Подходы к решению задачи синтеза

В связи с этим традиционная стратегия планирования эксперимента видоизменяется для наилучшего выбора точек постановки экспериментов используется текущая информация, полученная в результате обработки предыдущих опытов. Эта стратегия составляет существо второго подхода к организации планирования эксперимента — так называемого последовательного планирования. Последовательное планирование эксперимента требует для своей реализации обязательного применения средств вычислительной техники. По мере поступления информации с объекта она обрабатывается с помощью ЭВМ и в соответствии с результатами обработки делается заключение о дальнейшей стратегии постановки эксперимента. В задачах синтеза функциональных операторов ФХС метод последовательного планирования эксперимента целесообразно реализовать в виде автоматизированных систем обработки эксперимента. Данное направление в планировании эксперимента получило распространение, например, при решении кинетических задач при определении кинетических констант и дискриминации механизмов химических реакций [22, 23]. [c.97]

Для решения задачи синтеза ХТС с использованием интеграль-но-гипотетического принципа целесообразно применять многоуровневый метод оптимизации. При этом на первом этапе многоуровневого метода оптимизации определяются оптимальные значения коэффициентов, а на втором этапе — оптимальные значения переменных с1п для данных значений коэффициентов б"/, т. е. для вполне определенной технологической топологии ХТС. Такой подход позволяет резко сократить трудоемкость вычислительных процедур и рассматривать относительно меньшее число альтернативных вариантов технологической топологии ХТС, чем при одновременном определении оптимальных значений как коэффициентов б . , так и переменных с1п, обеспечивающих оптимальное функционирование синтезируемой ХТС. [c.171]

При таком подходе задача синтеза оптимальной ХТС сводится к задаче нелинейного программирования, т.е. к отысканию такого набора oi J (отражающих топологию системы), а также параметров аппаратов (матрицы ЕЩ и технологических потоков (матрицы 5М), которые соответствовали бы оптимальному значению критерия эффективности. Задавая предварительно параметры оптимизации а,], ЕМ и 8М, можно учесть опыт и интуицию пользователя. Более того, пользователь может это сделать задавая, например, начальную конфигурацию ХТС с помощью матрицы а также может корректировать процесс синтеза на любом из его этапов. Важно отметить, что использование мини-моделей при синтезе и оптимизации ХТС позволяет рассматривать их как постоянно действующие ограничения, поскольку одной из составляющих частей мини-моделей является условие осуществимости, при нарушении которого процесс является нереализуемым. Таким образом, наличие мини-моделей позволяет еще до полного расчета химико-технологической системы оценить принципиальную возможность реализации процесса при заданной топологии и параметрах ХТС, что существенно упрощает решение задачи синтеза. [c.603]

Суш,ествует несколько подходов к решению задачи синтеза химико-технологических систем и, в частности, технологических схем разделения многокомпонентных смесей, в основе которых применяются формальные методы снижения размерности задачи. Это использование эвристических правил, ограничивающих количество просматриваемых вариантов [50, 51], применение метода динамического программирования для целенаправленного поиска оптимального варианта на основе критерия оптимальности [52,53], [c.137]

К решению задачи синтеза оператора, описывающего гидродинамическую структуру потоков в технологических аппаратах, можно подходить по-разному. Например, с точки зрения формальной теории динамических систем задача сводится к проблеме минимальной реализации (см. 2.5). В этом случае для решения задачи достаточно знать функцию отклика системы на известные входные возмущения. Однако при моделировании процессов в технологических аппаратах, как правило, нет необходимости считать объект черным ящиком , так как почти всегда существует априорная информация о важнейших особенностях структуры потоков в аппарате. Другая менее формальная и более технологичная точка зрения на синтез математической модели гидродинамической структуры потоков в аппаратах состоит в выборе наилучшего в известном смысле оператора из ограниченного множества возможных операторов для аппарата данной конструкции. [c.240]

Другой подход к данной проблеме состоит в том, чтобы как-то учитывать несколько наиболее значимых эвристик. Одна из реализаций такого подхода — введение весовых функций для каждой эвристики и их настройка в процессе решения задач синтеза 135]. Другая реализация — использование аппарата теории нечетких множеств. [c.129]

IV.5.2. Подходы к решению задачи синтеза [c.145]

В такой формулировке задача синтеза — это задача нелинейного программирования с параметрами оптимизации Р к Т, критерием оптимизации 3 с Л т ограничениями типа равенств, которые решаются относительно зависимых температур потоков. Поэтому для решения задачи синтеза могут быть применены методы нелинейного программирования, которые позволяют найти т1п 3 по целочисленным параметрам Му, Р к по непрерывным параметрам Т. Назовем такой подход к решению задачи синтеза прямым подходом. [c.146]

Первые попытки решать задачи синтеза связаны именно с таким подходом. В работе Г39] для решения задачи синтеза предложен один из методов нелинейного программирования сепаративное программирование. Но уже после первых попыток решить практические задачи синтеза стало ясно, что прямой подход не эффективен. Это связано, во-первых, с большой размерностью пространства поиска, во-вторых, со смешанным характером пространства поиска (целочисленно-непрерывная задача), в-третьих, с наличием большого числа локальных минимумов. Поэтому при прямом подходе удалось решить лишь небольшие задачи синтеза, размером с 6. При больших N поиск либо застревал в локальных минимумах, либо требовал так много времени, что не мог быть доведен до конца [49, гл. 10]. [c.146]

Третий подход к решению задач синтеза можно назвать графическим. Его подробное описание имеется в книге [35], поэтому мы остановимся на нем очень коротко и отметим новые результаты в развитии этого подхода [52]. [c.148]

Наиболее перспективным подходом к решению задач синтеза оптимальных систем теплообмена является комбинаторный метод в чистом виде или в сочетании с прямым методом. [c.149]

Рассмотрим теперь другой подход. Он также будет двухуровневым и основывается на принципе закрепления. Пусть опять закреплены переменные (VI,55), (VI,56), (VI,73), (VI,74). Проведем синтез подсистемы (первый уровень). На второй уровень вынесем задачу оптимизации всей системы S. При этом в подсистеме будут оптимизироваться только технологические параметры —длины, диаметры и число трубок, расходы пара в нагревателе и охлаждающей воды в холодильнике, а в подсистеме 5i — все варьируемые параметры. После решения этой задачи получим новые значения переменных (VI, 55), (VI, 56), (VI, 73), (VI, 74) на входе и выходе ТС (подсистемы S ) и можно опять переходить к первому уровню — решению задачи синтеза ТС, и т. д. (рис. 45). Преимущество этого подхода перед предыдущим состоит в том, что критерий оптимизации в данном случае является достаточно гладкой функцией, для минимизации которой можно использовать квазиньютоновские методы 1-го порядка. Легко видеть, что описанная двухуровневая процедура применима с небольшими изменениями и в случае, когда Sa—произвольная подсистема. [c.226]

Рассмотренный подход анализа функций нечетких переменных используется при решении обратной задачи — синтеза функций нечетких переменных при заданном множестве условий на нечеткие переменные [35]. Решение задачи синтеза функций нечетких переменных необходимо для построения логических схем, в основе которых лежит нечеткая логика. [c.91]

При использовании рассмотренного подхода к решению задач синтеза возможно возникновение ошибок двух типов, а именно 1) условия разрыва Т могут не удовлетворять оптимальным численным значениям соответствующих переменных [c.9]

Принципиально новым является разработка обобщающего подхода к решению задач расчета теплопередачи в сечении (глава 5), элементах или аппаратах (глава 6), рядах (глава 7) и комплексах аппаратов (глава 8), обеспечивающего возмоЖ"-ность синтеза единой системы модулей для решения любых задач теплового расчета теплообменников согласно рекомендованной в главе 4 функциональной классификации тепловых расчетов. Эти модули по значимости и сложности реализации являются главными составляющими любых расчетов теплообменников. [c.10]

Новая классификация используется для ориентации во всем многообразии решенных и нерешенных задач. С ее помощью сфор.мулированы цели решения задач теплопередачи в главах 5—8. Кроме того, она обеспечивает структурную основу принципиально нового подхода при синтезе универсальных алгоритмов решения задач теплового расчета теплообменников. [c.59]

В предлагаемой книге авторы попытались систематизировать вопросы создания систем как качественно нового подхода к использованию вычислительной техники. Книга посвящена комплексному рассмотрению проблемы построения таких систем для анализа и синтеза химико-технологических процессов, изложению методологического подхода — от формулирования проблемы, разработки математического описания отдельных процессов до выбора средств вычислительной техники и языков программирования. Рассмотрены вопросы создания пакетов прикладных программ, техническое и системное математическое обеспечение Единой Системы электронных вычислительных машин (ЕС ЭВМ). Приведено математическое описание и структура систем для решения задач анализа физико-химических свойств веществ и расчета типовых процессов химической технологии. [c.5]

Сложность математического описания как на уровне отдельных аппаратов, так и схемы в целом диктует необходимость разработки диалоговых систем анализа и синтеза химических производств, способных служить своеобразным мостиком между прикладным математическим обеспечением и потребностями практики проектных и исследовательских расчетов. Основная практическая цель разработки диалоговых систем — это обеспечение широкого доступа к современным методам расчета неспециалистам в области вычислительной техники. Ниже излагается подход к разработке интерактивной диалоговой системы для решения задач химической технологии, обеспечивающей эффективную организацию вычислительного процесса и ведение диалога на языке, близком по синтаксису к профессиональному языку химика-технолога [70, 91]. [c.161]

По существу, выделенные этапы синтеза технологической схемы составляют иерархию принятия решений и являются следствием применения принципов системного подхода. Не все из этапов поддаются строгой математической формализации, вследствие чего решение проблемы синтеза наиболее целесообразно вести в режиме активного диалога с возможной коррекцией каждого этана. Декомпозиция же проблемы не только упрощает общую задачу и существенно снижает требования к вычислительной технике по объему памяти и быстродействию, но и позволяет выделить в рамках синтеза технологической схемы производства отдельные подзадачи, а именно синтез схем химического превращения, синтез схем выделения продуктов, синтез схем теплообмена, синтез систем управления. [c.436]

Перспективный подход к синтезу функционального оператор ФХС в классе нелинейных операторов основан на понятии функций штрафа за ошибку и формулируется как байесовский подход к решению задач идентификации. Использование в качестве характеристики отклонения оценки от истинного значения переменной условного математического ожидания штрафа за ошибку приводит к двум важнейшим видам оценок оценке по максимуму апостериорной вероятности (МАВ) и оценке по максимуму правдоподобия (МП), связь между которыми выражается формулой Байеса. В главе рассмотрен обш ий вид штрафной функции МАВ, минимизацией которой достигается решение задачи идентификации. [c.494]

Рассмотренные подходы методологически во многих аспектах схожи и в рамках известных химических реакций достаточно легко реализуются. Если же говорить о синтезе новых химических продуктов, то выбор стратегии поиска, отсев неэффективных или абсурдных решений должен проводиться на основе фундаментальных закономерностей химических процессов, на основе результатов оптимизации по некоторому критерию. Размерность задачи синтеза слишком большая. Поэтому нужны рабочие эв- [c.451]

Современный подход к решению задач химической технологии основан на принципах системного анализа и синтеза. Это означает, что химико-технологический процесс рассматривается как сложная система, состоящая из элементов различных уровней детализации, начиная от молекулярного и кончая отдельными процессами. Элементы системы, характеризующие процессы химического превращения, диффузионного, конвективного и турбулентного переноса вещества, т. е. явления на молекулярном уровне, а также явления коалесценции и диспергирования, распределения материальных и энергетических потоков и т. д., иерархически взаимосвязаны между собой в соответствии с физической реализацией процесса. Можно выделить четыре основных этапа системного исследования процесса. [c.3]

Случай 4. Пусть в схеме имеются две (или несколько) группы потоков, которые должны удовлетворять следующему требованию. Внутри одной группы потоки могут смешиваться, потоки же из разных групп смешиваться не должны. Такая ситуация может возникнуть, например, из требований взрывобезопасности, или вследствие того, что потоки находятся в разных фазах. Естественно, что решение а задачи (VI, 27), вообще говоря, не будет удовлетворять этому требованию, вследствие чего также возникает комбинаторная проблема выбора оптимальной комбинации из всех возможных вариантов подачи в каждый блок потоков только одной группы. Возможен и смешанный случай, когда одна задача синтеза ХТС будет комбинацией четырех случаев рассмотренных выше. Подход, который будет рассмотрен для каждого из четырех случаев в отдельности, легко может быть обобщен и на указанный смешанный случай. [c.206]

Рассмотрим подход к синтезу ТС, использующий построенную глобальную ТС. Он также основывается на декомпозиционном принципе закрепления, сводящим задачу синтеза ТС к двухуровневой оптимизационной процедуре. В соответствии с принципом закрепления закрепим в т-стадийной схеме температуры всех горячих и холодных промежуточных потоков. Рассмотрим /г-ую стадию (/г с т). На этой стадии имеется совокупность 5/, горячих и 5с холодных потоков, с известными входными и выходными температурами. Определим наилучшую ТС для й-той стадии. Поскольку к-тая стадия представляет собой базовую ТС 5, Х 5с), задача синтеза ТС -той стадии сводится к основной задаче синтеза размерности X М. Решив эту задачу для всех стадий глобальной схемы, найдем некоторую структуру ТС, что будет являться окончанием процедуры 1-го уровня. На втором уровне температуры всех промежуточных потоков освобождаются от закрепления и проводится оптимизация всей ТС, при этом поисковыми переменными являются все технологические параметры. Поскольку все переменные здесь непрерывные, на этом уровне используется один из поисковых методов. После окончания оптимизации будут получены новые значения температур для промежуточных потоков. Закрепим их на этих значениях и опять перейдем к решению задач 1-го уровня. Преимущество этого подхода к построению ТС перед предыдущим состоит в том, что решение одной задачи о назначениях большой размерности на [c.220]

Основу для решения задач оптимального расчета и синтеза БТС составляет математическая модель системы, разработанная с учетом иерархического блочного принципа. При этом, основываясь на выработанных показателях эффективности (критериях оптимизации), решаются вопросы оптимального проектирования, оптимального функционирования и управления системы. Системный подход при этом позволяет подняться от изучения отдельных процессов и явлений в элементах БТС до рассмотрения сложной иерархической системы — БТС в целом, используя методы моделирования и формализации физических, химических и биохимических процессов. [c.24]

На качественном этапе системного анализа при решении научных и инженерно-технических задач, направленных на совершенствование, проектирование и управление процессов химической технологии, требуется учитывать различного вида неопределенности. Довольно часто неопределенности обусловлены уровнем знаний (в рамках решаемой задачи) об изучаемой технологической системе. Выделяют общий уровень знаний и знания одного или группы специалистов. Неопределенности могут возникать и но другим причинам. К ним относятся большие погрешности измерений, что рассмотрено при решении задачи но оценке запасов газа в месторождении. Использование качественной информации при экстраполяции функции тепловых потоков в стекловаренной печи обусловлено отсутствием количественных экспериментальных данных в недоступной для измерений области. В процессах получения полиэтилена методом высокого давления и ректификации из-за сложности описания взаимосвязей между параметрами применен подход нечетких множеств. Привлечение качественной информации при синтезе нечетких регуляторов определяется желанием использовать неформализованные знания и опыт оператора. Неопределенности могут являться причиной нечеткости задания целей иссле- [c.352]

Более перспективным представляется подход к решению задачи синтеза технологических схем СРМС, в основу которого положено использование таких элементов, как кипятильник, дефлегматор и секция колонны (тарельчатая или насадочная). В этом случае задача синтеза формулируется как задача определения оптимальной структуры связей таких элементов с одновременной выработкой требований к их функциональным свойствам в пределах известных качественных и количественных характеристик каждого элемента. Достоинством такого подхода является то, что он позволяет рассматривать практически все возможные схемы СРМС любой степени сложности при сохранении достаточной гибкости в определении необходимого числа ступеней разделения в проектируемых колоннах. [c.282]

В настоящее время при решении задач синтеза технологических схем СРМС наиболее часто в качестве основного элемента выбирается простая ректификационная колонна с одним вводом питания и двумя потоками продуктов разделения (дистиллят и кубовая жидкость), оборудованная кипятильником и дефлегматором. Как правило, при таком подходе к выбору основного элемента СРМС [c.282]

При разработке алгоритмов синтеза систем разделения многокомпонентных смесей решаются две основные задачи. Во-первых, снижение размерности пространства поиска оптимального варианта (см. табл. 8.1) за счет эффективности алгоритмов, использования эвристических правил или эволюционной стратегии и, во-вторых, обеснечение замкнутости технологического производства по энергетическим (главным образом) и материальным потокам. Исходя из этих задач можно провести классификацию известных подходов к решению задач синтеза систем разделения. [c.472]

Долгое время основное внимание исследователей уделялось физте-ской природе кристаллизации, особенно физической кинетике на фронте роста. Такой подход, справедливый для строго однокомпонентных систем, не мог привести к решению задач синтеза высокосовершенных монокристаллов более сложного состава. Потребовался детальный анализ химической природы кристаллизации. Также далеко неполным оказалось описание кристаллизации как процесса, определяемого только кинетикой на фронте роста. Возникла потребность изучения всех сопутствующих явлений, в том числе плавления исходного вещества и охлаждения выросшего монокристалла. Следовательно, для более детального исследования высокотемпературной кристаллизации необходимо рассмотрение физико-химических процессов, происходящих в расплаве и особенно вблизи фронта роста, а также явлений, определяющих химическую и физическую кинетику непосредственно на фронте роста и твердофазных процессов, происходящж в кристалле при высоких температурах. [c.8]

Например, в [71] рассмотрен одноуровневый подход к решению задачи синтеза оптимальных ХТС. Целевая функция оптимизируется одновременно и по непрерывным (управляющим), и по дискретным (означающим связи в схеме) структурным переменным в предположении о непрерьюности последних. [c.109]

Чтобы избежать этих трудностей, в [18] предложен также двухуровневый подход к решению указанной задачи. На первом уровне фиксируются структурные переменные (связи в схеме) и минимизируется целевая функция по непрерывным переменным - управлениям. Задача второго уровня заключается в минимизации нелинейной функции двоичных переменных. Однако в общем случае решение задач синтеза оптимальных ХТС с использованием двухуровневого подхода затруднительно ввиду отсутствия достаточно эффективных алгоритмов решения задач второго уройня при большом числе структурных переменных. [c.109]

Один из возможных путей преодоления трудностей, возникающих в задачах оценки параметров состояния и идентификации объектов химической технологии, состоит в использовании аппарата статистической динамики, оперирующего с интегральными операторами и весовыми функциями исследуемых систем. Интегральная форма связц между входными и выходным сигналами через весовую функцию системы предпочтительна как с точки зрения устойчивости помехам, так и с точки зрения эффективности вычислительных процедур. Достоинство данного подхода к решению задач идентификации состоит также в том, что открывается возможность Широко использовать замечательные свойства аналитических случайных процессов при синтезе оптимальных операторов объектов с конечной памятью . Заметим, что требование линейности системы для реализации данной методики в незначительной мере снижает ее общность. Как следует из рассмотренного в главе Примера, эта методика применима для широкого класса нелинейных объектов химической технологии, если воспользоваться методом нелинейных преобразований случайных функций. Специфика нелинейных объектов в химической технологии такова, что практически почти всегда можно свести нелинейные дифференциальные операторы к линейным или квазилинейным интегральным операторам. Это достигается либо путем разложения решения нелинейного дифференциального уравнения по параметру, либо с помощг.ю специальной замены переменных. [c.495]

Применение интегрально-гипотетического подхода для решения задач синтеза оптимальных схем химических производств связано с определенными вычислительными трудностями, обусловленными сложностью математического описания типовых процессов и необходимостью их рассмотрения в тесной взаимосвязи (т. е. необходимостью учета большого числа прямых и обратных связей как между отдельными типовыми процессами, так и внутри каждого из них). Для учета указанных взаимосвязей приходится применять методы дискретного программирования при большом числе структурньис переменных. Но, как мы заметили вьппе, в настоящее время не существует достаточно эффективных методов решения подобных задач. [c.109]

Устранение недостатков рассмотренных подходов к решению проблемы возможно путем сочетания этих подходов. Например, в [72] на примере решения задачи синтеза тепловых схем показана возможность сочетания декомпозиционного и эвристического подходов. Приведен комбинированный алгоритм (декомпозиционно-эвристический) синтеза тепловых схем. Сущность последнего заключается в замене простого итеративного метода получения последовательности оценок оптимума некоторой системой эвристик, каждая из которых отдает предпочтение тому или иному варианту декомпозиции исходной задачи синтеза и имеет свой весомый коэффициент. На основании предложенной системы эвристик составляется эвристическая программа, по которой осуществляется декомпоз1 Ц1Я исходной задачи синтеза и синтезируется ХТС. После расчета значения критерия эффективности (КЭ) синтезированной системы процесс сттеза повторяется уже с другой системой эвристик. Если новая система оказывается эффективнее предьщ)тцей, то весовые коэффициенты соответствующих эвристик увеличиваются, если нет -уменьшаются (программа самообучается ). Процесс повторяется многократно, После заранее заданного числа декомпозиций в качестве оптимальной принимается наилучшая из синтезированных систем. [c.110]

Необходимо отметить, что подход к решению задач синтеза ресурсосберегающих ХТС на основе создания и оптимизации гиперструктуры представляет наибольший интерес не для инжене-ров-технологов, а для специалистов по применению математических методов и ЭВМ в химической технологии. [c.60]

Эффективный подход к разработке интерактивной диалоговой системы для решения задач химической технологии, обеспечи-ваюш ей организацию вычислительного процесса и ведение диалога на языке, близком по синтаксису к профессиональному языку химика-технолога предложены в [4, 5]. Структурная схема данной системы приведена на рис. 6.2. Она состоит из подсистемы проектирования (анализа и синтеза ХТС), включаюш,ей функциональную среду (ФС) и банк данных (БД), и подсистемы диалогового взаимодействия, включающей семантические модели БД и ФС, блоки лингвистического и логического анализа. Связь между подсистемами осуществляется на уровне интерпретатора /, ввод— вывод происходит посредством дисплея. Блок лингвистического анализа выполняет обработку входного предложения, а блок логического анализа предназначен для управления семантическими моделями БД и ФС. [c.257]

При конструировании в последнее время получил широкое распространение системный подход (анализ и синтез систем). Основными задачами системного подхода являются исследования специфических связей, установление закономерностей, присуш,их отдельным типам систем, и разработка на этой основе определенных методов их описания и изучения. Итогом системных разработок является непосредственное изложение того или иного метода решения специальных задач. [c.7]

В результате научных исследований, проведенных в последние годы, впервые дая целей автоматизированного синтеза ТС разработаны методика и алгоритм селективной декомпозиции массовых расходов исходных технологических потоков, которые позволяют, варьируя число параллельных потоков в синтезируемых ТС, обеспечивать рациональный гидродинамический режим процессов теплообмена на основе принципа селективной декомпозиции. Разработан эффективный алгоритм генерации узлов теплообмена ТС. Под узлом теплообмена (УТ) подразумевается функциональная подсистема ТС, в которой осуществляется операция тешгообмена между парой холодных и горячих потоков (рис. I). В зависимости от тепловой нагрузки УТ он может быть оснащен от I до К секциями ТА. При таком подходе к решению задачи, ИЗС схем ТС распадается на совокупность N подзадач меньшей размерности и поякчяется возможность последовательной генерации каадого из N узлов теплообмена ТС. Предяожена методика оценки эффективности синтезированных ТС, которая позволяет выделить оптимальную ресурсосберегающую ТС без проведения полного расчета ТА системы и определения расчетом значения приведенных затрат на ТС. [c.8]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология