ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Постановка и формулирование задачи из "Введение в моделирование химико технологических процессов " В конечном счете целью моделирования химико-технологического процесса является его наилучшее оформление, его оптимизация. Современный этап развития химической технологии, как и вообще всех технических наук, характеризуется принципиально новой постановкой задачи оптимизации. [c.176] Разумеется, человек всегда старался организовать свою деятельность так, чтобы результаты ее были наилучшими. Но в прежние времена — причем совсем недавно, еще два десятка лет назад— аадачи оптимизации отдельных производств и отдельных этапов производства решались изолированно друг от друга. При этом в большинстве случаев при решении вопроса о том, какой вариант, какой режим является оптимальным, огромную, часто решающую роль играли опыт и интуиция исследователя, проектировщика, эксплуатационника. [c.176] Объяснялось это большой сложностью технологических процессов, чрезвычайным обилием и разнообразием взаимосвязей внутри каждого процесса. Ведь для эффективного решения задачи оптимизации необходимо оценить влияние всех этих взаимосвязей и сравнить колоссальное количество возможных вариантов организации технологии. Возможность такой оценки и такого сравнения на основе традиционных методов отсутствовала. Поэтому столь большая роль отводилась интуиции человека, и поэтому оптимизация процессов осуществлялась столь неэффективно. [c.176] Очень часто на стадии разработки выбирался далеко не лучший вариант, и после пуска производства начинались бесчисленные переделки ощупью искали пути улучшения процесса. [c.176] К сожалению, такой метод оптимизации полностью еще не изжит. Но он стал уже анахронизмом. Развитие кибернетики — науки об управлении сложными системами, широкое распространение быстродействующей вычислительной техники привели к формированию оптимизации как цельного научного направления с едиными методами, применимыми к самым разнообразным областям техники. [c.176] Для этого направления характерна формализация задачи. Задача формулируется стандартным образом, после чего ее решение проводится на основе четкого однозначного рецепта — алгоритма. Формализация, во-первых, позволяет единообразно решать задачи из самых различных областей, во-вторых, использовать для этой цели электронно-вычислительные машины. Применение вычислительной техники обеспечивает возможность перебора большого числа вариантов и выбора из них наилучшего, что приводит к резкому повышению эффективности процедуры решения задачи. [c.177] По этой причине формализация в настоящее время широко распростра -ияется в исследованиях. Так, типичным приемом формализации исследований я ляется планирование эксперимента. [c.177] При формализации задачи оптимизации возникает важное диалектическое противоречие. Задача распадается на три основных этапа. Первый — формулирование задачи, приведение ее к одной из стандартных форм. Второй — нахождение оптимальных условий на основе алгоритма оптимизации. Третий — реализация оптимальных условий на практике. Так вот, методы решения на первом и втором этапах противоположны друг другу второй этап, как правило, целиком формализован на основе алгоритма решения, а первый этап неформален, и никакая математика не поможет ликвидировать это противоречие, потому что первый этап решения Задачи связывает конкретные особенности объекта с общим методом решения. Поэтому именно при формулировании задачи часто возникают большие трудности. Как это ни парадоксально, но иногда именно неформальный этап оказывается ключевым, определяющим успех решения задачи в целом. [c.177] Проблемы, возникающие при формулировании задач оптимизации, проиллюстрируем тремя примерами. [c.177] Наша ошибка заключается в следующем. Формулируя задачу, мы ие учли того, что в производстве фосфорной кислоты одна из сложнейших операций — отделение сульфата кальция от фосфорной кислоты. Поэтому на самом деле едва ли не важнейшим моментом в формулировании данной задачи является обеспечение условий кристаллизации Са504, при которых получаются хорошо отделяемые от раствора кристаллы. [c.177] Пример 30.2. При оптимизации производства синтетического волокна необходимо учитывать не только техническую осуществимость процесса, его экономичность, физико-механические показатели волокна, гигиенические свойства получаемых из него тканей, но и такой весьма трудно формализуемый фактор, как мода. С ростом благосостояния народа этот фактор становится все более существенным. [c.178] Пример 30.3. В середине прошлого века, на заре промышленной нефтепереработки, керосин рассматривался как главный продукт перегонки нефти, используемый в основном для освещения (недаром одно из его старых названий — фотоген, т. е. светород). Бензин был нежелательным побочным продуктом, имеющим очень узкую область применения (в качестве растворителя). [c.178] С развитием двигателей внутреннего сгорания картина изменилась самым важным продуктом нефтеперегонки стал бензин, и развитие нефтехимии (например, крекинга) было нацелено на максимальный выход легких фракций. Сфера же применения керосина резко сузилась из-за развития электрического освещения. [c.178] Появление реактивной авиации привело к новому изменению представлений о целях нефтепереработки. Опять оптимальной стала такая схема производства, при которой получается много керосина (хотя ценным продуктом является и бензин, а требования к свойствам керосина существенно отличаются от требований XIX века). [c.178] Таким образом, на данном этапе приходится учитывать физикохимические особенности процесса, его экономичность, общее развитие промышленности, рыночную конъюнктуру и множество других обстоятельств. [c.178] Критерий оптимальности и оптимизирующие воздействия. Переход от неформализованного этапа к формализованному связан с выбором критерия оптимальности и оптимизирующих воздействий. Обратимся к схеме, показанной на рис. 20.1. Оптимизирующие воздействия — это те входы системы, с помощью которых мы во ейст-вуем на нее в процессе оптимизации. Критерий оптимальности — это та выходная величина, значение которой кладется в основу оценки процесса при выборе его оптимальных показателей. [c.178] Обычно более прост вопрос о выборе оптимизирующих воздействий. Поскольку все контролируемые входы системы воздействуют на нее, то в принципе любой из них можно считать оптимизирующим. Но во избежание чрезмерного усложнения задачи обычно выбирают те входы, которые наиболее существенно влияют на процесс и изменять которые наиболее просто. В разных случаях выбор будет разным. [c.178] на стадии проектирования процесса в число оптимизирующих факторов целесообразно включить размеры аппарата. Если же оптимизируется действующая установка, то размеры аппарата заданы и изменять их без крайней нужды не стоит. [c.178] Выбор критерия оптимальности. Критерием оптимальности не может служить любая выходная величина. Прежде всего множество результатов работы процесса не представляет для нас существенного интереса. Далее, даже существенные для нас выходы системы должны обладать определенными свойствами. [c.179] Вернуться к основной статье