Tiếp cận hệ thống công nghệ

Hệ thống là tập hợp của nhiều các phần tử có cấu trúc bên trong nhất định và có tương tác với môi trừng bên ngoài Đây là một khái niệm nêu lên được vị trí không gian của hệ thống cũng như cấu trúc bên trong của hệ thống Để tìm được cấu trúc của hệ chúng ta cần phân tích hệ thành những phần tử và như vậy chúng ta khắc phục được tính phức tạp của hệ, nhưng để nắm được hành vi của hệ ta phải mô tả tập hợp bản chất của hệ. Vậy phân...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tiếp cận hệ thống công nghệ BÀI MỞ ĐẦU: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.KHÁI NIỆM HỆ THỐNG VÀ CÁCH TIẾP CẬN HỆ THÔNG CÔNG NGHỆ Hệ thống là tập hợp của nhiều các phần tử có cấu trúc bên trong nhất định và có tương tác với môi trừng bên ngoài Đây là một khái niệm nêu lên được vị trí không gian của hệ thống cũng như cấu trúc bên trong của hệ thống Để tìm được cấu trúc của hệ chúng ta cần phân tích hệ thành những phần tử và như vậy chúng ta khắc phục được tính phức tạp của hệ, nhưng để nắm được hành vi của hệ ta phải mô tả tập hợp bản chất của hệ. Vậy phân tích hệ thông và tổng hợp hệ thống là hai mặt của một nguyên tắc tiếp cận hệ thống. Đây là hai quá trình khác nhau nhằm mô tả bản chất của hệ tức là mô tả cấu trúc và mô tả hành vi. Chỉ trên cơ sở các hàm toán mô tả hành vi của hê mới tìm được hành vi thích hợp nhất. Tức là chỉ có thể tìm ra được bảm chất của hệ nhờ mô hình hóa và tìm ra được điều kiện công nghệ tối ưu nhờ tối ưu hóa các hàm toán mô tả bản chất của hệ. 2. MÔ HÌNH HÓA 1.1. Khái niệm. Mô hình là gì ? Theo Stoff Một mô hình là một đối tượng được một chủ thể nào đó trên cơ sở của sự đồng dạng về cấu trúc và chức năng dùng thay thế cho một nguyên bản tương ứng để có thể giải quyết một nhiệm vụ nhất định. Như vậy một nguyên bản có thể có nhiều mô hình tùy thuộc chủ thể cần giải quyết. Mô hình đơn giản hơn nguyên bản, nó chỉ đồng dạng với nguyên bản về cấu trúc và chức năng mà chủ thể quan tâm. Chính vì thế chủ thể mới thu nhận được thông tin trên cơ sở phân tích mô hình. Các quá trình công nghệ nói chung, công nghệ hóa học nói riêng là các quá trình phức tạp. Muốn triển khai nó cần phải nắm được bản chất của hệ thông qua các hàm toán. Để có hàm toán chúng ta chỉ lựa chọn những nét cơ bản nhất phản ánh các đặc điểm công nghệ của hệ và vì vậy chúng ta phải sử dụng phương pháp mô hình hóa. Mô hình toán là gì ? Theo Stoff Một mô hình toán là biểu diễn toán học những mặt chủ yếu của một nguyên bản theo một nhiệm vụ nào đó, trong phạm vi giới hạn với một độ chính xác vừa đủ và trong một dạng thích hợp cho sự vận dụng Một mô hình tóan của một nguyên bản phải có bốn điều kiện sau: + Chỉ mô tả những mặt chính mà chủ thể quan tâm + Mô tả trong một phạm vi giới hạn + Độ chính xác vừa đủ + Khả năng vận dụng mô hình đã được lập trong điều kiện cụ thể Có nhiều dạng mô tả toán học khác nhau, mỗi một mô tả có hướng khai thác riêng phụ thuộc vào từng chuyên ngành, chỉ có những mô tả tương thích với quá trình công nghệ mới được chấp nhận. 2.2 Phân loại mô hình toán của đối tượng công nghệ.hóa học + Mô hình vật lý xác định động học của quá trình chuyển vật lý + Mô hình toán điều khiển + Mô hình thực nghiệm (mô hình thống kê thực nghiệm): Ở mô hình này người ta xây dựng quan hệ giữa các đại lượng trên cơ sở không nghiên cứu cấu trúc thực mà các quan hệ đươc thiết lập trên việc sử lý thống kê những giá trị thực nghiệm. Ví dụ: Phương trình hồi qui, đó là những mô hình được xây dựng dựa trên số liệu thực nghiệm mà người nghiên cứu thu được trong quá trình làm thực nghiệm. Y = bo + b1x1 +b2x2 + b12x1x2 3. TỐI ƯU HÓA. 3.1. Khái niệm. Tối ưu hóa hay còn gọi là qui hoạch toán học, nó là một bộ phận quan trọng của toán nói chung và toán công nghệ nói riêng. Nó là một trong những công cụ hết sức sắc bén để giải quyết hàng loạt các bài toán thuộc lĩnh vực kinh tê, kỹ thuật, đặc biệt là các bài toán trong công nghệ hóa học, công nghệ thực phẩm và sinh học. Tối ưu hóa là xác định cực trị của hàm, hay tiến hành một điều kiện tối ưu để thực hiện một quá trình cho trước. Hay người ta cũng có thể quan niện rằng tối ưu hóa là sự lựa chọn tốt nhất. 3.2.Cách biểu diễn bài toán tối ưu. Giả sử một hệ thống công nghệ được biểu diễn dưới dạng sau Y = F (x1 , x2) x1 Є Ωx1 x2 Є Ωx2 Hàm mục tiêu I = I(x1 , x2) Bài toán được biểu diễn như sau: Iopt = opt I (x1 , x2) = I ( x1opt , x2opt ) Hoặc Iopt = Max I (x1 ,x2) Iopt = Min I (x1 ,x2) x1 Є Ωx1 x2 Є Ωx2 Iopt là hiệu quả tối ưu x1opt, x2opt,...là nghiệm tối ưu hoạch phương án tối ưu 3.3. Ba thành phần cơ bản của bài toán tối ưu. 3.3.1. Hàm mục tiêu. + Hàm mục tiêu là hàm thể hiện kết quả mà người nghiên cứu cần đạt được. + Hàm mục tiêu là tiêu chuẩn tối ưu ở dạng hàm , nó phụ thuộc vào yếu tố đầu vào, giá trị của nó cho phép đánh giá chất lượng của một nghiên cứu. + Tối ưu hóa là một đại lượng mà người nghiên cứu chọn làm hàm mục tiêu. 3.3.2. Quan hệ giữa các đại lượng. Ơ đây chúng ta khảo sát quan hệ sau. + Quan hệ quã các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ, áp xuất, pH của một phản ứng. + Quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng (các thông số cần tối ưu) với hàm mục tiêu Các quan hệ nàyđược biểu diễn bằng những mô hình toán học dạng cơ bản hoặc dạng mô hình thống kê thực nghiệm. 3.3.3. Các điều kiện ràng b ...