2022年系统工程的发展及在化工生产中应用 .pdf

目录摘要.1 Abstract.1 1 系统工程综述.1 1.1 系统工程起源.1 1.2 系统工程定义.1 2 系统工程发展.2 2.1 系统工程发展现状.2 2.2 我国系统工程发展历程.2 2.3 我国系统工程存在的不足.3 3 系统工程在化工生产中的应用.3 4 结束语 .5 参考文献：.5 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 7 页 -1 系统工程的发展及在化工生产中应用摘要：随着化工生产日趋复杂化、大型化和自动化，化工系统工程这门学科正在蓬勃发展并得社会各界的日益关注。本文对系统工程发展现状进行了客观的阐述，及化工生产中的应用及发展趋势地行了分析探讨。关键词：化工生产；化工系统工程；系统分析与综合Abstract:Along with the chemical production is more and more complex,large scale and automation,chemical system engineering this discipline is booming and social all circles pay close attention to increasingly.Based on system engineering development present situation has carried on the objective exposition,and chemical production application and development trend,discussed.Keywords:Chemical production;system engineering;system analysis and synthesis 现代科学技术的发展，呈现出既高度分化又高度综合的两种明显趋势。一方面是已有学科不断分化越分越细，新学科、新领域不断产生；另一方面是不同学科、不同领域之间相互交叉、结合与融合，向综合性整体化的方向发展。这两者是相辅相成、相互促进的。系统科学就是这后一发展趋势中产生的最有代表性的科学技术。化工系统是一个多阶层的极为庞大的综合系统，也是一个庞大复杂的系统将化工生产过程作为一个综合系统并建立此系统的数学模型，用系统整体观点和系统工程方法来研究化工过程的开发设计 最优操作和最优控制，从而使选择和设计的生产过程整体具有最大的经济效益。1 系统工程综述1.1 系统工程起源是 20 世纪 20年代美国贝尔实验室在建造美国全国电话网络中首先提出。系统工程的雏形形成于 40 年代，在 50 年代到 60年代，系统工程迎来了其发展的高潮。电子计算机的出现和应用，则为系统工程提供了强有力的运算工具和信息处理手段，成为实施系统工程的重要物质基础。1.2 系统工程定义化工系统工程或称过程系统工程,是在系统工程、化学工程、信息技术、控制技名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 7 页 -2 术、计算数学等学科的基础上产生并发展起来的一门综合性学科。系统工程是组织管理的技术。把极其复杂的研制对象称为系统，即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成具有特定功能的有机整体，而且这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。系统工程则是组织管理这种系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。2 系统工程发展2.1 系统工程发展现状纵观俄国，美国、及欧洲其他先进国家，可将各类系统工程技术的发展现状总结为以下三点：（1）系统工程标准体系日益完善。NASA 已建立了规范性的航天器设计指南和技术标准体系。新近，NASA 又启动了一项技术标准计划，将通过吸收非政府标准，开发新标准和共享国家和国际标准来进一步完善系统工程标准体系；欧洲空间标准化合作组织（ECSS）在 ISO、NASA、ESA/PSS 及各航天公司的标准基础上，形成了系统、全面和不断更新的系统工程标准体系，使航天器系统工程实施均可以找到完备的技术依据和活动程序参照。（2）系统工程支持能力日益提高。NASA、ESA 等机构都开发和采用了航天器系统设计与仿真平台，并组建了协同设计机构，为各类复杂、大型任务的系统级设计分析仿真形成了较全面的支持。（3）系统工程长效机制不断完善。纵观国外各类系统工程技术的发展，可以发现，系统工程技术能力的突出优势体现在：已形成并进一步优化系统工程技术活动的规范工作程序；随着科学技术的发展，不断增强系统工程的应用平台与仿真试验支持能力；形成了充分利用研制经验，对系统工程能力不断丰富与完善的长效机制，并具有较为长期的发展规划与部署。2.2 我国系统工程发展历程我国系统科学与系统工程研究自60 年代起，到 80 年代初在我国著名科学家钱学森、许国志、宋健等倡导下，在一批优秀中青年科学家的共同努力下，已经蓬勃发展起来，在理论方法和实际应用中取得了突破性进展。随着系统工程应用领域不断扩大，从组织管理领域、技术工程应用领域向社会经济领域、自然和社会结合的领域扩展渗透。系统的发展从硬工程系统到软工程系统，从微观分析到宏观战略，从简单系统到名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 7 页 -3 大系统、巨系统直到开放复杂巨系统。在建模、分析、算法、优化、决策、评价、复杂性、智能化等理论方法上已有不少建树和应用。2.3 我国系统工程存在的不足尽管我国系统科学与系统工程取得了一定成绩，但存在着明显的不足，具体体现以下几方面：（1）系统工程技术尚未形成完整的规范体系。虽然国内一些企业都围绕自己的业务领域形成了系统工程标准体系，但还很不完善。突出现在没有覆盖系统工程全寿命周期关键活动，如系统工程前端的任务分析及后端的测试与运行管理标准等不系统、不全面；此外，没有对系统工程规律、方法、体系进行持续研究，进而形成对系统工程任务长效支持的机制。（2）系统工程技术手段尚不完备。国内已研究开发了多类面向系统设计、验证和在线支持的系统设计和仿真系统，具备了演示功能，但与工程实用尚有差距，不能有效支撑全系统集成设计与仿真；此外，我国企业还没成立真正意义上的协同设计部门，无法在协同机制和协同平台的支持下高效开展多类项目的协同设计工作，尤其是总体方案的协同设计工作。（3）系统工程实施经验总结与应用不足。我们尚未系统地50年的系统工程实践成功经验和失败教训进行总结、提炼和提高，进而建立起完备的、规范的系统工程标准和手册。随着富有经验的老一代人逐渐脱离岗位，面临着系统工程经验流失、系统工程人才严重短缺的问题。3 系统工程在化工生产中的应用化工生产是一门历史悠久的生产工艺，在上世纪初，对化学生产工艺的研究方法还是很原始的，无论是对新生产工艺的开发，还是对已有生产工艺的改造，都是采用逐放大的方法。这种开发过程财力、人力耗费很大。到了二十年代，人们在大量的化学工艺过程实践的基础上建立了单元操作的概念，进而建立了化学工程学科。三十年代，为了解决单元操作的放大问题，出现了相似原理，建立了相似模拟法。这是一个半经验的方法，仍不能解决化学反应过程的放大问题。三十年初期出现了数学模拟放大法。这个方法的概要是：经被研究对象的过程机理为依据，应用数学工具来描述，建立数学模型。这种数学模型通常是一组方程组。应用这种方法，不仅能完善地描述各种物理过程，也能在实验的基础上描述各种化学反应过程。对这个数学模型给出边名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 7 页 -4 界条件，应能求解得出答案。到了五十年代初，由于计算机技术的发展和化学反应工程学科的出现，数学模型方法得到了迅速发展和广泛应用。五十年代末期，人们开始对各种化学单元操作过程组成的工艺流程系统进行开发设计研究，以期在最合理的技术经济条件下，得出工艺系统最佳的设计、操作、控制方案。六十年代初，由化学工程、系统工程、运筹学、数值计算方法、过程控制论等学科的交叉产生了过程系统工程。化学工程是基于还原论方法在单元操作概念的基础上建立起来的，所研究的对象是单元操作和设备设计计算，很少考虑如何把这些单元联结起来形成一个完整的生产过程。但在设计开发一个化工流程时，不仅要选择所需过程的单元并进行设计计算，更重要的是从整体设计该过程并使之达到高效率。经典化学工程采用的是还原论的“分析程序”：分析一综合，两者被区分为先后相继的两个阶段程序，事物的整体行为归结到部分来解释，是1+1=2 的思维方式。但过程单元之间的联系不能用机械观意义上的由部分的性质与行为来决定整体的性质与行为的模式所把握，因而还原论方法无法对整个过程流程进行评估。系统科学方法已成为现代科学思维方式的主流，把化工过程看作过程系统，运用系统工程技术分析和合成过程生产实践的必然要求，是化学工程学科发展的必然趋势。要分析一个工艺过程（如化肥厂或石油化工厂）的性能，就要将其分解成反应器、精馏塔等基本元素，然后建立这些基本元素的数学模型及流程结构模型，通过计算机模拟计算,找出不同工况下的系统性能。同样，要分析一个流化床反应器或精馏塔等的性能，则要将其分解为流体力学、传热和传质等基本现象，然后用数学模拟来分析其性能。反过来，如果要综合成一个设定性能的化工厂，则要由反应器、精馏塔等基本元素为基础来合成。化工系统工程是应用系统工程的方法来解决化工系统的最优规划、最优设计和最优操作问题：对现有系统（系统结构及单元设备均已知）进行系统分析；对有待设计的系统进行系统的合成；实现过程系统的最优操作。化工、石化等过程工程企业要在全球化市场经济环境中生存和发展,提高自身的竞争力,不仅要节能降耗,降低价格成本,还要千方百计地降低“时间成本”。供应链优化就是主要从事包含原料、市场、生产、销售及环境在内的综合优化中的建模、算法的研究。只有依靠过程系统工程的理论和方法,才能快速实现供应链管理的优化决策。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 7 页 -5 随着化工生产日趋复杂化、大型化和自动化，化工系统工程这门学科正在蓬勃发展。自上世纪起,英美等各国已组织专门队伍对此问题展开了研究，至今已取得了很大进展。4 结束语化工系统工程依据系统科学的观点和方法，综合地、系统地运用现代科学技术的各种成就和计算手段，来分析和解决化工行业中复杂系统或大系统的最优设计、规划、决策、控制和管理等问题，力争发挥系统的最大效益和功能。运用系统学的观点认识系统工程，对组织机构进行系统的分析与研究具有重要的实践意义。在总结和升华系统工程技术和方法成功应用的基础上，如何学习和借鉴国外先进的理论和技术，使我国在不断变化的环境中保持可持续发展，实现组织战略目标，值得认真思考和研究。参考文献：1 蔡占强,系统工程部署和需求演变 J.淮北职业技术学院学报,2010;(10)2 杨少华,华贲.过程系统工程发展的思考J.系统辩证学学报,2000;(1)3 经士仁,复杂科学时代:系统科学与系统工程的发展和现况J.科技进步与对策,2001;2 4 曹禹,符志民.论系统工程与项目管理(下)J.中国航天,2010;1 5 任军号,薛惠锋,寇晓东.系统工程方法技术发展规律和趋势初探J.西安电子科技大学学报(社会科学版),2004;(1)6 许国志.系统科学大辞典 M.云南科学技术出版社,1994 7 姚平经.化工过程系统工程 M.大连大连理工大学出版社,1996 8 孙岳明.计算机辅助化工设计 M.北京科学出版社,2000 9 罗金生,胡克林,李茂军.化工过程模拟与优化M.新疆新疆科技卫生出版社,1998 10 张建侯,徐锡恩.化工过程分析与计算机模拟M.北京化学工业出版社,1989 11 钱学森,许国志,王寿云.组织管理的技术系统工程N.文汇报,1978 12 钱学森.大力发展系统工程尽早建立系统科学体系N.光明日报,1979 13 钱学森,于景元,戴汝为.一个科学新领域开放的复杂巨系统及其方法论J.自然杂志,1990;(1)14 钱学森.开创复杂巨系统的科学与技术J.系统工程学报,1995;(1)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 7 页 -6 15 李政道.新世纪:微观与宏观的统一 J.科学世界,2000;(1)16 钱学森.系统工程与系统科学的体系C.论系统工程(新世纪版).上海:上海交通大学出版,2007 17 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