化工过程系统工程概论

传统的分析方法：往往把一个事物分解成许多独立的 部分，把问题分得很细，然后分别进行深入研究。由 于这样的研究方法往往容易把事物看成是孤立的、静 止的，因此得出的结论往往被限制在一个局部的条件 下，如果扩大到更大的范围来考察，那么整体的结论 就可能是片面的、甚至是错误的。
系统工程学：把所研究的对象当作一个整体来研究，也即把 一个研究的对象看作一个系统，从系统整体出发去研究系统 内部各组成之间的有机联系和系统外部环境的相互关系。 ——综合研究的方法，即是系统工程研究方法。
第二次飞跃:廿世纪50年代，从“单元操作”中又进一步归纳 出其中共同的基本规律，进而提出了“传递过程”的概念；
第三次飞跃:廿世纪50年代以后，是将各种单元操作所组成的 化工系统作为一个整体进行研究。
化工过程系统工程产生的必要性：生产的发展
新产品、新过程的开发加快与工业放大技术落后之间的矛盾尖锐化， 要求将过去的相似模拟（如实验室的试验）、逐级放大的方法改为通 过数学模拟来指导放大与设计，以加快放大与设计的整个过程，缩短 开发周期；
包括: 过程系统模拟与分析、过程系统综合、过程系统控制与操作、 过程系统的设计与优化和人工智能技术在化工过程中的应用等。
化工过程系统工程的产生和发展
廿世纪60年代是化工过程系统工程产生和发展的理论准备时期，代表性的研 究者有美国的Rudd和Watson（1968），Himmelblau和Bischoff（1968），日 本的矢木荣和西村肇（1969），苏联的Кафаров（1971）等，他们的论著阐 述了化工过程系统工程的研究方法和内容。 廿世纪70年代是化工过程系统工程走上实用的时期。随着计算机应用的普及， 采用化工过程系统工程方法，陆续研制出有效的工业用化工流程通用模拟系 统，并对过程生产实现计算机控制，取得显著经济效益。 廿世纪80年代是化工过程系统工程普及推广的时代，不仅在化工、石油、石 油化工、核工业和能源工业中获得广泛应用，而且向冶金、轻工、食品等连 续加工过程工业部门推广，有力地促进了这些部门生产技术的飞速发展，相 应地，化工过程系统工程学科在理论、方法和内容方面也在不断完善和发展， 自1982年起每隔三年一届的国际化工过程系统工程会议就是这一进步的标志 之一。 我国从廿世纪70年代开始介绍这门新学科。廿世纪80年代开始这一学科发展 很快。
化工过程系统工程概论
1 系统与系统工程 2 化工过程系统工程 3 数学模拟的优点与限制 4 流程结构的图形表示 5 流程结构的矩阵表示 6 流程模拟系统
引言：化工生产认识上的三次飞跃
第一次飞跃:廿世纪20年代，从各种各样化工生产工艺中找出 了组成它们的共同的基本单元，抽象出“单元操作”的概念， 从而奠定了化学工程的基础；
构 功能 成
系
统
系统思想、理论、 方法、策略、手段
构成要素 组织结构 信息交换 反馈控制 局部利益 整体利益
系统综合 最优化 协调 配合
系统整体的协调与优化过程
“系统工程”
——工程学的方法论，以研究大系统为对象的一门边缘学科。
将自然科学和社会科学中的某些思想、理论、方法、策略和手 段等根据总体协调的需要有机地联系起来，把生产、科研、经 济活动等有效地组织起来。 用数学方法和计算机等工具，对系统的构成要素、组织结构、 信息交换、反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务。 从而达到最优设计、控制、管理，使局部和整体之间的关系协 调配合，以实现系统的综合最优化。
2 化工过程系统工程
化学工程学的一个分支，是将系统工程学的理论和方法应用于化 工过程领域的一门新兴的边缘学科。 所涉及的学科有：化学工程、系统工程、运筹学、控制论、计算 机科学、计算数学、人工智能等。
基本内容: 是从化工系统的整体目标出发，根据系统内部各个组成 部分的特性及其相互关系，确定化工系统在规划、设计、控制和 管理等方面的最优策略。
系统工程与其它工程学不同，不限于某个领域，不限 于物质系统，被认为是一种“软科学”。
作为一门工程技术，是在运筹学、控制论、计算机技术、 工程设计、管理科学等学科的基础上发展起来的。
系统工程对系统整体的协调与优化过程可用图表示。
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电子计算机
分析 设计 制造 服务
最优设计 控制 管理
生产 科研 经济活动
现代工业的综合化发展，使流程结构日益复杂，在这种综合企业的合 理设计时，就不能把单个装置孤立起来，而必须要整个地作为一个系 统来进行研究，分析其整体特性；装置规模的日益大型化对设计提出 了更高的要求，即要求做到大型系统的整体最优化设计，这样可大幅 度节省投资费用和操作费用。
化工过程系统工程产生的可能性：临近学科的发展 化学工程：对过程的机理了解比较清楚； 计算数学：复杂问题在计算机上顺利求解； 运筹学及后来的系统工程学科：分析大规模系统的手段； 控制论学科：从过程控制的角度，运用系统工程方法来研
一般系统论：美籍奥地利生物学家贝塔朗菲L.V.Bertalanffy） 创立的一门逻辑和数学领域的科学，它的主要目的是企图确 立适用于系统的一般原则。它运用完整性、集中化、等级结 构、终极性、逻辑同构等概念，找出适用于一切综合系统或 子系统的模式、原则和规律。
后来又发展成为试图包括一般系统论、控制论、自动机理论、 信息论、集合论、图论、网络理论、系统数学、对策论、判 定论、计算数学、模拟……的理论和方法，统称为系统论。 它活跃于国际学术界，已成为科学哲学流派之一。
究整体控制性能； 计算机技术：为化工过程分析和顺利而高效地进行过程设
计提供了基础； 等等。
将系统工程的思想和方法应用于化工过程，即 称为化工过程系统工程。
化工过程系统模拟与分析是化工过程系统工程 的重要组成部分，是其研究的基础与主要内容。
1 系统与系统工程
❖系统”这一概念的来源？ ❖传统的分析方法与系统工程学的分析方法的区别？ ❖“系统工程”的对象是什么？ ❖系统工程对系统整体的协调与优化过程是一个怎样的过程？
正像科学与其它领域中的每一个新的观念一样，系统的概念也有一段漫长 的历史。 “系统”概念，来源于人类的长期社会实践，但由于受到早年科学技术发展 水平的限制，一直没有受到应有的重视。直到廿世纪40年代美国才开始在工 程设计中应用“系统”这一概念，到了50年代以后“系统”这一概念逐步明 确化、具体化，并在工程技术系统的研究和管理中广泛应用。