Обзор дисциплины «Системный анализ химических технологий»

Цели дисциплины

Целью преподавания дисциплины является изложение основ анализа систем (информационных, математических и алгоритмических), построения моделей и их программирования, а также применение лицензионных программных продуктов для анализа, синтеза и оптимизации действующих промышленных и вновь создаваемых химических производств.

Задачи дисциплины

Задачей изучения дисциплины является освоение методологии и технологии компьютерного моделирования при исследовании, проектировании и эксплуатации химико-технологических процессов (ХТП) и химико-технологических систем (ХТС) на основе современных компьютерных технологий.


Результаты освоения дисциплины

В результате изучения данной учебной дисциплины студент:


Содержание основных разделов дисциплины

Цикл лекционных и практических занятий по учебной дисциплине включает следующий перечень тем и их краткое содержание:

Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов и химико-технологических систем

Основные задачи. Системный подход к решению этих задач. Эмерджентность и интерэктность - важнейшие свойства систем. Метод математического моделирования, ПЭВМ и современное программное и математическое обеспечение как средство решения этих задач. Основные понятия и этапы моделирования. Классификация методов построения математических моделей. Структура математического описания при детерминированном подходе. Структура эмпирических моделей. Типы уравнений математического описания. Алгоритмизация математического описания.

Общая характеристика систем

Понятие системы. Элемент системы - химико-технологический процесс (ХТП). Модель структуры системы. Статические и динамические модели систем. Химико-технологические системы (ХТС). Типовые элементы ХТС, их изображение на схемах. Вещество как система атомов или молекул, системы химических реакций. Замкнутые и разомкнутые системы с точки зрения расчета. Классификация параметров систем: структурные, конструктивные, технологические, параметры потоков. Общая математическая модель систем. Модель топологии и модели элементов систем. Задачи поверочного расчета, проектного расчета, оптимизации, синтеза, управления ХТС.

Компьютерные технологии для расчета ХТС

Трудности использования интегрального метода для больших систем. Декомпозиционный метод расчета систем. Структурный анализ - необходимый этап декомпозиционного метода расчета. Формализация структуры систем с помощью матрицы смежности, таблиц связей, списка связей.

Компьютерные технологии структурного анализа систем

Методы выделения комплексов. Методы нахождения контуров. Критерии оптимальности множества разрываемых дуг. Методы определения оптимального множества разрываемых дуг. Определение последовательности расчета элементов систем.

Использование моделирующих программ ASPEN PLUS, современных программных продуктов для расчета конкретных промышленных ХТС

Основы синтеза ХТС на основе лицензионного моделирующего программного комплекса ASPEN PLUS. Синтез систем. Сведение задачи синтеза к задаче оптимизации. Структурные параметры. Интегральный метод синтеза. Эвристический метод. Метод структурных параметров.

Математическое моделирование элементов систем

Понятие модели. Классификация моделей. Физические, математические модели. Детерминированные и формальные модели. Дескриптивные и оптимизационные модели, их назначение. Статические и динамические модели. Модели с распределенными и сосредоточенными параметрами. Экономико-математические модели. Теоретический метод построения моделей элементов ХТС. Этапы построения. Адекватность модели.

Компьютерные технологии расчета динамических режимов ХТС

Общая характеристика динамических режимов: режимы пуска и останова, переходные режимы. Нестационарные модели элементов ХТС. Использование современных программных продуктов для исследования динамических режимов.

Системный подход к анализу и планированию эксперимента в химической технологии

Интегрированные комплексы управления качеством. Использование компьютерных технологий для построения статистических моделей аппаратов химической технологии. Методы планирования эксперимента при построении статистических моделей.

Компьютерные технологии для принятия решений в химической технологии

Понятие об оптимизации химико-технологических процессов и химико-технологических систем. Постановка задачи оптимизации. Ограничения типа равенств. Выбор свободных параметров оптимизации. Ограничения типа неравенств. Критерии оптимизации. Многокритериальная оптимизация. Методы глобальной оптимизации. Современные программные продукты для решения задач оптимизации. Много продуктовые ХТС. Критерии гибкости. Методы синтеза гибких ХТС. Примеры синтеза гибких систем химических производств. Понятие о системном анализе гибких производств химической промышленности.

Наименование лабораторных работ:

Перечень работ включает:


Список литературы по дисциплине

Учебно-методическое обеспечение дисциплины включает печатную и электронную литературу, авторские методические материалы, Интернет публикации и форумы.

    Основная литература:

  1. Холоднов, В.А. Системный анализ и принятие решений. Компьютерное моделирование объектов химической технологии в MathCAD. ПРАКТИКУМ к лабораторным работам по учебным дисциплинам «Информатика» и «Системный анализ химических технологий» / В.А. Холоднов, Л.С. Кирьянова, В.А. Сидоров: учебное пособие. – СПб.: СП6ГТИ (ТУ), 2008. - 91с.
  2. Системный анализ и принятие решений. Математическое моделирование и оптимизация объектов химической технологии / В.А.Холоднов, Ас. М. Гумеров, Н.Н. Валеев, Гумеров Аз. М., В.М.Емельянов, В.Н. Чепикова, М.Ю. Лебедева: учебное пособие. – СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007. - 340с
  3. Системный анализ и принятие решений. Компьютерное моделирование и оптимизация объектов химической технологии в Mathcad и Excel / В.А.Холоднов, В. Решетиловский, М.Ю. Лебедева, Е.С. Боровинская: учебное пособие. - СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007. - 434с.
  4. Системный анализ и принятие решений. Компьютерные технологии моделирования химико-технологических систем / В.А. Холоднов, К. Хартманн, В.Н. Чепикова, В.П. Андреева: учебное пособие. – СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007. - 160с
  5. Дополнительная работа:

  6. Решение задач безусловной оптимизации с использованием системы компьютерной математики MathCAD: методические указания / В.А. Холоднов, В.А. Сиренек, В.Н. Чепикова, Е.С. Боровинская, Крылов В.М. - СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2010. - 47с.
  7. Решение задач нелинейного программирования на основе условий Куна-Таккера с использованием системы компьютерной математики MathCAD: методические указания / В.А.Холоднов, Е.С. Боровинская, М.Б. Суханов, А.В. Гайков - СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2010. - 47 с.
  8. Решение задач нелинейного программирования на основе градиентных методов с использованием системы компьютерной математики MathCAD: методические указания / В.А. Холоднов, Е.С. Боровинская, В.П. Андреева, В.И. Черемисин - СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2010. - 69с
  9. Компьютерные технологии построения математических моделей химико-технологических процессов на основе полного факторного эксперимента: учебное пособие / В.А. Холоднов, В.М. Крылов, В.П. Андреева, В.Н. Чепикова, Л.С. Кирьянова - СПб: СПбГТИ (ТУ), 2010.- 51с.
  10. Вспомогательная литература:

  11. Холоднов, В.А. Математическое моделирование и оптимизация химико-технологических процессов / В.А. Холоднов, В.П. Дьяконов, Е.Н. Иванова, Л.С. Кирьянова Л.С. Практическое руководство. - СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2003.- 480с.
  12. Холоднов, В.А. Химико-технологические системы. Синтез, оптимизация и управление / В.А. Холоднов под ред. И.П. Мухленова. - Л.: Химия, 1986.- 423с.
  13. Холоднов, В.А. Математическое моделирование и методы реализации математических моделей / В.А. Холоднов, Е.Н. Иванова, Л.С. Кирьянова Л.С., В.М. Князьков, И.Н. Белоглазов - СПб.: Издательский дом. Руда и металлы, 2002.- 170с.
  14. Крылов, В.М. Теория и практика математического моделирования / В.М. Крылов, В.А. Холоднов: учебное пособие. - СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007. - 178с.
  15. Ахназарова, С.Л. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии: учебное пособие для химико-технологических спец. вузов / С.Л. Ахназарова, В.В. Кафаров - М.: Высшая школа, 1985.- 327с.
  16. Банди Б. Методы оптимизации: вводный курс / Б. Банди; пер. с англ.О.В. Шихеева - М.: Радио и связь,1988.-127с.
  17. Ресурсы Интернет:

  18. http://www.edu.ru – Федеральный портал «Российское образование»
  19. http://www.openet.edu.ru – Российский портал открытого образования
  20. http://www.exponenta.ru – Российский портал образования
  21. Model.Exponenta.ru — сайт о моделировании и исследовании: систем, объектов, технических процессов и физических явлений

Материально-техническое обеспечение дисциплины

Классы 1, 4, 5, 6, 9 (кафедры системного анализа), Microsoft Windows 7, Internet Explorer.


Вернуться к списку дисциплин бакалавриата

Страничка разработчика УМК/РПД дисциплин