化工系統(tǒng)工程

化工系統(tǒng)工程主講：智科端博士副教授TELmail：zhikeduan@內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院2第一章系統(tǒng)與系統(tǒng)工程一、系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例二、系統(tǒng)三、系統(tǒng)工程四、系統(tǒng)工程方法論3一、系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例是我國(guó)建國(guó)以來最大的工程項(xiàng)目，它的論證、組織、實(shí)施與管理可以說就是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程問題，這項(xiàng)工程涉及到了國(guó)家及地方的眾多部門，如水利、電力、能源、文物、生態(tài)、移民等等，涉及到幾個(gè)省的上百個(gè)縣市，同時(shí)實(shí)施過程要由眾多單位共同努力，時(shí)間橫跨將近20年。三峽水利工程4糧食價(jià)格的調(diào)整燃料能源價(jià)格銀行利率外匯牌價(jià)一、系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例對(duì)于我們今天生活中所關(guān)心的各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題，如經(jīng)濟(jì)改革、價(jià)格問題、體制改革及各種政策的出臺(tái)都是要經(jīng)過充分的系統(tǒng)的論證，這些都與系統(tǒng)工程有關(guān)。例如：5企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃新產(chǎn)品開發(fā)區(qū)域規(guī)劃大項(xiàng)目管理一、系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例將來在我們的實(shí)際工作中，我們會(huì)遇到許許多多的系統(tǒng)工程問題，比如：6第一章系統(tǒng)與系統(tǒng)工程一、系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例二、系統(tǒng)三、系統(tǒng)工程四、系統(tǒng)工程方法論7公元前古希臘對(duì)“宇宙大系統(tǒng)”的認(rèn)識(shí)；我國(guó)西周時(shí)期的“陰陽二氣”及金、木、水、火、土“五行”；東漢時(shí)期形成的“二十四節(jié)氣”；周秦到西漢時(shí)期的“皇帝內(nèi)經(jīng)”。二、系統(tǒng)系統(tǒng)概念的形成只見森林1.系統(tǒng)的概念8系統(tǒng)概念的形成15世紀(jì)下半葉以后：19世紀(jì)：辨證唯物主義：“只見樹木”具體化“先見森林，后見樹木”世界是由無數(shù)相互關(guān)聯(lián)、相互依賴、相互制約和相互作用的過程所形成的統(tǒng)一整體。科學(xué)系統(tǒng)思想的實(shí)質(zhì)9系統(tǒng)的概念一臺(tái)機(jī)器、一個(gè)部門、一項(xiàng)計(jì)劃、一個(gè)研究項(xiàng)目、一種組織、一套制度都可以看成一個(gè)系統(tǒng);系統(tǒng)的存在具有普遍性;系統(tǒng)的概念是相對(duì)的而不是絕對(duì)的，它沒有絕對(duì)規(guī)模的界限。系統(tǒng)是由兩個(gè)以上有機(jī)聯(lián)系、相互作用的要素所組成，具有特定功能、結(jié)構(gòu)和環(huán)境的整體。101）集合性。系統(tǒng)是由兩個(gè)以上的可以相互區(qū)別的要素所組成。2）相關(guān)性。組成系統(tǒng)的各要素之間具有相互聯(lián)系、相互作用、相互依賴的特定關(guān)系。某—要素若發(fā)生變化則會(huì)影響其他要素的狀態(tài)變化。3）層次性。一個(gè)系統(tǒng)可分解為若干子系統(tǒng)，而子系統(tǒng)還可以分解為亞子系統(tǒng)等等，以致最終可分解為要素，這樣就可構(gòu)成具有特定的空間層次結(jié)構(gòu)。例如一個(gè)公司就是由子公司或二級(jí)廠(礦)、車間、工段、班組，以及相應(yīng)的職能部門構(gòu)成。各層次的子系統(tǒng)相互聯(lián)系，相互作用，以其特有的功能為統(tǒng)一的目標(biāo)而相互協(xié)調(diào)運(yùn)行。4）整體性。系統(tǒng)不是各個(gè)要素的簡(jiǎn)單拼湊，而是根據(jù)特定的統(tǒng)一性要求協(xié)調(diào)存在于系統(tǒng)整體之中。是具有整體的特定功能和特性。整體性強(qiáng)調(diào)要素間的協(xié)調(diào)與綜合，這樣才能獲得具有良好功能的系統(tǒng)。2.系統(tǒng)的特性115.功能性。功能性是系統(tǒng)的基本特性之一：它表明系統(tǒng)具有的作用和效能，系統(tǒng)的功能以系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。系統(tǒng)的特定結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)的特定功能，系統(tǒng)不同，其功能也不同、這正是區(qū)別一個(gè)系統(tǒng)和另一個(gè)系統(tǒng)的主要標(biāo)志。人造系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)目的來設(shè)定功能，而自然系統(tǒng)雖無目的但卻有功能。6．環(huán)境適應(yīng)性。任何一個(gè)系統(tǒng)都存在于一定的物質(zhì)環(huán)境之中，它必然與環(huán)境不斷地進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息的交換。外界環(huán)境的變化對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部要素產(chǎn)生干擾，使要素和要素關(guān)系發(fā)生變化，從而可能引起系統(tǒng)功能的波動(dòng)。所以系統(tǒng)必須適應(yīng)外部環(huán)境的變化，這樣的系統(tǒng)才更有生命力。系統(tǒng)統(tǒng)的的特特性性12開放放系系統(tǒng)統(tǒng)與與封封閉閉系系統(tǒng)統(tǒng)3.系統(tǒng)統(tǒng)的的分分類類實(shí)體體系系統(tǒng)統(tǒng)與與概概念念系系統(tǒng)統(tǒng)自然然系系統(tǒng)統(tǒng)與與人人造造系系統(tǒng)統(tǒng)動(dòng)態(tài)態(tài)系系統(tǒng)統(tǒng)與與靜靜態(tài)態(tài)系系統(tǒng)統(tǒng)13(2)美國(guó)國(guó)著著名名學(xué)學(xué)者者H．切切斯斯納納指指出出：：““系系統(tǒng)統(tǒng)工工程程認(rèn)認(rèn)為為雖雖然然每每個(gè)個(gè)系系統(tǒng)統(tǒng)都都由由許許多多不不同同的的特特殊殊功功能能部部分分所所組組成成，，而而這這些些功功能能部部分分之之間間又又存存在在著著相相互互關(guān)關(guān)系系，，但但是是每每一一個(gè)個(gè)系系統(tǒng)統(tǒng)都都是是完完整整的的整整體體，，每每一一個(gè)個(gè)系系統(tǒng)統(tǒng)都都要要求求有有一一個(gè)個(gè)或或若若干干個(gè)個(gè)目目標(biāo)標(biāo)。。系系統(tǒng)統(tǒng)工工程程則則是是按按照照各各個(gè)個(gè)目目標(biāo)標(biāo)進(jìn)進(jìn)行行權(quán)權(quán)衡衡，，全全面面求求得得最最優(yōu)優(yōu)解解(或滿滿意意解解)的方方法法，，并并使使各各組組成成部部分分能能夠夠最最大大限限度度地地互互相相適適應(yīng)應(yīng)””。。1.系統(tǒng)統(tǒng)工工程程的的定定義義(1)中國(guó)國(guó)科科學(xué)學(xué)家家錢錢學(xué)學(xué)森森指指出出：：““系系統(tǒng)統(tǒng)工工程程是是組組織織管管理理系系統(tǒng)統(tǒng)的的規(guī)規(guī)劃劃、、研研究究、、設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)、、制制造造、、試試驗(yàn)驗(yàn)和和使使用用的的科科學(xué)學(xué)方方法法””，，““系系統(tǒng)統(tǒng)工工程程是是一一門門組組織織管管理理的的技技術(shù)術(shù)””。。至今今還還沒沒有有統(tǒng)統(tǒng)一一定定義義14(3)日本本學(xué)學(xué)者者三三浦浦武武雄雄指指出出：：““系系統(tǒng)統(tǒng)工工程程與與其其它它工工程程學(xué)學(xué)不不同同之之處處在在于于它它是是跨跨越越許許多多學(xué)學(xué)科科的的科科學(xué)學(xué)，，而而且且是是填填補(bǔ)補(bǔ)這這些些學(xué)學(xué)科科邊邊界界空空白白的的邊邊緣緣科科學(xué)學(xué)。。因因?yàn)闉橄迪到y(tǒng)統(tǒng)工工程程的的目目的的是是研研究究系系統(tǒng)統(tǒng)，，而而系系統(tǒng)統(tǒng)不不僅僅涉涉及及到到工工程程學(xué)學(xué)的的領(lǐng)領(lǐng)域域，，還還涉涉及及到到社社會(huì)會(huì)、、經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)和和政政治治等等領(lǐng)領(lǐng)域域，，為為了了圓圓滿滿解解決決這這些些交交叉叉領(lǐng)領(lǐng)域域的的問問題題，，除除了了需需要要某某些些縱縱向向的的專專門門技技術(shù)術(shù)以以外外，，還還要要有有一一種種技技術(shù)術(shù)從從橫橫向向把把它它們們組組織織起起來來，，這這種種橫橫向向技技術(shù)術(shù)就就是是系系統(tǒng)統(tǒng)工工程程，，也也就就是是研研究究系系統(tǒng)統(tǒng)所所需需的的思思想想、、技技術(shù)術(shù)和和理理論論等等體體系系化化的的總總稱稱。?！薄毕到y(tǒng)工工程的的定義義(4)《中國(guó)大百科全書·自動(dòng)控制與系統(tǒng)工程卷》指出：“系統(tǒng)工程是從整體出發(fā)合理開發(fā)、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)用系統(tǒng)的工程技術(shù)。它是系統(tǒng)科學(xué)直接改造世界的工程技術(shù)。”15(5)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)規(guī)定：“系統(tǒng)工程是為了更好地達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)，而對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)等進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的技術(shù)”。系統(tǒng)工工程的的定義義系統(tǒng)工工程是是一門門研究究大規(guī)規(guī)模復(fù)復(fù)雜系系統(tǒng)的的交叉學(xué)學(xué)科，它是是根據(jù)據(jù)整體體協(xié)調(diào)調(diào)的需需要，，綜合合運(yùn)用用各種種現(xiàn)代代科學(xué)學(xué)思想想、理理論、、技術(shù)術(shù)、方方法、、工具具，對(duì)對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行行研究究分析析、設(shè)設(shè)計(jì)制制造和和服務(wù)務(wù)，使使系統(tǒng)統(tǒng)整體體盡量量達(dá)到到最佳佳協(xié)調(diào)調(diào)和最最滿意意的優(yōu)優(yōu)化。。錢學(xué)森森提出出的現(xiàn)現(xiàn)代科科學(xué)技技術(shù)體體系——四個(gè)層層次一一座橋橋梁17系統(tǒng)工工程研研究對(duì)對(duì)象研究對(duì)對(duì)象：：不限于于物質(zhì)質(zhì)系統(tǒng)統(tǒng)，還還包括括自然然系統(tǒng)統(tǒng)、社社會(huì)經(jīng)經(jīng)濟(jì)系系統(tǒng)、、經(jīng)營(yíng)營(yíng)管理理系統(tǒng)統(tǒng)、軍軍事指指揮系系統(tǒng)等等等。。系統(tǒng)工工程在在自然科科學(xué)與社會(huì)科科學(xué)之間架架設(shè)了了一座座溝通通的橋橋梁。。182.系統(tǒng)工工程的的理論論基礎(chǔ)礎(chǔ)從系統(tǒng)統(tǒng)工程程的定定義可可以看看出，，系統(tǒng)統(tǒng)工程程是一門門跨學(xué)學(xué)科的的邊緣性性交叉叉學(xué)科科，它包包括自然、、社會(huì)會(huì)及工工程設(shè)設(shè)計(jì)分分析等等方面面的知知識(shí)，，它是由由一般般系統(tǒng)論論、經(jīng)濟(jì)控控制論論、運(yùn)籌學(xué)學(xué)等學(xué)科科相互互滲透透、交交叉發(fā)發(fā)展而而形成成的。。193.系統(tǒng)工工程與與一般般工程程比較較的特特點(diǎn)

傳統(tǒng)工程系統(tǒng)工程研究對(duì)象特定的工程物質(zhì)不局限于特定工程物質(zhì)，也不局限于物質(zhì)系統(tǒng)研究方法專業(yè)知識(shí)各種現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)著眼點(diǎn)局部最優(yōu)整體最優(yōu)204.系統(tǒng)工工程與與運(yùn)籌籌學(xué)區(qū)區(qū)別系統(tǒng)工工程：：側(cè)重于于評(píng)價(jià)價(jià)和改改進(jìn)現(xiàn)現(xiàn)有系系統(tǒng)、、設(shè)計(jì)計(jì)新系系統(tǒng)。。運(yùn)籌學(xué)學(xué)：通常涉涉及現(xiàn)現(xiàn)有系系統(tǒng)運(yùn)運(yùn)營(yíng)情情況，，側(cè)重重于資資源的的最優(yōu)優(yōu)配置置。215.系統(tǒng)工工程理理論的的新發(fā)發(fā)展系統(tǒng)工工程作作為一一門交交叉學(xué)學(xué)科，，日益益向多多種學(xué)學(xué)科滲滲透和和交叉叉發(fā)展展。系統(tǒng)工程程作為一一門軟科科學(xué)，日日益受到到人們的的重視。。225.系統(tǒng)工程程理論的的新發(fā)展展復(fù)雜適應(yīng)應(yīng)系統(tǒng)理理論（CAS理論）系統(tǒng)工程程朝著“巨系統(tǒng)”的方向發(fā)發(fā)展綜合集成成研討廳廳體系構(gòu)構(gòu)想23四、系統(tǒng)統(tǒng)工程方方法論它是系統(tǒng)統(tǒng)工程思思考問題題和處理理問題的的一般方方法，把把分析對(duì)對(duì)象作為為整體系系統(tǒng)來考考慮，進(jìn)進(jìn)行分析析、設(shè)計(jì)計(jì)、制造造和使用用時(shí)的基基本思想想方法和和工作方方法。系統(tǒng)工程程方法論論就是解解決系統(tǒng)統(tǒng)工程實(shí)實(shí)踐中的的問題所所應(yīng)遵循循的步驟驟、程序序和方法法。1.系統(tǒng)工程程方法論論242.系統(tǒng)工程程與傳統(tǒng)統(tǒng)方法的的區(qū)別從前面對(duì)對(duì)系統(tǒng)工工程的介介紹可以以看出，，系統(tǒng)工工程的目目標(biāo)是通通過什么么樣的方方法可使使系統(tǒng)達(dá)達(dá)到最優(yōu)優(yōu)，而方方法論是是把設(shè)想想付諸實(shí)實(shí)現(xiàn)的過過程。對(duì)對(duì)于傳統(tǒng)統(tǒng)方法，，它解決決問題的的目標(biāo)往往往是單單一的，，比如設(shè)設(shè)計(jì)一個(gè)個(gè)產(chǎn)品或或只強(qiáng)調(diào)調(diào)成本低低或只強(qiáng)強(qiáng)調(diào)性能能高，而而系統(tǒng)工工程對(duì)目目標(biāo)的考考慮需要要從系統(tǒng)統(tǒng)運(yùn)行的的全過程程即時(shí)間方面面以及在每每個(gè)階段段中處理理問題的的特殊思思維過程程即邏輯方面面，并綜合合運(yùn)用各各種專業(yè)業(yè)知識(shí)即即知識(shí)方面面來綜合考考慮。253.系統(tǒng)工程程的三維維結(jié)構(gòu)分分析霍爾的“三維結(jié)構(gòu)”模式

26①時(shí)間維a)規(guī)劃階段段：主要是按按照設(shè)計(jì)計(jì)要求提提出系統(tǒng)統(tǒng)目標(biāo)，，制定規(guī)規(guī)劃和政政策。b)擬定階段段：完成的任任務(wù)是提提出具體體的方案案，進(jìn)行行系統(tǒng)的的初步設(shè)設(shè)計(jì)。c)分析階段段：對(duì)所設(shè)計(jì)計(jì)的方案案進(jìn)行分分析、比比較。d)運(yùn)籌階段段：方案的綜綜合選優(yōu)優(yōu)，確定定最優(yōu)實(shí)實(shí)施方案案。e)實(shí)施階段段：系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計(jì)、安安裝及調(diào)調(diào)試等。。f)運(yùn)行階段段：按照系統(tǒng)統(tǒng)預(yù)定的的用途工工作。g)更新階段段：按系統(tǒng)要要求實(shí)施施，取消消舊系統(tǒng)統(tǒng)，代之之以新系系統(tǒng)，對(duì)對(duì)系統(tǒng)改改進(jìn)。27②邏輯維a)明確問題題：了解問題題所處的的環(huán)境，，收集有有關(guān)的數(shù)數(shù)據(jù)和資資料，主主要目的的是弄清清問題。。b)系統(tǒng)指標(biāo)標(biāo)設(shè)計(jì)：：確定所要要解決問問題的目目標(biāo)和相相應(yīng)的評(píng)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則則。c)系統(tǒng)方案案綜合：：為實(shí)現(xiàn)預(yù)預(yù)期目標(biāo)標(biāo)，擬定定所需采采取的策策略和應(yīng)應(yīng)選擇的的方案。。d)系統(tǒng)分析析：深入了解解所提出出的政策策措施和和解決方方法，分分析這些些措施方方法在實(shí)實(shí)施中的的預(yù)期效效果。28②邏輯維e)系統(tǒng)方案案的優(yōu)化化與選擇擇：用數(shù)學(xué)規(guī)規(guī)劃等定定量的優(yōu)優(yōu)化方法法去判別別各種方方案的優(yōu)優(yōu)劣，以以進(jìn)行方方案選擇擇。f)決策：以指標(biāo)體體系為評(píng)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則則，在考考慮決策策者的偏偏好等基基礎(chǔ)上，，選擇最最優(yōu)方案案。g)實(shí)施計(jì)劃劃：按決策結(jié)結(jié)果制定定實(shí)施方方案和計(jì)計(jì)劃。29③知識(shí)維知識(shí)維是是指各工工作步驟驟所需的的各門專專業(yè)知識(shí)識(shí)，由于于系統(tǒng)工工程是個(gè)個(gè)綜合性性的交叉叉學(xué)科，，在上述述各階段段中，執(zhí)執(zhí)行任何何一步都都會(huì)涉及及多種專專業(yè)技術(shù)術(shù)，如社社會(huì)科學(xué)學(xué)、工程程技術(shù)、、法律、、商業(yè)、、醫(yī)藥、、藝術(shù)等等等。304、系統(tǒng)分分析簡(jiǎn)介介狹義的解解釋認(rèn)為系統(tǒng)統(tǒng)分析是是系統(tǒng)工工程的一一項(xiàng)優(yōu)化化技術(shù)，，是系統(tǒng)統(tǒng)工程在在非結(jié)構(gòu)構(gòu)化問題題決策中中的具體體應(yīng)用。。系統(tǒng)工程程方法論論的基礎(chǔ)礎(chǔ)是系統(tǒng)統(tǒng)分析技技術(shù)，系系統(tǒng)分析析是完成成系統(tǒng)工工程問題題的中心心環(huán)節(jié);廣義的解釋認(rèn)為系統(tǒng)分析析就是系統(tǒng)工工程，系統(tǒng)分分析是系統(tǒng)工工程的同義詞詞;315.系統(tǒng)分析的概概念及要素系統(tǒng)分析是運(yùn)運(yùn)用建模及預(yù)預(yù)測(cè)、優(yōu)化、、仿真、評(píng)價(jià)價(jià)等技術(shù)對(duì)系系統(tǒng)的各有關(guān)關(guān)方面進(jìn)行定定性與定量相相結(jié)合的分析析，為選擇最最優(yōu)或滿意的的系統(tǒng)方案提提供決策依據(jù)據(jù)的分析研究究過程。32系統(tǒng)分析的基基本概念系統(tǒng)分析的目目的是在于分析系系統(tǒng)內(nèi)部與系系統(tǒng)環(huán)境之間間、系統(tǒng)內(nèi)部部各要素之間間的相互依賴賴、相互制約約、相互促進(jìn)進(jìn)的復(fù)雜關(guān)系系，分析系統(tǒng)統(tǒng)要素的層次次結(jié)構(gòu)關(guān)系及及其對(duì)系統(tǒng)功功能和目標(biāo)的的影響，通過過建立系統(tǒng)的的分析模型使使系統(tǒng)各要素素及其與環(huán)境境之間的協(xié)調(diào)調(diào)達(dá)到最佳狀狀態(tài)，最終為系統(tǒng)決決策提供依據(jù)據(jù)。33系統(tǒng)分析的要要素（1）問題（2）目的及目標(biāo)標(biāo)（3）方案（4）模型（5）評(píng)價(jià)（6）決策者系統(tǒng)工程方法法論弄清問題|目標(biāo)選擇|擬定方案|建立模型|系統(tǒng)評(píng)價(jià)|系統(tǒng)決策|實(shí)施系統(tǒng)分析356.系統(tǒng)分析的程程序36（1）初步分析初步分析：What?Why?Where?When?Who?How?問題的目標(biāo)目標(biāo)的層次性性目標(biāo)的沖突37目標(biāo)樹XX1X2X338目標(biāo)沖突和利利害沖突在目標(biāo)分析過過程中，系統(tǒng)統(tǒng)分析人員經(jīng)經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)，，許多關(guān)鍵情情況往往是由由于存在著相相互沖突的分分目標(biāo)造成的的。這有兩種種情況：一種是純屬專專業(yè)性質(zhì)的，，即目標(biāo)沖突突問題；另一種是社會(huì)會(huì)性質(zhì)的，即即利害沖突問問題。39目標(biāo)沖突例如在進(jìn)行產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，，所可能強(qiáng)調(diào)調(diào)的兩個(gè)目標(biāo)標(biāo)：一是盡可能低低的成本二是盡可能高高的質(zhì)量。解決辦法：建立一個(gè)沒有有矛盾的目標(biāo)標(biāo)集，把引起起矛盾的分目目標(biāo)剔除掉。。采用所有分目目標(biāo)，尋求一一個(gè)能達(dá)到?jīng)_沖突目標(biāo)得以以并存的方案案。40利害沖突處理的方法：：目標(biāo)方之一放放棄自己的利利益；保持其中一個(gè)個(gè)目標(biāo)，用其其它方式補(bǔ)償償或部分補(bǔ)償償受損方的利利益；通過協(xié)商調(diào)整整目標(biāo)系統(tǒng)，，使之達(dá)到目目標(biāo)相容。例如企業(yè)在減減員增效的過過程中就至少少有如下兩個(gè)個(gè)目標(biāo)：一是提高企業(yè)業(yè)的效益二是保證工作作崗位不減員員。417.系統(tǒng)分析的原原則（1）堅(jiān)持問題導(dǎo)導(dǎo)向；（2）以整體為目目標(biāo)；（3）多方案模型型分析和選優(yōu)優(yōu)；（4）定量分析與與定性分析相相結(jié)合；（5）多次反復(fù)進(jìn)進(jìn)行。煙囪例：發(fā)電廠環(huán)環(huán)境工程系統(tǒng)統(tǒng)分析鍋爐除塵器煤目的：模擬煙煙囪排放的煙煙塵和SO2，據(jù)此提出最最佳治理方案案。煙塵超標(biāo)4.84倍，SO2超標(biāo)10.84倍8.系統(tǒng)分析舉例例1．?dāng)M定方案：①修建高煙囪120m（目前是45m），投資資估算22萬；不可行(附近是機(jī)場(chǎng)））；②該廠采用的是是多管旋風(fēng)加加文丘里除塵塵器，效率為為93.8%，若改用電電除塵器，，除塵效率率將提高到到99%，投資70萬；而對(duì)SO2，可以采用用預(yù)洗或爐爐中添加石石灰等方法法，可行；1．?dāng)M定方案：：③更換鍋爐，，投資200萬，能降低低大約2／3的飛灰，而而對(duì)SO2沒有減少。。此外，還還可能引起起燃燒效率率降低。若若以降低燃燃燒效率2％計(jì)算，其其年經(jīng)濟(jì)損損失為11.76萬元，所以這是一一個(gè)不理想想的可行方方案；④改用外外地優(yōu)質(zhì)煤煤（目前是是用本地區(qū)區(qū)的褐煤））。改用優(yōu)優(yōu)質(zhì)煤后，，煤塵與SO2的排排放放量量估估算算分分別別為為85.53kg/h和129.7kg/h，均均小小于于標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)量量。。此此外外還還可可節(jié)節(jié)約約燃燃料料費(fèi)費(fèi)191.7萬元元/年。。這是是四四個(gè)個(gè)方方案案中中比比較較理理想想的的治治理理污污染染的的方方案案。。45第二二章章系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析一、、模模型型與與模模型型化化簡(jiǎn)簡(jiǎn)介介二、、系系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)分分析析技技術(shù)術(shù)三、系統(tǒng)統(tǒng)仿真46一、模型型與模型型化簡(jiǎn)介介1、模型及及特征模型是現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)的替代代物。模模型應(yīng)反反映出系系統(tǒng)的主主要組成成部分、、各部分分之間的的相互關(guān)關(guān)系，以以及在運(yùn)運(yùn)用條件件下的因因果作用用及相互互關(guān)系。。特征：（1）它是現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界界部分的的抽象或或模仿；；（2）它是由由那些與與分析的的問題有有關(guān)的因因素構(gòu)成成的；（3）它表明明了有關(guān)關(guān)因素間間的相互互關(guān)系。。47模型化模型化就就是為描描述系統(tǒng)統(tǒng)的構(gòu)成成和行為為，對(duì)實(shí)實(shí)體系統(tǒng)統(tǒng)的各種種因素進(jìn)進(jìn)行適當(dāng)當(dāng)篩選，，用一定定方式（（數(shù)學(xué)、、圖像等等）表達(dá)達(dá)系統(tǒng)實(shí)實(shí)體的方方法。------構(gòu)模的過過程2.模型（化化）及其其本質(zhì)利用模型型與原型型之間某某方面的的相似關(guān)關(guān)系，在在研究的的過程中中用模型型來代替替原型，，通過對(duì)對(duì)模型的的研究得得到關(guān)于于原型的的一些信信息。本質(zhì)：483.模型（化化）的地地位與作作用作用：（1）人們對(duì)對(duì)客觀系系統(tǒng)一定定程度研研究結(jié)果果的表達(dá)達(dá)。（2）導(dǎo)致科科學(xué)規(guī)律律、理論論、原理理的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)。（3）利用模模型可以以進(jìn)行“思想”試驗(yàn)。49地位：3.模型（化化）的地地位與作作用模型不能能代替對(duì)對(duì)客觀系系統(tǒng)內(nèi)容容的研究究，只有有在和對(duì)對(duì)客體系系統(tǒng)內(nèi)容容研究相相配合時(shí)時(shí)，其作作用才能能充分發(fā)發(fā)揮。504.模型的分分類概念模型型：通過人們們的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)、知識(shí)識(shí)和直覺覺形成的的。形式式上分為為思維、、字句或或描述的的。符號(hào)模型型：用符號(hào)來來代表系系統(tǒng)的各各種因素素和它們們間的的相互關(guān)關(guān)系。分分為結(jié)構(gòu)模型型和數(shù)學(xué)模型型。類比模型型：和實(shí)際模模型作用用相同。。仿真模型型：用計(jì)算機(jī)機(jī)對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行仿仿真時(shí)所所用的模模型。形象模型型：把現(xiàn)實(shí)的的東西的的尺寸進(jìn)進(jìn)行改變變后的表表示。分分為物理模型型和圖像模型型。515.建立模型型的一般般原則①建立方框框圖②考慮信息息相關(guān)性性③考慮準(zhǔn)確確性④考慮結(jié)集集性526.建模的基基本步驟驟①明確建模模的目的的和要求求；②對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行一一般語言言描述；；③弄清系系統(tǒng)中的的主要因因素及其其相互關(guān)關(guān)系；④確定模模型的結(jié)結(jié)構(gòu)；⑤估計(jì)模模型的參參數(shù)；⑥實(shí)驗(yàn)研研究；⑦必要修修改。537.模型化的的基本方方法（4）老手法法：（2）實(shí)驗(yàn)方方法：（3）綜合方方法：（1）分析方方法：（5）辨證法法：化工過程分析與合合成過程：客觀事物物從一個(gè)個(gè)狀態(tài)到到另一個(gè)個(gè)狀態(tài)的的轉(zhuǎn)移。。過程工藝：對(duì)物料流流進(jìn)行物物理或化化學(xué)的加加工工藝藝?；すぃ捰陀?，化肥肥）、輕輕工、冶冶金過程程、醫(yī)藥藥生產(chǎn)過過程等。。制造工藝：以工件為為對(duì)象的的加工工工藝。像像電視機(jī)機(jī)、汽車車、機(jī)械械零件加加工等的的生產(chǎn)，，都是制制造工藝藝1.1化化工工過程化工過程程：以天然物物料（煤煤、石油油、鹽等等）為基基礎(chǔ)原料料，經(jīng)過過物理或或化學(xué)加加工制成成產(chǎn)品的的過程。。通?；すみ^程大大都包括括三個(gè)部部分：原料制備備化學(xué)反應(yīng)應(yīng)產(chǎn)品分離離在多種多多樣的單單元過程程中，最最重要的的也是最多用的的單元過過程是：化學(xué)反應(yīng)應(yīng)過程換熱過程程分離過程程1.1.1化化學(xué)反反應(yīng)過程程化學(xué)反應(yīng)應(yīng)過程是是化工過過程的核核心部分分。主要的化化學(xué)反應(yīng)應(yīng)過程有有：催化反應(yīng)過程程熱裂解反反應(yīng)過程電解質(zhì)溶溶液離子子反應(yīng)過程生物化學(xué)學(xué)反應(yīng)過程程1.1.2換熱過程程定義：化工過程程工藝流流程中被被處理的的物流，，按各單單元過程程所要求求的溫度度，通過過換熱器器加熱或或冷卻的的過程。。換熱網(wǎng)絡(luò)絡(luò)：滿足這種種換熱要要求的熱熱量或冷冷量，可可以來自自流程中中的工藝藝物料流流或是來來自公用用工程，，構(gòu)成換換熱網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。換熱網(wǎng)絡(luò)絡(luò)設(shè)計(jì)目目標(biāo)：以最大限限度的節(jié)節(jié)能、經(jīng)經(jīng)濟(jì)的設(shè)設(shè)備投資資、良好好的操作作適應(yīng)性性。實(shí)現(xiàn)最佳佳的換熱熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)設(shè)計(jì)，是是化工過過程系統(tǒng)統(tǒng)合成研研究的一一項(xiàng)典型型的事例例，也是本課程將要重點(diǎn)研討討的一項(xiàng)內(nèi)內(nèi)容。1.1.3分分離過過程定義：從某種已已知組成成的混合合物中分分離出某某幾種目目標(biāo)產(chǎn)物物的過程程.化工系統(tǒng)統(tǒng)綜合:從可以設(shè)設(shè)計(jì)出的的不同流流程、不不同塔數(shù)數(shù)的多種種流程方方案中選選擇經(jīng)濟(jì)濟(jì)的、能能滿足分分離要求求的最佳佳方案.分離過程程選擇:非均一系系物料的的氣固相相分離:采用沉降降、過濾濾、濕法法除塵、、電除塵塵等單元元操作。。液固相分分離:過濾、干干燥、沉沉降等。。均一系系物料料的氣氣相分分離，可采采用吸吸附、、吸收收、膜膜分離離。液相分離:則可用蒸餾餾與精餾、、蒸發(fā)、結(jié)結(jié)晶、汽提提、萃取、、膜分離等等?；瘜W(xué)反應(yīng)過過程換熱過程分離過程不同的化工工過程只是是這三類過過程的不同同組合化工系統(tǒng)工工程研究?jī)?nèi)內(nèi)容:這三類，其其中主要是是換熱過程和和分離過程程1.2化化工過程程生產(chǎn)操作作控制化工過程生生產(chǎn)操作控控制：對(duì)生產(chǎn)操操作工況的的調(diào)節(jié)。主主要是對(duì)物物料流溫度度、壓力、、流量、液液位、組成成等操作參參數(shù)的調(diào)節(jié)節(jié)?；み^程生生產(chǎn)操作控控制分類分散控制集中控制化工過程生生產(chǎn)操作控控制對(duì)生產(chǎn)過程程是否能正正常進(jìn)行影影響很大，，因此至關(guān)關(guān)重要。分散控制:20世紀(jì)四五十十年代的早早期過程控控制技術(shù)，，采用基地地式控制儀儀表實(shí)施單單輸入、單單輸出的簡(jiǎn)簡(jiǎn)單回路控控制，又稱稱為分散控制，目標(biāo):保持生產(chǎn)工工況平穩(wěn)。。分散控制技技術(shù)的特點(diǎn)點(diǎn)：各個(gè)控制制回路都相相互獨(dú)立。。優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)某一控制制回路出現(xiàn)現(xiàn)故障時(shí)，，不致影響響其他回路路的正常工工作。缺點(diǎn)：控制參數(shù)較較多時(shí)，需需要相應(yīng)設(shè)設(shè)置較多的的硬件。且且這種分散散的控制，，難于實(shí)現(xiàn)總總體優(yōu)化。集中控制：將計(jì)算機(jī)機(jī)應(yīng)用于化化工過程控控制，把各各個(gè)控制回回路的運(yùn)算算、控制、、顯示都集集中于計(jì)算算機(jī)來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的控制手手段。優(yōu)點(diǎn)：可以大大大的節(jié)省硬硬件成本，，便于同時(shí)時(shí)分析各個(gè)個(gè)控制回路路的信息，，為實(shí)現(xiàn)全全系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)化控制提提供了條件件。缺點(diǎn)：一旦發(fā)生生計(jì)算機(jī)故故障則將出出現(xiàn)全控制制系統(tǒng)癱瘓瘓的危險(xiǎn)。。由于這種種缺陷的困困擾，曾使使計(jì)算機(jī)控控制技術(shù)一一度陷于難難于發(fā)展的的困境。20世紀(jì)70年代中期集散系統(tǒng)的出現(xiàn)，使使計(jì)算機(jī)控控制技術(shù)出出現(xiàn)了燦爛爛的應(yīng)用前前景。1.3化工過程分分析與合成成化工過程分分析與合成成又稱為化工過程系系統(tǒng)工程，化工過程系系統(tǒng)工程是在系統(tǒng)工程、化學(xué)工程、過程控制、計(jì)算數(shù)學(xué)、、信息技術(shù)術(shù)等學(xué)科的邊邊緣上產(chǎn)生生的一門綜綜合性學(xué)科科，化工過程系系統(tǒng)工程以處理物料料-能量-信息流的過過程系統(tǒng)為為研究對(duì)象象。“化工過程系系統(tǒng)工程””作為現(xiàn)代代化學(xué)工程程的一個(gè)組組成部分，，是新近發(fā)發(fā)展起來的的一門新興興的邊緣科科學(xué)。簡(jiǎn)單地說，，將系統(tǒng)工程學(xué)學(xué)的理論和方方法應(yīng)用于于化工過程就形成了化工過程系系統(tǒng)工程，，簡(jiǎn)稱為化化工系統(tǒng)工工程。一化工工過程系統(tǒng)統(tǒng)工程系統(tǒng)工程：：以大系統(tǒng)為為對(duì)象進(jìn)行行研究的跨跨學(xué)科的邊邊緣性科學(xué)學(xué)。起源:該學(xué)科最初發(fā)源于于美國(guó)，由于二次次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)期間，美美國(guó)需要在在有限的時(shí)時(shí)間、空間間和運(yùn)力條條件下安排排達(dá)到最大大的運(yùn)送量量。因此提提出了如何何對(duì)運(yùn)力進(jìn)行安安排以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)最大運(yùn)送送量的問問題題。。其后后，，在在通信信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)過過程程中中，也也發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存存在在著著如如何何安安排排通通信信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)以以達(dá)達(dá)到到用用最最小小的的投投入入，，得得到到最最優(yōu)優(yōu)的的通通話話效效果果的的通信信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)最最優(yōu)優(yōu)配配備備問題題。。由于于先先驅(qū)驅(qū)者者的的出出發(fā)發(fā)點(diǎn)點(diǎn)和和側(cè)側(cè)重重面面各各有有不不同同，，對(duì)對(duì)系系統(tǒng)統(tǒng)工工程程的的理理解解和和認(rèn)認(rèn)識(shí)識(shí)也也就就各各有有不不同同.有些些人人強(qiáng)強(qiáng)調(diào)調(diào)復(fù)復(fù)雜雜系系統(tǒng)統(tǒng)的的最優(yōu)優(yōu)管管理理和和最最優(yōu)優(yōu)控控制制。。有些些人人則則著著眼眼于于工工程程系統(tǒng)統(tǒng)的的規(guī)規(guī)劃劃和和最最優(yōu)優(yōu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)。。當(dāng)強(qiáng)強(qiáng)調(diào)調(diào)復(fù)復(fù)雜雜系系統(tǒng)統(tǒng)的的最最優(yōu)優(yōu)管管理理和和最最優(yōu)優(yōu)控控制制時(shí)時(shí)—————現(xiàn)代代管管理理科科學(xué)學(xué)。。當(dāng)著著眼眼工工程程的的規(guī)規(guī)劃劃及及最最優(yōu)優(yōu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)———尋優(yōu)優(yōu)的的綜綜合合技技術(shù)術(shù)。。系統(tǒng)統(tǒng)工工程程的的基基本本思思想想：從系系統(tǒng)統(tǒng)整整體體的的觀觀念念出出發(fā)發(fā)，，周周密密考考慮慮系系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)內(nèi)各各個(gè)個(gè)組組成成部部分分相相互互間間的的制制約約關(guān)關(guān)系系，，討討論論系系統(tǒng)統(tǒng)整整體體的的最最優(yōu)優(yōu)策策略略。。系統(tǒng)統(tǒng)工工程程學(xué)學(xué)又名名：：工程程學(xué)學(xué)的的方方法法論論研究究對(duì)對(duì)象象：：各各個(gè)個(gè)不不同同的的系系統(tǒng)統(tǒng)化工工過過程程系系統(tǒng)統(tǒng)工工程程以系統(tǒng)統(tǒng)工工程程學(xué)學(xué)為為基基礎(chǔ)礎(chǔ)，把社會(huì)會(huì)問問題題作作為為研研究究對(duì)對(duì)象象的學(xué)學(xué)科科稱稱為為社會(huì)會(huì)系統(tǒng)統(tǒng)工工程程學(xué)學(xué)。把環(huán)境境問問題題作作為為研研究究對(duì)對(duì)象象的學(xué)學(xué)科科稱稱為為環(huán)境境系統(tǒng)統(tǒng)工工程程學(xué)學(xué)。。把化工工過過程程系系統(tǒng)統(tǒng)問問題題作作為為研研究究對(duì)對(duì)象象的學(xué)學(xué)科科稱稱為為化工工過程程系系統(tǒng)統(tǒng)工工程程學(xué)學(xué)。1認(rèn)識(shí)識(shí)上上的的三三次次飛飛躍躍第一一次次：20年代代提提出出了了““單單元元操操作作””的的概概念念產(chǎn)產(chǎn)生生了了化化學(xué)學(xué)工工程程學(xué)學(xué)第二次：50年代提出了了“三傳”的的概念產(chǎn)產(chǎn)生了化工傳傳遞過程原理理的學(xué)科第三次：60年代初提出出了“對(duì)化工工過程系統(tǒng)的的分析和模擬擬”的概念產(chǎn)產(chǎn)生了化化工過程系統(tǒng)統(tǒng)工程學(xué)二、化工過過程系統(tǒng)工程程學(xué)的起源和和發(fā)展2化工過程系統(tǒng)統(tǒng)工程學(xué)產(chǎn)生生的基礎(chǔ)化工生產(chǎn)過程的綜綜合性不斷增增強(qiáng)，化工企業(yè)朝朝著多品種、、跨學(xué)科的方方向發(fā)展化工裝置日趨趨大型化，對(duì)放大技術(shù)術(shù)的要求越來來越高，小試試到規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)的周期越來來越短。能源緊缺，能源的有效及及合理利用成成為人們?cè)絹韥碓疥P(guān)心的問問題。產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)日益益加劇，一個(gè)品種的的改變要求跟跟著企業(yè)迅速速改變，以適適應(yīng)市場(chǎng)的變變化環(huán)境意識(shí)的提提高，要求企業(yè)對(duì)對(duì)污染加以嚴(yán)嚴(yán)格的控制，，提出了如何何減少污染，，合理的綜合合利用資源的的問題。3化工系統(tǒng)工程程學(xué)的綜合性性從化工系統(tǒng)工工程學(xué)的形成成過程可知，，這是一門綜綜合性學(xué)科，，涉及：化學(xué)工程學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)運(yùn)籌學(xué)計(jì)算技術(shù)過程控制理論論三、化工系統(tǒng)統(tǒng)工程學(xué)的基本內(nèi)容任務(wù)：在“一定的輸輸入輸出條件件下，尋求一一個(gè)整體最優(yōu)優(yōu)的過程系統(tǒng)統(tǒng)”。對(duì)一個(gè)待求的的未知系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)指出：該系系統(tǒng)應(yīng)如何規(guī)劃、設(shè)設(shè)計(jì)、操作、、控制。為完成上述任任務(wù)，大致包包括兩個(gè)方面面的工作:化工過程系統(tǒng)統(tǒng)的分析化工過程系統(tǒng)統(tǒng)的合成化工過程分析析：對(duì)過程系統(tǒng)統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制制、影響因素素、過程模型型的數(shù)學(xué)描述述、目標(biāo)函數(shù)數(shù)的建立、優(yōu)優(yōu)惠工況下的的最佳操作參參數(shù)等進(jìn)行分分析。例：某年產(chǎn)30萬t乙烯裝置改擴(kuò)建為45萬t裝置，竣工投投產(chǎn)后達(dá)到了預(yù)期的的產(chǎn)量，但能耗超標(biāo)。如何選擇對(duì)策策，就要對(duì)工藝裝置進(jìn)行行分析，在對(duì)過程進(jìn)行行系統(tǒng)分析的的同時(shí)，必需需要對(duì)單元、物料、、能量利用情情況進(jìn)行分析。1.3.1化工過程系統(tǒng)統(tǒng)的分析過程系系統(tǒng)分分析與與模擬擬：建立過過程系系統(tǒng)的的數(shù)學(xué)學(xué)模型型并在在計(jì)算算機(jī)上上模擬擬計(jì)算算的整整個(gè)過過程稱稱為過過程系系統(tǒng)分分析與與模擬擬。過程系系統(tǒng)的的模型型：對(duì)實(shí)際際過程程系統(tǒng)統(tǒng)的描描述。。包括：：數(shù)學(xué)模模型與與實(shí)物物模型型。數(shù)學(xué)模模型：：建立數(shù)數(shù)學(xué)表表達(dá)式式，在建立立過程程中運(yùn)用邏邏輯關(guān)關(guān)系、、規(guī)則則、概概念。。模擬計(jì)計(jì)算：：首先要要尋求求有效效的數(shù)數(shù)學(xué)模模型求求解的的方法法，并并將模模型的的求解解過程程轉(zhuǎn)變變?yōu)橛?jì)計(jì)算程程序，，然后后計(jì)算算得出出直觀觀形式式的輸輸出結(jié)結(jié)果.前例中中：若該套套擴(kuò)建建不久久的年年產(chǎn)45萬t乙烯裝裝置，，又面面臨著著進(jìn)一一步擴(kuò)擴(kuò)建為為60萬t規(guī)模的的任務(wù)務(wù)。建摸時(shí)時(shí)要吸吸取前前次擴(kuò)擴(kuò)建的的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)這是一一個(gè)大大系統(tǒng)統(tǒng)的多多目標(biāo)標(biāo)合成問題，，是一一個(gè)按按既定多多目標(biāo)標(biāo)函數(shù)數(shù)尋優(yōu)優(yōu)的系系統(tǒng)合合成問問題。擴(kuò)建方案的目標(biāo)達(dá)到產(chǎn)量要求達(dá)到能耗指標(biāo)〈１〉過程系系統(tǒng)合合成：所需系系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)定義：按照照規(guī)定定的系系統(tǒng)特特性子系統(tǒng)統(tǒng)性能能按規(guī)定定的目目標(biāo)最最優(yōu)組組合，，尋求求理想過過程系系統(tǒng)。具有最優(yōu)的系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)〈２〉理想的的過程程系統(tǒng)統(tǒng)具有最最合適適的子系統(tǒng)統(tǒng)尋求1.3.2化化工工過程程系統(tǒng)統(tǒng)的合合成混合混合反應(yīng)分離分離分離Ａ+Ｂ+ＣＰB+C+A+PＣBＢA+CAC例：：某化化工工過過程程系系統(tǒng)統(tǒng)由由ＢＢ+Ｃ為為原原料料生生產(chǎn)產(chǎn)ＡＡ，，且且副副產(chǎn)產(chǎn)ＰＰ，，其其可可能能的的過過程程流流程程一一：：樹結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)流程程系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的概概念念例：：某化化工工過過程程系系統(tǒng)統(tǒng)由由ＢＢ+Ｃ為為原原料料生生產(chǎn)產(chǎn)ＡＡ，，且且副副產(chǎn)產(chǎn)ＰＰ，，其其可可能能的的過過程程流流程程二二：再循循環(huán)環(huán)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)流程程混反B+C+A+P分離ＣＢＰＡＣＡ+Ｂ+ＣＡ+ＣＢ分離分離由前例可可知，過過程系統(tǒng)統(tǒng)的流程程結(jié)構(gòu)可可有幾種種選擇方方案（備備選方案案）。樹結(jié)構(gòu)流流程再循環(huán)流流股結(jié)構(gòu)構(gòu)子系統(tǒng)的特性更更有幾種種方案可可供選擇擇。如：想得得到合格格Ａ分離子系系統(tǒng)精餾萃萃取板式填填料間間歇連連續(xù)這種在多多種備選選方案中中進(jìn)行選選擇及排排除，以以構(gòu)造最最理想系系統(tǒng)的過過程為系統(tǒng)的綜綜合過程程?！矗场颠^程系統(tǒng)統(tǒng)合成的的方法過去：全部憑借借工程師師的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)。現(xiàn)在：借助對(duì)各各種子系系統(tǒng)的分分析與模模擬，預(yù)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)特性，，達(dá)到綜綜合目的的。因此：過程系統(tǒng)統(tǒng)分析是過程系統(tǒng)統(tǒng)綜合的的基礎(chǔ)?；み^程程系統(tǒng)合合成包括括有：反應(yīng)路徑徑合成換熱網(wǎng)絡(luò)絡(luò)合成分離序列列合成過程控制制系統(tǒng)合合成特別是要要解決由由各個(gè)單單元過程程合成總總體過程程系統(tǒng)的的任務(wù)。?！矗础颠^程系統(tǒng)統(tǒng)合成的的研究?jī)?nèi)內(nèi)容①反應(yīng)路徑的的綜合：對(duì)給定原料料規(guī)規(guī)定產(chǎn)品品的問題稱稱為反應(yīng)路路徑的綜合合。例：由糠醛糠糠醇醇可以有氣相加氫法法高壓壓，但反應(yīng)應(yīng)迅速，副副產(chǎn)物少。。也有液相加氫法法低壓壓，反應(yīng)慢慢，副產(chǎn)物物多。尋求反應(yīng)路徑②換熱網(wǎng)絡(luò)綜綜合：對(duì)于大型化化工企業(yè)，，多裝置，，多物流。。一些裝置需要熱物流流作為加熱熱介質(zhì)，另一些裝裝置則需冷卻介質(zhì)質(zhì)提供冷量量。因而，從全全局的角度度，合理配配置冷熱物物流的走向向，以達(dá)到到冷熱配置置平衡，以以最低的消消耗達(dá)到最最優(yōu)的換熱熱配置。這就要求：：通過物流流間的合理理分配，使使熱量（冷冷量）利用用最合理。。③分離序列綜綜合：以５組元、、均相混合合液的分離離為例找出最優(yōu)的的分離序列列設(shè)計(jì)者需解解決的問題對(duì)對(duì)最優(yōu)優(yōu)分離序列列中的單個(gè)分離器找找出最優(yōu)設(shè)設(shè)計(jì)參數(shù)不同的兩種種分離序列列方案：哪哪個(gè)好，需需找出判別別方法。ＡＢＣＤＥＡＢＣＤＥＡＢＣＤＥＢＣＡＢＣＤＥＡＢＣＤＥＡＢＣＤＥＥＤ④反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的綜合：：對(duì)于需多級(jí)級(jí)多次反應(yīng)應(yīng)才可得到到的反應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)物需建立立反應(yīng)器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)（或稱稱反應(yīng)器系系統(tǒng)）。如如何使系統(tǒng)統(tǒng)最優(yōu)。⑤全流程的綜綜合：由原料目的產(chǎn)物尋找最優(yōu)的的流程，包包括：反應(yīng)應(yīng)、分離、、換熱等等等，全流程程實(shí)現(xiàn)最優(yōu)優(yōu)。⑥公用工程系系統(tǒng)綜合：：公用工程系系統(tǒng)的核心心部分是蒸蒸汽動(dòng)力系系統(tǒng)。蒸汽汽動(dòng)力系統(tǒng)統(tǒng)最優(yōu)綜合合的目的就就是要降低低整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)的能耗。。1.4化化工過程程模擬系統(tǒng)統(tǒng)20世紀(jì)初期，，對(duì)于化工過過程的開發(fā)發(fā)、設(shè)計(jì)，，只是采用用由實(shí)驗(yàn)室到中中間廠逐級(jí)級(jí)放大的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)方法。30年代出現(xiàn)了相似論為基基礎(chǔ)得出準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)方程的辦法。同同時(shí)出現(xiàn)了了建立數(shù)學(xué)學(xué)模型的模模擬放大法法。50年代后期，應(yīng)用計(jì)算算機(jī)及數(shù)值值計(jì)算，采采用數(shù)學(xué)模模擬的方法法解決了大大部分單元元過程的開開發(fā)放大問問題。即根據(jù)最基基本的單元元過程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利利用數(shù)學(xué)模模型在計(jì)算算機(jī)上解決決開發(fā)放大大問題。例如：丙烯烯二聚反應(yīng)由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室數(shù)據(jù)放放大到工業(yè)業(yè)反應(yīng)器設(shè)設(shè)計(jì)，放大大倍數(shù)達(dá)1700倍。甲苯歧化反反應(yīng)過程的放大大倍數(shù)為6000倍。這種在計(jì)算算機(jī)上模擬擬化工過程程工藝流程程的軟件，，稱為化工流程模模擬系統(tǒng)。應(yīng)用化工流流程模擬系系統(tǒng)進(jìn)行化化工過程工工藝開發(fā)設(shè)設(shè)計(jì)的技術(shù)術(shù)，稱作計(jì)計(jì)算機(jī)輔助助過程設(shè)計(jì)計(jì)CAPD(ComputerAidedProcessDesign)。按待模擬的的系統(tǒng)特性性：1穩(wěn)態(tài)過程系系統(tǒng)模擬：：2動(dòng)態(tài)過程系系統(tǒng)模擬：：1.4.1化工流程程穩(wěn)態(tài)模擬擬系統(tǒng)一般的化工工流程模擬擬系統(tǒng)是穩(wěn)穩(wěn)態(tài)模擬系系統(tǒng)。特性：（1）系統(tǒng)參數(shù)不不隨時(shí)間變變化，建模容易。。（2）系統(tǒng)沒沒有或不考考慮大的干干擾造成波波動(dòng)的影影響。在大規(guī)模連連續(xù)化的工工藝流程中中，物料是是以連續(xù)流流動(dòng)的狀態(tài)態(tài)在系統(tǒng)中中被加工的的，過程中中的各種參參數(shù)總是隨隨時(shí)間不斷斷變化的，，因而穩(wěn)態(tài)態(tài)是不存在在的。穩(wěn)態(tài)模擬只不過是對(duì)動(dòng)態(tài)過程程到達(dá)平穩(wěn)穩(wěn)狀態(tài)的一種簡(jiǎn)化化處理，事事實(shí)上這種種處理是很很必要的。。20世紀(jì)60年代以來，，化工流程程穩(wěn)態(tài)模擬擬系統(tǒng)的發(fā)發(fā)展經(jīng)歷了了三個(gè)時(shí)代代。第一代：20世紀(jì)50年代末至60年代。如美美國(guó)Kellogg公司開發(fā)的的FLEXIBLEFLOWSHEET、美國(guó)Houston大學(xué)開發(fā)的的CHESS(ChemicalEngineeringSimulationSystem)第二代：20世紀(jì)70年代。比第第一代在功功能、規(guī)模模方面都有有很大進(jìn)步步。代表性的系系統(tǒng)有：美國(guó)公司開開發(fā)的FLOWTRAN、美國(guó)Braun公司開發(fā)的的PFl0(ProcessFlow)、日本干代田田工程公司司開發(fā)的CAPES(ComputerAidedProcessEngineeringSystem)等。第三代：美國(guó)麻省省理工學(xué)院院主持開發(fā)發(fā)的ASPEN(AdvancedSystemofProcessEngineering)。ASPEN的開發(fā)是針針對(duì)以煤為為原料解決決能源工藝藝為背景的的。而第二二代模擬系系統(tǒng)以處理理氣—液系統(tǒng)為其其特長(zhǎng)，不不具備處理理固體物料料的功能。。ASPEN的開發(fā)工作作從1976年起，組織織了杜邦、、埃克森、、孟山都、、飛馬石油油等50家公司投入力力量，歷時(shí)5年耗資600萬美元，于1981年完成交付使使用。ASPEN具有更大更強(qiáng)強(qiáng)的功能。國(guó)內(nèi)在20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行行化工流程模模擬系統(tǒng)的開開發(fā)工作。一些設(shè)計(jì)院所所、研究院所所、高校等單單位開發(fā)的模模擬系統(tǒng)，可可以對(duì)石油氣氣分離、基本本有機(jī)合成、、合成氨等工工藝系統(tǒng)進(jìn)行行工況模擬、、操作、開發(fā)發(fā)設(shè)計(jì)等等。。國(guó)內(nèi)向市場(chǎng)推推出的商品軟軟件ECSS(EngineeringChemicalSimulationSystem)是青島化工學(xué)學(xué)院開發(fā)的化化工流程模擬擬系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)使用用模擬系統(tǒng)多數(shù)是引進(jìn)的的。最早引進(jìn)的模模擬軟件是1978年由丹麥引進(jìn)進(jìn)的Gips，這是個(gè)合成成氨工藝專用用的流程模擬擬系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代又引進(jìn)了了ASPENTech公司的ASPENPLUS，先后約有30套左右；美國(guó)SimulationScience公司的約26套；Hydrotech公司的HYSlM30套左右等。模擬是對(duì)過程程系統(tǒng)模型的的求解過程系統(tǒng)的模模擬分析對(duì)某個(gè)給定的的過程系統(tǒng)模模型進(jìn)行模擬擬求解，可得得出該系統(tǒng)的的全部狀態(tài)變變量，從而可可以對(duì)該過程程系統(tǒng)進(jìn)行工工況分析過程系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)當(dāng)對(duì)某個(gè)或某某些系統(tǒng)變量量提出設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)定要求時(shí)，，通過調(diào)整某某些決策變量量使模擬結(jié)果果滿足設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)定要求過程系統(tǒng)參數(shù)數(shù)優(yōu)化過程系統(tǒng)模型型與最優(yōu)化模模型聯(lián)解得到到一組使工況況目標(biāo)函數(shù)最最佳的決策變變量（優(yōu)化變變量）。從而而實(shí)施最佳工工況2.1過程系統(tǒng)模擬擬的三種基本本方法序貫?zāi)ＤK法法（SequentialModularMethod）面向方方程法法（EquationOrientedMethod）聯(lián)立模模塊法法（SimultaneouslyModularMethod）過程系系統(tǒng)模模擬的的序貫貫?zāi)K塊法SMM的基本本部分分是模模塊（（子程程序）），用用以描描述物物性、、單元元操作作以及及系統(tǒng)統(tǒng)其它它功能能。SMM對(duì)過程程系統(tǒng)統(tǒng)的模模擬以以單元元模塊塊的模模擬計(jì)計(jì)算為為基礎(chǔ)礎(chǔ)。SMM按照由由各種種單元元模塊塊組成成的過過程系系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)，序序貫的的對(duì)各各單元元模塊塊進(jìn)行行計(jì)算算，從從而完完成該該過程程系統(tǒng)統(tǒng)模擬擬計(jì)算算。優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：：與實(shí)實(shí)際際過過程程的的直直觀觀聯(lián)聯(lián)系系強(qiáng)強(qiáng)模擬擬系系統(tǒng)統(tǒng)軟軟件件的的建建立立、、維維護(hù)護(hù)和和擴(kuò)擴(kuò)充充都都很很方方便便，，易易于于通通用用化