Двухэтапная задача оптимального проектирования химико-технологических систем с жёсткими ограничениями в условиях неопределённости

• Автор: Первухин, Илья Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 198 с. : ил.

Оглавление

Список условных обозначений и сокращений

Список таблиц

Список иллюстраций

Введение
1 Обзор современных подходов к решению задачи оптимального проектирования гибких технических систем с учтом неопределнности исходной информации
1.1 Постановка задачи оптимального проектирования технических систем с учтом неопределенности.

1.1.1 Классификация неопределнных параметров.

1.1.2 Характеристика типов ограничений в задаче оптимального проектирования ХТС.

1.2 Подходы к оценке гибкости технологических систем в условиях неопределнности исходной информации

1.2.1 Функция гибкости как характеристика работоспособности ХТС

1.2.2 Индекс гибкости как оценка диапазона работоспособности ХТС
1.3 Постановка задачи оценки существования гибкой ХТС .
1.4 Подходы к решению задачи оптимального проектирования технических систем
1.4.1 Одноэтапная постановка задачи оптимального проектирования ХТС
1.4.2 Двухэтапная постановка задачи оптимального проектирования ХТС
1.4.3 Решение задачи оптимального проектирования ХТС
без использования функции гибкости.
1.4.4 Решение задачи оптимального проектирования ХТС с
использованием функции гибкости
1.5 Методы решения задач оптимизации в условиях неоиределнности
1.5.1 Детерминированные методы .
1.5.2 Стохастические методы.
1.5.3 Эвристики.
1.5.4 Методы иолубесконечного программирования
1.5.5 Методы, использующие разбиение области неопрсде
лнности.
1.6 Выводы к главе 1.
2 Оценка гибкости ХТС
2.1 Разработка подхода для решения задачи расчта функции
гибкости ХТС на заданной области неопределнности
2.1.1 Формализованная постановка задач вычисления оценок функции гибкости
2.1.2 Учт переменных состояния при решении задачи расчта функции гибкости ХТС на заданной области неопределенности
2.1.3 Решение задачи вычисления значения функции гибкости для системы реактортеплообменник.
2.1.4 Решение задачи вычисления значения функции гибкости для системы теплообменников
2.1.5 Анализ полученных результатов.
2.2 Разработка подхода для решения задачи оценки возможности создания гибкой ХТС на заданной области неопределенности
2.2.1 Формализация задачи оценки возможности создания гибкой ХТС.
2.2.2 Описание подхода для решения задачи оценки возможности создания гибкой ХТС на заданной области неопределнности
2.2.3 Разработка алгоритмов оценки возможности создания гибкой ХТС
2.2.4 Учт переменных состояния при решении задачи оценки возможности создания гибкой ХТС на заданной области неопределнности
2.2.5 Решение задачи оценки возможности создания гибкой ХТС для системы реактортеплообменник
2.2.6 Решение задачи оценки возможности создания гибкой
ХТС для системы теплообменников.
2.3 Выводы к главе 2.
3 Разработка подхода для решения задачи оптимального проектирования гибкой ХТС
3.1 Описание подхода к решению задачи оптимального проектирования гибкой ХТС
3.2 Формализация задачи оптимального проектирования гибкой ХТС
3.3 Разработка алгоритмов для решения задачи оптимального проектирования гибкой ХТС
3.4 Учт переменных состояния при решении задачи оптимального проектирования гибкой ХТС.
3.5 Решение задачи оптимального проектирования гибкой ХТС
на примере системы Реактортеплообменник
3.6 Решение задачи оптимального проектирования гибкой ХТС
на примере системы теплообменников
3.7 Выводы к главе
4 Проектирование оптимальной подсистемы узла захолаживания пирогаза с учтом частичной неопределнности исходной информации
4.1 Описание технологической схемы подсистемы узла захола
живания пирогаза.
4.2 Математическая модель подсистемы узла захолаживаиия пи
рогаза
4.2.1 Математическая модель теплообменника.
4.2.2 Математическая модель сепаратора.
4.3 Системное исследование работоспособности действующей
подсистемы узла захолаживаиия пирогаза.
4.3.1 Постановка задачи анализа работоспособности подсистемы узла захолаживаиия пирогаза на существующей области неопределнности исходной информации
4.3.2 Постановка задачи анализа работоспособности подсистемы узла захолаживаиия пирогаза на ожидаемой области неопределнности исходной информации
4.4 Программный комплекс оптимального проектирования гибких технических систем
4.4.1 Назначение программного комплекса .
4.4.2 Режимы работы комплекса.
4.5 Анализ гибкости подсистемы узла захолаживаиия.
4.5.1 Анализ работоспособности подсистемы узла захолаживания пирогаза на существующей области неопределнности .
4.5.2 Анализ работоспособности подсистемы узла захолаживания пирогаза на ожидаемой области неопределнности .
4.6 Проектирование оптимальной подсистемы узла захолаживания пирогаза с учтом частичной неопределнности исходной информации.
4.6.1 Постановка задачи проектирования оптимальной подсистемы узла захолаживания пирогаза на ожидаемой области неопределенности
4.6.2 Решение задачи проектирования оптимальной подсистемы узла захолаживания пирогаза с учтом частичной неопределнности исходной информации
4.7 Выводы к главе 4
Основные результаты и выводы
Литература


Способы задания математической модели. Проблемы системного анализа, моделирования и оптимального проектирования химикотехнологических систем ХТС являются актуальными направлениями исследований в современной науке. Благодаря развитию вычислительной техники и появлению новых подходов к решению задач математического моделирования и оптимизации, стало возможным достаточно точное предсказание эффективности проектируемых конструкций. К настоящему времени разработано множество универсальных и специализированных пакетов прикладных моделирующих программ, предназначенных для решения задач оптимального проектирования процессов химической технологии, объектов машиностроения разных отраслей промышленности б. В их основу положены различные физикохимические модели отдельных типовых процессов. Качество получаемых результатов проектирования во многом зависит от достоверности используемой исходной информации. Очевидно, что такая информация содержит неточности, или можно сказать, что информация частично не определена. Известно, что найденные без учта факторов неопределенности проектные решения часто существенно отличаются от оптимальных. Кроме того, в процессе эксплуатации таких установок отклонения неопределнных параметров от номинальных значений могут снизить качество выпускаемой продукции, а порой вызвать переход к опасным или недопустимым режимам работы. Долгое время возможность изменения условий эксплуатации проектируемой системы учитывалась в виде эмпирических поправок, вводимых проектировщиком в полученное решение. Однако найденные таким образом параметры системы могли привести к построению слишком затратной ХТС, либо к ХТС, не обеспечивало щей выполнения всех проектных требований при изменении условий в процессе эксплуатации. Другой способ учта неопределнности подразумевает введение в математическую постановку задачи дополнительных условий на гибкость. Будем полагать, что в жизни ХТС существуют два этапа проектирование и функционирование. Математические основы учта неопределенности с использованием условий на гибкость были заложены в ые в работе К. Р. и I . В ней были сформулированы основные задачи анализа гибкости и оптимального проектирования гибких, т. ХТС функция гибкости ХТС, индекс гибкости выявление области гибкости ХТС и двухэтапная задача оптимального проектирования гибких ХТС ДЭЗО и предложены методы их решения. Дальнейшее развитие методы анализа гибкости и вопросы оптимального проектирования гибких систем получили в работах , С. А. и I ,0. В настоящее время задачами оптимального проектирования технических систем с учтом неопределнности в области химической технологии за рубежом занимаются I, ii , , i , , Ii , ,, , , , , 1, 7, 0, в России этими вопросами занимаются в НИФХИ им. Л.Я. Карпова Островский Г. М. и Волин Ю. М. 4, 5, , в СанктПетербургском государственном техническом университете Холодпов В. А. , в Тамбовском государственном техническом университете Дворецкий . I. 2, в Российском химикотехнологическом университете им. Д.И. Менделеева Егоров А. Ф. и Мешалкин В. П. . Однако решение поставленной проблемы нельзя считать завершнным. В частности, разработанные методы оценки гибкости и решения за
дач проектирования требуют больших временных затрат и вычислительных ресурсов. ХТС с учтом неопределенности в исходной информации и их программной реализации. Разработать способ оценки возможности создания гибкой ХТС на заданной области неопределнности и алгоритмы его реализации. Апробировать программный комплекс на решении задач оптимального проектирования ХТС при учте неопределнности. Основной текст диссертационной работы изложен в четырх главах. В первой главе дан обзор подходов к решению задачи оптимального проектирования и системного анализа ХТС, сложившихся в настоящее время. Рассмотрены два подхода к задаче проектирования, приводящие к двухэтапной и одноэтапной задачам оптимизации. Приведены постановки задач оптимального проектирования, дана классификация задач, рассмотрены методы их решения. Сформулированы цель и задачи исследования.