессе влияет на качество продукции. Такая ситуация особенно характерна для микробиологической промышленности.

Взаимодействие ХТС с окружением изображается в виде стрелок: входов и выходов. Принято входы обозначать буквой Х, а выходы буквой Y. Обычно входы и выходы это одномерные или даже двухмерные вектора. Таким образом, Х - вектор входных параметров; Y - вектор выходных параметров или откликов системы.

Классификация входных и выходных параметров ХТС

Существуют самые разные виды классификации входных и выходных параметров систем. Мы рассмотрим классификацию только входных параметров, т.к. выходные параметры классифицируются аналогичным образом.

Входные параметры или входы могут быть организованные и неорганизованные.

Организованные входы- это входы, предусмотренные деятельностью человека. Неорганизованные входы или возмущения - это такие, которые не предусмотрены деятельностью человека. Пример неорганизованного входа: срыв поставки материала, несоответствие его марки стандарту и т.д.

Организованные и неорганизованные входы различаются по типу:

- материальные (сырье, полуфабрикаты);

- энергетические (пар, электрическая энергия);

- информационные (плановые задания, техническая документация на сырье);

- кадровые.

По возможности описания входы и выходы могут быть:

-количественные, т.е. измеряемые в соответствии с какой – то общепринятой шкалой (прочность, удлинение и др. характеристики полимеров);

-качественные, которые задаются определенными уровнями (1 сорт, 2 сорт).

По степени определенности:

- детерминированные - т.е. такие, значения которых фиксируются и известны исследователю;

- случайные (стохастические) - для которых известен вид закона распределения или его параметры: математическое ожидание, дисперсия, а в тоже время конкретная величина в процессе исследования неизвестна.

- неопределенные - когда известен только диапазон изменения детерминированного фактора, а для случайных факторов неизвестен закон распределения. Пример неопределенного фактора - действия конкурента данной ХТС.

Очень часто параметры системы по степени управляемости делят на три группы:

Х (Х1, Х2,...Хn) -вектор контролируемых и регулируемых параметров системы. Число таких параметров на крупном производстве достигает сотни и более. Это те параметры, изменяя которые можно управлять системой, поэтому их часто называют управляющими факторами или параметрами .

Н (H1, H2,....Hn) - вектор контролируемых, но не регулируемых параметров. Таких параметров на реальном производстве очень много, например, температура и давление окружающей среды, стоимость сырья и т.д. Температура в средней полосе России может колебатся от -30 до +30 и существенно влиять на работу установок, например, ректификационной установки. Иногда организовать регулирование того или иного параметра бывает технически несложно, но регулирование всех параметров может усложнить существенно весь технологический процесс.

Z (Z1,Z2....Zn) - вектор неконтролируемых и нерегулируемых входов. Это те воздействия на систему, которые находятся вне нашего контроля.