ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СИСТЕМНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

Ракова И.В., Данилов А.М.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

При решении технологических задач с использованием принципов системного анализа технологический процесс должен рассматриваться как сложная система, состоящая из элементов различных уровней детализации: от атомного до отдельного процесса. Система состоит из взаимодействующих элементов. Сущность системы невозможно понять, рассматривая только свойства элементов; существенны как способ взаимодействия элементов, так и взаимодействия элементов (или системы) с окружающей средой. Анализ элементарных процессов, проводимый отдельно, не позволяет установить стадию технологического процесса (например, массоперенос вещества осуществляется на нескольких технологических переделах: при химической реакции взаимодействия вяжущего с активатором; при перемешивании компонентов, тепловой обработке и др.). Так же, как и анализ отдельных стадий процесса без выявления взаимосвязи между ними и с окружающей средой, не дает возможности судить обо всем технологическом процессе. При анализе технологического процесса можно выделить несколько уровней иерархии, между которыми существуют отношения соподчиненности. Элементарные процессы технологии (химические, массообменные, тепловые, механические, гидромеханические) располагаются на первом уровне иерархии. На более высоких уровнях будут элементы, выделяемые по какому-либо признаку (например, по административно-хозяйственному или производственному). При анализе отдельного процесса в качестве элементов или ступеней иерархии могут выступать явления, определяющие в совокупности целевую функцию процесса (например, химическое превращение, теплообмен и т.д.). Основная идея системного анализа состоит в применении общих принципов декомпозиции системы на отдельные элементы и установление связей между ними, в определении цели исследования и определения этапов для достижения этой цели.

Системный подход к исследованию технологических процессов имеет цель получения оценок функционирования процесса на любом уровне декомпозиции и осуществляется в несколько этапов. Отдельный элемент системы в зависимости от поставленной цели может рассматриваться как отдельная система с более детализованными уровнями декомпозиции. Можно выделить четыре основных этапа системного исследования процесса.

Смысловой и качественный анализы объекта, производимые для выявления уровней декомпозиции, отдельных элементов и связей между ними (иерархические уровни, выбор элементов определяются исходя из общей цели исследования и степени изученности процесса).

Формализация имеющихся знаний (их источником служат фундаментальные законы и экспериментальные данные) об элементах, их взаимодействии, а также структурная идентификация (представление знаний в виде математических моделей) системы. Именно в математической модели формализуется рассматриваемый процесс, устанавливаются математические связи между входными и выходными параметрами.

Математическое моделирование процесса и определение адекватности модели (соответствие результатов моделирования экспериментальным данным), что определяется уровнем знаний о процессе и обоснованностью принятых допущений.

Идентификация математических моделей элементов. Математические модели сложных систем или процессов состоят из ряда элементарных; представляются системами уравнений при совокупности ограничений и допущений. Реальные условия протекания процессов никогда не будут совпадать с модельными. Поэтому модели будут содержать коэффициенты (параметры модели), определяемые экспериментально.

Декомпозиция технологического процесса предполагает разделение на основные операции (элементы): подготовка материалов, смешение компонентов, формование полуфабриката, тепловая обработка и дополнительные операции. Элементы в системе находятся в определенных отношениях между собой и окружающей средой (связи). Связи подразделяются на входы или факторы, оказывающие влияние на функционирование элемента (системы), и выходы или отклики, являющиеся воздействием элемента (системы) на окружающую среду. Контролируемые и регулируемые входы – управляющие факторы. Контролируемые и нерегулируемые входы – известные факторы, но не изменяемые произвольно (нерегулируемость входов может быть связана с трудностью регулирования). Неконтролируемые факторы – воздействия на систему, которые находятся вне контроля. Неконтролируемость факторов определяется недостаточной изученностью процесса (как фактор влияет на функционирование системы); невозможностью контроля за выделенным фактором (например, индивидуальность, состояние человека, работающего с системой); наличием ряда малозначимых факторов, суммарное воздействие (случайное) которых является существенным для системы. Математически функционирование системы в общем виде описывается системой уравнений , . Принципиально каждое уравнение системы определяет зависимость i-го выхода от всех входных воздействий. Установить влияние неконтролируемых факторов практически невозможно, Поэтому требуется упрощение математической модели. Оценка шума (влияние фактора ) фактически выделяется в самостоятельную задачу . Подход эффективно использовался при разработке ряда радиационно-защитных композитов [1].

Литература

1. Альбакасов А.И., Гарькина И.А., Данилов А.М., Королев Е.В.Моделирование свойств и синтез серных композиционных материалов / Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2012. - № 2. - С. 24-32.