化工系统工程9617.pptx

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1、化工系统工程化工系统工程主讲：智科端主讲：智科端博士博士副教授副教授TEL:13948510760Email：内蒙古工业大学化工学院内蒙古工业大学化工学院2第一章第一章 系统与系统工程系统与系统工程一、系统工程的应用举例一、系统工程的应用举例二、系统二、系统三、系统工程三、系统工程四、系统工程方法论四、系统工程方法论3一一、系统工程的应用举例系统工程的应用举例是我国建国以来最大的工程项目，它的论证、是我国建国以来最大的工程项目，它的论证、组织、实施与管理可以说就是一个庞大的系统组织、实施与管理可以说就是一个庞大的系统工程问题，这项工程涉及到了国家及地方的众工程问题，这项工程涉及到了国家及地方的

2、众多部门，如水利、电力、能源、文物、生态、多部门，如水利、电力、能源、文物、生态、移民等等，涉及到几个省的上百个县市，同时移民等等，涉及到几个省的上百个县市，同时实施过程要由众多单位共同努力，时间横跨将实施过程要由众多单位共同努力，时间横跨将近近2020年。年。三峡水利工程三峡水利工程4粮食价格的调整粮食价格的调整燃料能源价格燃料能源价格银行利率银行利率外汇牌价外汇牌价一、一、系统工程的应用举例系统工程的应用举例对于我们今天生活中所关心的各种社会经济问对于我们今天生活中所关心的各种社会经济问题，如经济改革、价格问题、体制改革及各种题，如经济改革、价格问题、体制改革及各种政策的出台都是要经过充分

3、的系统的论证，这政策的出台都是要经过充分的系统的论证，这些都与系统工程有关。些都与系统工程有关。例如：例如：5企业的长远规划企业的长远规划新产品开发新产品开发区域规划区域规划大项目管理大项目管理一、一、系统工程的应用举例系统工程的应用举例将来在我们的实际工作中，我们会遇到将来在我们的实际工作中，我们会遇到许许多多的系统工程问题，许许多多的系统工程问题，比如：比如：6第一章第一章 系统与系统工程系统与系统工程一、系统工程的应用举例一、系统工程的应用举例二、系统二、系统三、系统工程三、系统工程四、系统工程方法论四、系统工程方法论7公元前古希腊对公元前古希腊对“宇宙大系统宇宙大系统”的认识；的认识；

4、我国西周时期的我国西周时期的“阴阳二气阴阳二气”及金、木、及金、木、水、火、土水、火、土“五行五行”；东汉时期形成的东汉时期形成的“二十四节气二十四节气”；周秦到西汉时期的周秦到西汉时期的“皇帝内经皇帝内经”。二、二、系统系统系统概念的形成系统概念的形成只见森林1.1.系统的概念系统的概念8系统概念的形成系统概念的形成u1515世纪下半叶以后：世纪下半叶以后：u1919世纪：世纪：u辨证唯物主义：辨证唯物主义：“只见树木只见树木”具体化具体化“先见森林，后见树木先见森林，后见树木”世界是由无数相互关联、世界是由无数相互关联、相互依赖、相互制约和相互依赖、相互制约和相互作用的过程所形成相互作用的

5、过程所形成的统一整体。的统一整体。科学系统思科学系统思想的实质想的实质9系统的概念系统的概念一台机器、一个部门、一项计划、一个研究项一台机器、一个部门、一项计划、一个研究项目、一种组织、一套制度都可以看成一个系统目、一种组织、一套制度都可以看成一个系统;系统的存在具有普遍性系统的存在具有普遍性;系统的概念是相对的而不是绝对的，它没有绝系统的概念是相对的而不是绝对的，它没有绝对规模的界限。对规模的界限。系统是由两个以上有机联系、相互作用的系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素所组成，具有特定功能、结构和环境要素所组成，具有特定功能、结构和环境的整体。的整体。101）集合性。系统是由两个以上的可

6、以相互区别的要素所组成。）集合性。系统是由两个以上的可以相互区别的要素所组成。2）相关性。组成系统的各要素之间具有相互联系、相互作用）相关性。组成系统的各要素之间具有相互联系、相互作用 、相互依赖的特定关系。某、相互依赖的特定关系。某要素若发生变化则会影响其他要素若发生变化则会影响其他 要素的状态变化。要素的状态变化。3）层次性。一个系统可分解为若干子系统，而子系统还可以）层次性。一个系统可分解为若干子系统，而子系统还可以 分解为亚子系统等等，以致最终可分解为要素，这样就可构分解为亚子系统等等，以致最终可分解为要素，这样就可构 成具有特定的空间层次结构。例如一个公司就是由子公司或二成具有特定的

7、空间层次结构。例如一个公司就是由子公司或二 级厂级厂(矿矿)、车间、工段、班组，以及相应的职能部门构成。各、车间、工段、班组，以及相应的职能部门构成。各 层次的子系统相互联系，相互作用，以其特有的功能为统一的层次的子系统相互联系，相互作用，以其特有的功能为统一的 目标而相互协调运行。目标而相互协调运行。4 4）整体性。系统不是各个要素的简单拼凑，而是根据特定的统一）整体性。系统不是各个要素的简单拼凑，而是根据特定的统一 性要求协调存在于系统整体之中。是具有整体的特定功能和特性性要求协调存在于系统整体之中。是具有整体的特定功能和特性。整体性强调要素间的协调与综合，这样才能获得具有良好功能。整体性

8、强调要素间的协调与综合，这样才能获得具有良好功能 的系统。的系统。2.2.系统的特性系统的特性115.功能性。功能性是系统的基本特性之一：它表明系统具有的作用功能性。功能性是系统的基本特性之一：它表明系统具有的作用和效能，系统的功能以系统的结构为基础。系统的特定结构决定系和效能，系统的功能以系统的结构为基础。系统的特定结构决定系统的特定功能，系统不同，其功能也不同、这正是区别一个系统和统的特定功能，系统不同，其功能也不同、这正是区别一个系统和另一个系统的主要标志。人造系统是根据系统目的来设定功能，而另一个系统的主要标志。人造系统是根据系统目的来设定功能，而自然系统虽无目的但却有功能。自然系统虽

9、无目的但却有功能。6环境适应性。任何一个系统都存在于一定的物质环境之中，它环境适应性。任何一个系统都存在于一定的物质环境之中，它必然与环境不断地进行物质、能量、信息的交换。外界环境的变化必然与环境不断地进行物质、能量、信息的交换。外界环境的变化对系统内部要素产生干扰，使要素和要素关系发生变化，从而可能对系统内部要素产生干扰，使要素和要素关系发生变化，从而可能引起系统功能的波动。所以系统必须适应外部环境的变化，这样的引起系统功能的波动。所以系统必须适应外部环境的变化，这样的系统才更有生命力。系统才更有生命力。系统的特性系统的特性12 开放系统与封闭系统3.3.系统的分类系统的分类 实体系统与概念

10、系统 自然系统与人造系统 动态系统与静态系统13(2)美国著名学者美国著名学者H切斯纳指出：切斯纳指出：“系统工程认为虽然每个系统都系统工程认为虽然每个系统都由许多不同的特殊功能部分所组成，而这些功能部分之间又存在着由许多不同的特殊功能部分所组成，而这些功能部分之间又存在着相互关系，但是每一个系统都是完整的整体，每一个系统都要求有相互关系，但是每一个系统都是完整的整体，每一个系统都要求有一个或若干个目标。系统工程则是按照各个目标进行权衡，全面求一个或若干个目标。系统工程则是按照各个目标进行权衡，全面求得最优解得最优解(或满意解或满意解)的方法，并使各组成部分能够最大限度地互相的方法，并使各组成

11、部分能够最大限度地互相适应适应”。1.1.系统工程的定义系统工程的定义(1)中国科学家钱学森指出：中国科学家钱学森指出：“系统工程是组织管理系统的规划、研系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法究、设计、制造、试验和使用的科学方法”，“系统工程是一门组系统工程是一门组织管理的技术织管理的技术”。至今还没至今还没有统一定有统一定义义14(3)日本学者三浦武雄指出：日本学者三浦武雄指出：“系统工程与其它工程学不同之处在于系统工程与其它工程学不同之处在于它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些学科边界空白的边缘科它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些学科边界空白的边缘科学。

12、因为系统工程的目的是研究系统，而系统不仅涉及到工程学的学。因为系统工程的目的是研究系统，而系统不仅涉及到工程学的领域，还涉及到社会、经济和政治等领域，为了圆满解决这些交叉领域，还涉及到社会、经济和政治等领域，为了圆满解决这些交叉领域的问题，除了需要某些纵向的专门技术以外，还要有一种技术领域的问题，除了需要某些纵向的专门技术以外，还要有一种技术从横向把它们组织起来，这种横向技术就是系统工程，也就是研究从横向把它们组织起来，这种横向技术就是系统工程，也就是研究系统所需的思想、技术和理论等体系化的总称。系统所需的思想、技术和理论等体系化的总称。”系统工程的定义系统工程的定义(4)中中国国大大百百科科

13、全全书书自自动动控控制制与与系系统统工工程程卷卷指指出出：“系系统统工工程程是是从从整整体体出出发发合合理理开开发发、设设计计、实实施施和和运运用用系系统统的的工工程程技技术术。它它是是系统科学直接改造世界的工程技术。系统科学直接改造世界的工程技术。”15(5)日日本本工工业业标标准准(JIS)规规定定：“系系统统工工程程是是为为了了更更好好地地达达到到系系统统目目标标，而而对对系系统统的的构构成成要要素素、组组织织结结构构、信信息息流流动动和和控控制制机机构构等等进进行行分分析析与设计的技术与设计的技术”。系统工程的定义系统工程的定义 系统工程是一门研究大规模复杂系统的系统工程是一门研究大规

14、模复杂系统的交叉交叉学科学科，它是根据整体协调的需要，综合运用各，它是根据整体协调的需要，综合运用各种现代科学思想、理论、技术、方法、工具，种现代科学思想、理论、技术、方法、工具，对系统进行研究分析、设计制造和服务，使系对系统进行研究分析、设计制造和服务，使系统整体尽量达到最佳协调和最满意的优化。统整体尽量达到最佳协调和最满意的优化。钱学森提出的现代科学技术体系钱学森提出的现代科学技术体系四个层次一座桥梁四个层次一座桥梁17系统工程研究对象系统工程研究对象研究对象：研究对象：不限于物质系统，还包括自然系统、不限于物质系统，还包括自然系统、社会经济系统、经营管理系统、军社会经济系统、经营管理系统

15、、军事指挥系统等等。事指挥系统等等。系统工程在系统工程在自然科学自然科学与与社会科学社会科学之间架设了一之间架设了一座沟通的桥梁。座沟通的桥梁。182.2.系统工程的理论基础系统工程的理论基础从系统工程的定义可以看出，系统工程从系统工程的定义可以看出，系统工程是一门跨学科的是一门跨学科的边缘性交叉学科边缘性交叉学科，它包括，它包括自然、社会及工程设计分析等方面的知识，自然、社会及工程设计分析等方面的知识，它是由一般它是由一般系统论系统论、经济控制论经济控制论、运筹学运筹学等学科相互渗透、交叉发展而形成的。等学科相互渗透、交叉发展而形成的。193.3.系统工程与一般工程比较的特点系统工程与一般工

16、程比较的特点传统工程传统工程系统工程系统工程研究研究对象对象特定的工程物质不局限于特定工程物质，也不局限于物质系统研究研究方法方法专业知识各种现代科学知识和专业知识着眼点着眼点局部最优整体最优204.4.系统工程与运筹学区别系统工程与运筹学区别系统工程：系统工程：侧重于评价和改进现有系统、设计新系统。侧重于评价和改进现有系统、设计新系统。运筹学：运筹学：通通常常涉涉及及现现有有系系统统运运营营情情况况，侧侧重重于于资资源的最优配置。源的最优配置。215.5.系统工程理论的新发展系统工程理论的新发展系统工程作为一门交叉学科，日益向多种学系统工程作为一门交叉学科，日益向多种学科渗透和交叉发展。科渗

17、透和交叉发展。系统工程作为一门软科学，日益受到人们系统工程作为一门软科学，日益受到人们的重视。的重视。225.5.系统工程理论的新发展系统工程理论的新发展复杂适应系统理论（复杂适应系统理论（CASCAS理论）理论）系统工程朝着系统工程朝着“巨系统巨系统”的方向发展的方向发展综合集成研讨厅体系构想综合集成研讨厅体系构想23四、系统工程方法论四、系统工程方法论 它是系统工程思考问题和处理问题的一般它是系统工程思考问题和处理问题的一般方法，把分析对象作为整体系统来考虑，方法，把分析对象作为整体系统来考虑，进行分析、设计、制造和使用时的基本进行分析、设计、制造和使用时的基本思想方法和工作方法。思想方法

18、和工作方法。系统工程方法论就是解决系统工程实践中系统工程方法论就是解决系统工程实践中的问题所应遵循的步骤、程序和方法。的问题所应遵循的步骤、程序和方法。1.1.系统工程方法论系统工程方法论242.2.系统工程与传统方法的区别系统工程与传统方法的区别 从前面对系统工程的介绍可以看出，系统工程的目从前面对系统工程的介绍可以看出，系统工程的目标是通过什么样的方法可使系统达到最优，而方法标是通过什么样的方法可使系统达到最优，而方法论是把设想付诸实现的过程。对于传统方法，它解论是把设想付诸实现的过程。对于传统方法，它解决问题的目标往往是单一的，比如设计一个产品或决问题的目标往往是单一的，比如设计一个产品

19、或只强调成本低或只强调性能高，而系统工程对目标只强调成本低或只强调性能高，而系统工程对目标的考虑需要从系统运行的全过程即的考虑需要从系统运行的全过程即时间方面时间方面以及在以及在每个阶段中处理问题的特殊思维过程即每个阶段中处理问题的特殊思维过程即逻辑方面逻辑方面，并综合运用各种专业知识即并综合运用各种专业知识即知识方面知识方面来综合考虑。来综合考虑。253.3.3.3.系统工程的三维结构分析系统工程的三维结构分析系统工程的三维结构分析系统工程的三维结构分析霍尔的霍尔的“三三维结构维结构”模模式式 26时间维时间维a)规规划划阶阶段段：主主要要是是按按照照设设计计要要求求提提出出系系统统目目标标

20、，制定规划和政策。制定规划和政策。b)拟拟定定阶阶段段：完完成成的的任任务务是是提提出出具具体体的的方方案案，进进行行系统的初步设计。系统的初步设计。c)分析阶段：分析阶段：对所设计的方案进行分析、比较。对所设计的方案进行分析、比较。d)运筹阶段运筹阶段：方案的综合选优，确定最优实施方案方案的综合选优，确定最优实施方案。e)实施阶段：实施阶段：系统的设计、安装及调试等。系统的设计、安装及调试等。f)运行阶段运行阶段：按照系统预定的用途工作。按照系统预定的用途工作。g)更更新新阶阶段段：按按系系统统要要求求实实施施，取取消消旧旧系系统统，代代之之以新系统，对系统改进。以新系统，对系统改进。27逻

21、辑维逻辑维a)明明确确问问题题：了了解解问问题题所所处处的的环环境境，收收集集有有关关的的数据和资料，主要目的是弄清问题。数据和资料，主要目的是弄清问题。b)系系统统指指标标设设计计：确确定定所所要要解解决决问问题题的的目目标标和和相相应的评价准则。应的评价准则。c)系统方案综合：系统方案综合：为实现预期目标，拟定所需采为实现预期目标，拟定所需采取的策略和应选择的方案。取的策略和应选择的方案。d)系统分析：系统分析：深入了解所提出的政策措施和解决深入了解所提出的政策措施和解决方法，分析这些措施方法在实施中的预期效果。方法，分析这些措施方法在实施中的预期效果。28逻辑维逻辑维e)系统方案的优化与

22、选择：系统方案的优化与选择：用数学规划等定量的用数学规划等定量的优化方法去判别各种方案的优劣，以进行方案选优化方法去判别各种方案的优劣，以进行方案选择。择。f)决策：决策：以指标体系为评价准则，在考虑决策者以指标体系为评价准则，在考虑决策者的偏好等基础上，选择最优方案。的偏好等基础上，选择最优方案。g)实施计划：实施计划：按决策结果制定实施方案和计划。按决策结果制定实施方案和计划。29知识维知识维 知识维是指各工作步骤所需的各门专知识维是指各工作步骤所需的各门专业知识，由于系统工程是个综合性业知识，由于系统工程是个综合性的交叉学科，在上述各阶段中，执的交叉学科，在上述各阶段中，执行任何一步都会

23、涉及多种专业技术，行任何一步都会涉及多种专业技术，如社会科学、工程技术、法律、商如社会科学、工程技术、法律、商业、医药、艺术等等。业、医药、艺术等等。304 4、系统分析简介、系统分析简介l狭义的解释狭义的解释认为系统分析是系统工程的认为系统分析是系统工程的一项优化技术，是系统工程在非结构化一项优化技术，是系统工程在非结构化问题决策中的具体应用。问题决策中的具体应用。l系统工程方法论的基础是系统分析技术，系统工程方法论的基础是系统分析技术，系统分析是完成系统工程问题的中心环节系统分析是完成系统工程问题的中心环节;l广义的解释广义的解释认为系统分析就是系统工程，认为系统分析就是系统工程，系统分析

24、是系统工程的同义词系统分析是系统工程的同义词;315.5.系统分析的概念及要素系统分析的概念及要素系统分析是运用建模及预测、优化、仿真、系统分析是运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术对系统的各有关方面进行定性与评价等技术对系统的各有关方面进行定性与定量相结合的分析，为选择最优或满意的系定量相结合的分析，为选择最优或满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程。统方案提供决策依据的分析研究过程。32系统分析的基本概念系统分析的基本概念系统分析的目的系统分析的目的是在于分析系统内部与系是在于分析系统内部与系统环境之间、系统内部各要素之间的相互统环境之间、系统内部各要素之间的相互依赖、相互制约、相互促

25、进的复杂关系，依赖、相互制约、相互促进的复杂关系，分析系统要素的层次结构关系及其对系统分析系统要素的层次结构关系及其对系统功能和目标的影响，通过建立系统的分析功能和目标的影响，通过建立系统的分析模型使系统各要素及其与环境之间的协调模型使系统各要素及其与环境之间的协调达到最佳状态，达到最佳状态，最终为系统决策提供依据。最终为系统决策提供依据。33系统分析的要素系统分析的要素（1）问题）问题（2）目的及目标）目的及目标（3）方案）方案（4）模型）模型（5）评价）评价（6）决策者）决策者系统工程方法论系统工程方法论弄清问题弄清问题|目标选择目标选择|拟定方案拟定方案|建立模型建立模型|系统评价系统评

26、价|系统决策系统决策|实施实施系系统统分分析析356.6.系统分析的程序系统分析的程序36（1 1）初步分析）初步分析初步分析：初步分析：What?Why?Where?When?Who?How?l问题的目标问题的目标目标的层次性 目标的冲突37目标树 X X1 X2 X338目标冲突和利害冲突目标冲突和利害冲突 在在目目标标分分析析过过程程中中，系系统统分分析析人人员员经经常常会会发发现现，许许多多关关键键情情况况往往往往是是由由于于存存在在着着相相互互冲冲突突的的分分目目标标造造成成的的。这这有有两两种种情情况：况：一种是纯属专业性质的，即目标冲突问题；另一种是社会性质的，即利害冲突问题。3

27、9目标冲突目标冲突例例如如在在进进行行产产品品设设计计时时，所所可可能能强强调调的的两个目标：两个目标：一是尽可能低的成本二是尽可能高的质量。解决办法：解决办法：建立一个没有矛盾的目标集，把引起矛盾的分目标剔除掉。采用所有分目标，寻求一个能达到冲突目标得以并存的方案。40利害冲突利害冲突处理的方法处理的方法 ：目标方之一放弃自己的利益；保持其中一个目标，用其它方式补偿或部分补偿受损方的利益；通过协商调整目标系统，使之达到目标相容。l例如企业在减员增效的过程中就至少有如例如企业在减员增效的过程中就至少有如下两个目标：下两个目标：一是提高企业的效益二是保证工作岗位不减员。417.7.系统分析的原则

28、系统分析的原则 （1）坚持问题导向；（2）以整体为目标；（3）多方案模型分析和选优；（4）定量分析与定性分析相结合；（5）多次反复进行。烟囱例：发电厂环境工程系统分析例：发电厂环境工程系统分析锅炉除尘器煤目的：模拟烟囱排放的烟尘和目的：模拟烟囱排放的烟尘和SO2，据此提出，据此提出最佳治理方案。最佳治理方案。烟尘超标烟尘超标4.84倍，倍，SO2超标超标10.84倍倍8.8.系统分析举例系统分析举例1 拟定方案：拟定方案：修修建建高高烟烟囱囱120m（目目前前是是45m），投投资估算资估算22万；万；不可行不可行(附近是机场）附近是机场）；该该厂厂采采用用的的是是多多管管旋旋风风加加文文丘丘里

29、里除除尘尘器器，效效率率为为93.8%，若若改改用用电电除除尘尘器器，除除尘尘效效率率将将提提高高到到99%，投投资资70万万；而而对对SO2，可可以以采采用用预洗或炉中添加石灰等方法，预洗或炉中添加石灰等方法，可行可行；1 拟定方案：拟定方案：更更换换锅锅炉炉，投投资资200万万，能能降降低低大大约约23的的飞飞灰灰，而而对对SO2没没有有减减少少。此此外外，还还可可能能引引起起燃燃烧烧效效率率降降低低。若若以以降降低低燃燃烧烧效效率率2计计算算，其其年年经经济济损损失失为为11.76万万元元，所所以这是一个不理想的可行方案；以这是一个不理想的可行方案；改改用用外外地地优优质质煤煤（目目前前

30、是是用用本本地地区区的的褐褐煤煤）。改改用用优优质质煤煤后后，煤煤尘尘与与SO2的的排排放放量量估估算算分分别别为为85.53kg/h和和129.7kg/h，均均小小于于标标准准量量。此此外外还还可可节节约约燃燃料料费费191.7万万元元/年年。这这是是四四个个方方案案中中比比较较理理想想的的治治理理污污染染的的方方案。案。45第二章第二章 系统分析系统分析一、模型与模型化简介一、模型与模型化简介二、系统结构分析技术二、系统结构分析技术三、系统仿真三、系统仿真46一、模型与模型化简介一、模型与模型化简介1 1、模型及特征、模型及特征模型是现实系统的替代物。模型应反映出系统模型是现实系统的替代物

31、。模型应反映出系统的主要组成部分、各部分之间的相互关系，以及在的主要组成部分、各部分之间的相互关系，以及在运用条件下的因果作用及相互关系。运用条件下的因果作用及相互关系。特征：特征：（1）它是现实世界部分的抽象或模仿；）它是现实世界部分的抽象或模仿；（2）它是由那些与分析的问题有关的因素构成的；）它是由那些与分析的问题有关的因素构成的；（3）它表明了有关因素间的相互关系。）它表明了有关因素间的相互关系。47模型化模型化模型化就是为描述系统的构成和行为，对实体系统的模型化就是为描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选，用一定方式（数学、图像等）各种因素进行适当筛选，用一定方式（数学

32、、图像等）表达系统实体的方法。表达系统实体的方法。-构模的过程构模的过程2.模型（化）及其本质l利用模型与原型之间某方面的相似关系，在研究的利用模型与原型之间某方面的相似关系，在研究的过程中用模型来代替原型，通过对模型的研究得到过程中用模型来代替原型，通过对模型的研究得到关于原型的一些信息。关于原型的一些信息。本质：本质：483.模型（化）的地位与作用作用：作用：（1 1）人们对客观系统一定程度研究结果的表达。）人们对客观系统一定程度研究结果的表达。（2 2）导致科学规律、理论、原理的发现。）导致科学规律、理论、原理的发现。（3 3）利用模型可以进行）利用模型可以进行“思想思想”试验。试验。4

33、9地位：地位：3.模型（化）的地位与作用模型不能代替对客观系统内容的研究，只有在模型不能代替对客观系统内容的研究，只有在和对客体系统内容研究相配合时，其作用才能充分和对客体系统内容研究相配合时，其作用才能充分发挥。发挥。504.模型的分类v概念模型：概念模型：通过人们的经验、知识和直觉形成的。形式上分为思维、字句或描述的。v符号模型：符号模型：用符号来代表系统的各种因素和它们间 的相互关系。分为结构模型和数学模型。v类比模型：类比模型：和实际模型作用相同。v仿真模型：仿真模型：用计算机对系统进行仿真时所用的模型。v形象模型：形象模型：把现实的东西的尺寸进行改变后的表示。分为物理模型和图像模型。

34、515.建立模型的一般原则 建立方框图建立方框图 考虑信息相关性考虑信息相关性 考虑准确性考虑准确性 考虑结集性考虑结集性526.建模的基本步骤明确建模的目的和要求；对系统进行一般语言描述；弄清系统中的主要因素及其相互关系；确定模型的结构；估计模型的参数；实验研究；必要修改。537.模型化的基本方法（4）老手法：（2）实验方法：（3）综合方法：（1）分析方法：（5）辨证法：化工化工过程过程分析与合成分析与合成过程：过程：客观事物从一个状态到另一个状态的转移。客观事物从一个状态到另一个状态的转移。过程过程工艺工艺：对物料流进行物理或化学的加工工艺。对物料流进行物理或化学的加工工艺。化工（炼油，化

35、肥）、轻工、冶金过程、医药生化工（炼油，化肥）、轻工、冶金过程、医药生产过程等。产过程等。制造制造工艺工艺：以工件为对象的加工工艺。像电视机、以工件为对象的加工工艺。像电视机、汽车、机械零件加工等的生产，都是制造工艺汽车、机械零件加工等的生产，都是制造工艺1.1 化工过程化化工工过过程程：以以天天然然物物料料（煤煤、石石油油、盐盐等等）为为基基础础原原料料，经经过过物物理理或或化化学学加加工工制制成成产产品的过程。品的过程。通常化工过程大都包括三个部分通常化工过程大都包括三个部分：原料制备原料制备化学反应化学反应产品分离产品分离w在在多多种种多多样样的的单单元元过过程程中中，最最重重要要的的也

36、也是是最多用的单元过程最多用的单元过程是：是：w化学反应过程化学反应过程w换热过程换热过程w分离过程分离过程1.1.1 化学反应过程化学反应过程是化工过程的核心部分化学反应过程是化工过程的核心部分。主要的化学反应过程有：主要的化学反应过程有：催化催化反应过程反应过程热裂解反应热裂解反应过程过程电解质溶液离子反应电解质溶液离子反应过程过程生物化学生物化学反应过程反应过程1.1.2 换热过程定义：定义：化工过程工艺流程中被处理的物流，按各单元化工过程工艺流程中被处理的物流，按各单元过程所要求的温度，通过换热器加热或冷却的过程。过程所要求的温度，通过换热器加热或冷却的过程。换热网络：换热网络：换热网

37、络：换热网络：满足这种换热要求的热量或冷量，可以来满足这种换热要求的热量或冷量，可以来自流程中的工艺物料流或是来自公用工程，构成换热自流程中的工艺物料流或是来自公用工程，构成换热网络。网络。换热网络设计目标：换热网络设计目标：以最大限度的节能、经济的设备以最大限度的节能、经济的设备投资、良好的操作适应性。投资、良好的操作适应性。实现最佳的换热网络设计，是化工过程系统合成研究实现最佳的换热网络设计，是化工过程系统合成研究的一项典型的事例，的一项典型的事例，也是也是本课程本课程将要将要重点研讨重点研讨的一项的一项内容。内容。1.1.3 分离过程定义：定义：从某种已知组成的混合物中分离出某几种目标产

38、从某种已知组成的混合物中分离出某几种目标产物的过程物的过程.化工系统综合化工系统综合:从可以设计出的不同流程、不同塔数的从可以设计出的不同流程、不同塔数的多种流程方案中选择经济的、能满足分离要求的最佳方多种流程方案中选择经济的、能满足分离要求的最佳方案案.分离过程选择分离过程选择:非均一系物料的气固相分离非均一系物料的气固相分离:采用沉降、过滤、湿法除采用沉降、过滤、湿法除尘、电除尘等单元操作。尘、电除尘等单元操作。液固相分离液固相分离:过滤、干燥、沉降等。过滤、干燥、沉降等。均一系物料的气相分离均一系物料的气相分离，可采用吸附、吸收、膜分离。，可采用吸附、吸收、膜分离。液相分离液相分离:则可

39、用蒸馏与精馏、蒸发、结晶、汽提、萃则可用蒸馏与精馏、蒸发、结晶、汽提、萃取、膜分离等。取、膜分离等。化学反应过程化学反应过程换热过程换热过程分离过程分离过程不同的化工过程只是这三类过程的不同组合不同的化工过程只是这三类过程的不同组合化工系统工程研究内容化工系统工程研究内容:这三类，其中主要是这三类，其中主要是换热过程和分离过程换热过程和分离过程1.2 化工过程生产操作控制化工过程生产操作控制化工过程生产操作控制：对生产操作工况：对生产操作工况的调节。主要是对物料流温度、压力、流的调节。主要是对物料流温度、压力、流量、液位、组成等操作参数的调节。量、液位、组成等操作参数的调节。化工过程生产操作控

40、制分类化工过程生产操作控制分类 分散控制分散控制 集中控制集中控制化工过程生产操作控制化工过程生产操作控制对生产过程是否能正对生产过程是否能正常进行影响很大，因此至关重要。常进行影响很大，因此至关重要。分散控制分散控制:20世纪四五十年代的早期过程控制技术，采用基世纪四五十年代的早期过程控制技术，采用基地式控制仪表实施单输入、单输出的简单回路控地式控制仪表实施单输入、单输出的简单回路控制，又称为制，又称为分散控制分散控制，目标目标:保持生产工况平稳。保持生产工况平稳。分散控制技术的特点分散控制技术的特点：各个控制回路都相互独立。：各个控制回路都相互独立。优点：优点：当某一控制回路出现故障时，不

41、致影响其当某一控制回路出现故障时，不致影响其他回路的正常工作。他回路的正常工作。缺点：缺点：控制参数较多时，需要相应设置较多的硬控制参数较多时，需要相应设置较多的硬件。且这种分散的控制，件。且这种分散的控制，难于实现总体优化难于实现总体优化。集中控制集中控制：将计算机应用于化工过程控制，：将计算机应用于化工过程控制，把各个控制回路的运算、控制、显示都集中把各个控制回路的运算、控制、显示都集中于计算机来实现的控制手段。于计算机来实现的控制手段。优点优点：可以大大的节省硬件成本，便于同时：可以大大的节省硬件成本，便于同时分析各个控制回路的信息，为实现全系统的分析各个控制回路的信息，为实现全系统的优

42、化控制提供了条件。优化控制提供了条件。缺点缺点：一旦发生计算机故障则将出现全控制：一旦发生计算机故障则将出现全控制系统瘫痪的危险。由于这种缺陷的困扰，曾系统瘫痪的危险。由于这种缺陷的困扰，曾使计算机控制技术一度陷于难于发展的困境。使计算机控制技术一度陷于难于发展的困境。20世纪世纪70年代中期年代中期集散系统集散系统的出现，使计算的出现，使计算机控制技术出现了灿烂的应用前景。机控制技术出现了灿烂的应用前景。1.3 化工过程分析与合成化工过程分析与合成化工过程分析与合成化工过程分析与合成又称为又称为化工过程系统工化工过程系统工程程，化工过程系统工程化工过程系统工程是在是在系统工程系统工程、化学工

43、程化学工程、过程控制过程控制、计算数学、信息技术计算数学、信息技术等学科的边等学科的边缘上产生的一门综合性学科，缘上产生的一门综合性学科，化工过程系统工程化工过程系统工程以处理物料以处理物料-能量能量-信息流信息流的过程系统为研究对象。的过程系统为研究对象。“化化工工过过程程系系统统工工程程”作作为为现现代代化化学学工工程程的的一一个个组组成成部部分分，是是新新近近发发展展起起来来的的一一门门新兴的边缘科学。新兴的边缘科学。简简单单地地说说，将将系系统统工工程程学学的的理理论论和和方方法法应应用用于于化化工工过过程程就就形形成成了了化化工工过过程程系系统统工工程程，简称为化工系统工程简称为化工

44、系统工程。一 化工过程系统工程系统工程：系统工程：以大系统为对象进行研究的跨学科以大系统为对象进行研究的跨学科的边缘性科学。的边缘性科学。起源起源:该学科该学科最初发源于美国最初发源于美国，由于二次世界大，由于二次世界大战期间，美国需要在有限的时间、空间和运力战期间，美国需要在有限的时间、空间和运力条件下安排达到最大的运送量。因此提出了如条件下安排达到最大的运送量。因此提出了如何对何对运力进行安排以实现最大运送量运力进行安排以实现最大运送量的问题。的问题。其其后后，在在通通信信网网络络的的设设计计过过程程中中，也也发发现现存存在在着着如如何何安安排排通通信信网网络络以以达达到到用用最最小小的的

45、投投入入，得得到最优的通话效果的到最优的通话效果的通信网络最优配备通信网络最优配备问题。问题。由由于于先先驱驱者者的的出出发发点点和和侧侧重重面面各各有有不不同同，对系统工程的理解和认识也就各有不同对系统工程的理解和认识也就各有不同.有有些些人人强强调调复复杂杂系系统统的的最最优优管管理理和和最最优优控控制。制。有些人则着眼于工程有些人则着眼于工程系统的规划和最优设系统的规划和最优设计。计。当强调复杂系统的最优管理和最当强调复杂系统的最优管理和最优控制时优控制时现代管理科学。现代管理科学。当着眼工程的规划及最优设计当着眼工程的规划及最优设计寻优的综合技术。寻优的综合技术。系统工程的基本思想系统

46、工程的基本思想：从系统整体的观念从系统整体的观念出发，周密考虑系统内各个组成部分相互出发，周密考虑系统内各个组成部分相互间的制约关系，讨论系统整体的最优策略。间的制约关系，讨论系统整体的最优策略。系统工程学系统工程学又名：又名：工程学的方法论工程学的方法论研究对象：各个不同的系统研究对象：各个不同的系统化工过程系统工程化工过程系统工程以以系统工程学为基础系统工程学为基础，把把社社会会问问题题作作为为研研究究对对象象的的学学科科称称为为社社会会系系统工程学统工程学。把把环环境境问问题题作作为为研研究究对对象象的的学学科科称称为为环环境境系系统工程学。统工程学。把把化化工工过过程程系系统统问问题题

47、作作为为研研究究对对象象的的学学科科称称为为化工化工过程系统工程学过程系统工程学。1 认识上的三次飞跃认识上的三次飞跃第第一一次次：20年年代代 提提出出了了“单单元元操操作作”的的概概念念 产生了化学工程学产生了化学工程学第第二二次次：50年年代代 提提出出了了“三三传传”的的概概念念 产产生了化工传递过程原理的学科生了化工传递过程原理的学科第第三三次次：60年年代代初初 提提出出了了“对对化化工工过过程程系系统统的的分分析析和和模模拟拟”的的概概念念 产产生生了了化化工工过过程程系系统统工程学工程学二、二、化工过程系统工程学的起源和发展化工过程系统工程学的起源和发展2 化工过程系统工程学产

48、生的基础化工过程系统工程学产生的基础化化工工生生产产过过程程的的综综合合性性不不断断增增强强，化化工工企企业业朝朝着着多多品种、跨学科的方向发展品种、跨学科的方向发展化化工工装装置置日日趋趋大大型型化化，对对放放大大技技术术的的要要求求越越来来越越高高，小试到规模生产的周期越来越短。小试到规模生产的周期越来越短。能能源源紧紧缺缺，能能源源的的有有效效及及合合理理利利用用成成为为人人们们越越来来越越关心的问题。关心的问题。产产品品竞竞争争日日益益加加剧剧，一一个个品品种种的的改改变变要要求求跟跟着着企企业业迅速改变，以适应市场的变化迅速改变，以适应市场的变化环环境境意意识识的的提提高高，要要求求

49、企企业业对对污污染染加加以以严严格格的的控控制制，提出了如何减少污染，合理的综合利用资源的问题。提出了如何减少污染，合理的综合利用资源的问题。3 化工系统工程学的综合性化工系统工程学的综合性从化工系统工程学的形成过程可知，这是一门综从化工系统工程学的形成过程可知，这是一门综合性学科，涉及：合性学科，涉及：化学工程学化学工程学系统工程学系统工程学运筹学运筹学计算技术计算技术过程控制理论过程控制理论三、化工系统工程学的基本内容任务：任务：在在“一定的输入输出条件下，寻求一定的输入输出条件下，寻求一个整体最优的过程系统一个整体最优的过程系统”。对一个待求的未知系统应指出：该对一个待求的未知系统应指出

50、：该系统应系统应如何规划、设计、操作、控制如何规划、设计、操作、控制。为完成上述任务，大致包括两个方为完成上述任务，大致包括两个方面的工作面的工作:化工过程系统的化工过程系统的分析分析 化工过程系统的化工过程系统的合成合成化工过程分析化工过程分析：对过程系统的运行机制、影响因素、：对过程系统的运行机制、影响因素、过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况下的最佳操作参数等进行分析。下的最佳操作参数等进行分析。例：例：某年产某年产30万万t乙烯装置乙烯装置改扩建改扩建为为45万万t装置，竣装置，竣工投产后工投产后达到了预期的产量达到了预期的产量，但，