[ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе д.х.н., профессор _Масленников И.Г.""_200 г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ
КОМПЛЕКС
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ХИМИЧЕСКРОЙ
ТЕХНОЛОГИИ
образовательной профессиональной программы (ОПП) 240803 – Рациональное использование материальных и энергетических ресурсов Факультет технологии органического синтеза и полимерных материалов Кафедра Ресурсосберегающих технологий Санкт-Петербург Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры ресурсосберегающих технологий протокол № от « » 200 г Заведующий кафедрой д.т.н., профессор Н.В.Лисицын Одобрено учебно-методической комиссией факультета технологии органического синтеза и полимерных материалов, протокол № от « » 200 г Председатель д.х.н., профессор _ Н.А. Лавров Комплекс составил к.т.н., доцент Н.В. Кузичкин Содержание 1 Пояснительная записка 2 Учебно-тематический план 3 Рабочая программа 4 Контрольные вопросы по дисциплине 5 Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов 6 Тестовые материалы, используемые при контроле знаний студентов 7 Методические рекомендации для преподавателей 8. ПриложениеПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Дисциплина «Системный анализ процессов химической технологии» входит в блок общепрофессиональных дисциплин. Рабочая программа дисциплины составлена в соответствии с разделом ОПД.Ф.13 Государственного Образовательного Стандарта специальности 240803 – Рациональное использование материальных и энергетических ресурсов.Выписка из Государственного Образовательного Стандарта ОПД.Ф.13 Системный анализ процессов химической технологии:
основные принципы системного анализа;
взаимосвязь явлений в отдельных процессах и аппаратах; иерархия явлений и их соподчиненность в изучении процессов и аппаратов; иерархическая структура химического производства; взаимовлияние аппаратов;
декомпозиция; реализация стратегии системного анализа в диалоговом режиме «человек-ЭВМ».
Цели и задачи дисциплины Изучение дисциплины «Системный анализ процессов химической технологии» преследует следующие цели: формирование у студентов системного подхода к решению задач проектирования и анализа эффективности ресурсосберегающих комплексов, развитие творческого мышления студентов, повышение их интеллектуального уровня.
Изучение дисциплины «Системный анализ процессов химической технологии» основано на знании студентами материалов дисциплин: «Общая химическая технология», «Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии», «Процессы и аппараты химической технологии», «Информатика». Полученные знания необходимы студентам при подготовке, выполнении и защите выпускной квалификационной работы и при решении научно-исследовательских, проектно-конструкторских, производственнотехнологических, организационно-управленческих задач в будущей профессиональной деятельности.
Задачи учебной дисциплины состоят в изучении теоретического материала по исследованию химико-технологических комплексов как единого целого, с учетом взаимосвязи между элементами систем и в приобретении умения и практических навыков разработки ресурсосберегающих технологий.
Дисциплина является основополагающей для специальной дисциплины «Проектирование и аппаратурное оформление ресурсосберегающих систем». В указанной дисциплине общие положения теории систем применяются для решения задач проектирования и анализа эффективности организационнотехнических ресурсосберегающих комплексов.
В результате изучения данной дисциплины студенты будут - основные принципы системного анализа;
- взаимосвязь явлений в отдельных процессах и аппаратах;
- иерархию явлений и их соподчиненность в изучении процессов и - иерархическую структуру химического производства; взаимовлияние аппаратов и декомпозицию;
- реализацию стратегии системного анализа в диалоговом режиме - о системном подходе для решения оптимизационных задач;
- о применении системного подхода при создании ресурсосберегающих систем в РФ, европейских странах, США, Японии;
- исследовать химико-технологические комплексы как единое целое, учитывая взаимосвязь между элементами систем;
- использовать современные информационные технологии.
Формы контроля По дисциплине ««Системный анализ процессов химической технологии»
предусмотрены следующие виды контроля знаний студентов:
- Оперативный контроль. Оперативный контроль проводится с целью определения качества усвоения лекционного материала и части дисциплины, предназначенной для самостоятельного изучения. Наиболее эффективным является его проведение в письменной форме или с использованием специализированного программного обеспечения по аттестации «Оперативный контроль» по окончании изучения очередной учебной темы. Частота контроля определяется индивидуально для каждой группы студентов, но не реже двух раз в течение семестра. Результаты оперативного контроля оформляются в виде отдельной ведомости и хранятся в системе электронного документооборота кафедры. При этом могут использоваться контрольные вопросы, тестовые задания.
- Рубежный контроль. В течение семестра студенты готовят ответы на контрольные вопросы и тестовые задания по каждой теме образовательной программы. Студентами по темам, в том числе и отнесенным к самостоятельному изучению с использованием рекомендованной литературы в учебнометодическом комплексе, выполняется контрольная работа. Результаты контрольной работы фиксируются в ведомости контрольных работ, ведомость хранится в системе электронного документооборота кафедры в течение периода обучения студента в ВУЗе (но не менее одного года).
- Итоговый контроль по курсу. Для контроля усвоения данной дисциплины учебным планом предусмотрен: зачет.
На зачете студентам предлагается ответить на 2 вопроса по материалам учебной дисциплины, включая и материал, представленный для самостоятельного изучения. Оценка по зачету является итоговой по курсу и проставляется в приложении к диплому.
УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№ Наименование Всего Количество аудиторных Количество часов химикотехнологических На подготовку к оперативному и рубежным контролям, зачету предусмотрены часы самостоятельной работы в объеме 7 часов.ИТОГО объем часов самостоятельной работы составит 47 часов.
Для оперативного контроля освоением дисциплины предусмотрен контроль самостоятельной работы студентов (КСР) в объеме 2 часов.
Распределение часов по дисциплине представлено следующим образом:
Всего на изучение дисциплины – 85 часов Аудиторные занятия – 95 часов (Лекции – 24 час., практические час., КСР – 2 час.)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
УТВЕРЖДАЮ
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ХИМИЧЕСКОЙ
ТЕХНОЛОГИИ
образовательной профессиональной программы (ОПП) 240803 – Рациональное использование материальных и энергетических Факультет технологии органического синтеза и полимерных материалов Кафедра Ресурсосберегающих технологий Контроль самостоятельной работы 2 час.Самостоятельная работа 47 час.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Ресурсосберегающих технологий Заведующий кафедрой д.т.н., профессор Н.В.Лисицын Одобрено учебно-методической комиссией факультета технологии органического синтеза и полимерных материалов, Председатель д.х.н., профессор _ Н.А. Лавров Программу составил к.т.н., доцент _ Н.В. Кузичкин
СОГЛАСОВАНО
Заведующая лабораторией стандартизации _ И.А. Рудакова1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ
ПРОЦЕССЕ
Изучение дисциплины «Системный анализ процессов химической технологии» преследует следующие цели: формирование у студентов системного подхода к решению задач проектирования и анализа эффективности ресурсосберегающих комплексов, развитие творческого мышления студентов, повышение их интеллектуального уровня.Изучение дисциплины «Системный анализ процессов химической технологии» основано на знании студентами материалов дисциплин: «Общая химическая технология», «Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии», «Процессы и аппараты химической технологии», «Информатика». Полученные знания необходимы студентам при подготовке, выполнении и защите выпускной квалификационной работы и при решении научно-исследовательских, проектно-конструкторских, производственнотехнологических, организационно-управленческих задач в будущей профессиональной деятельности.
Задачи учебной дисциплины состоят в изучении теоретического материала по исследованию химико-технологических комплексов как единого целого, с учетом взаимосвязи между элементами систем и в приобретении умения и практических навыков разработки ресурсосберегающих технологий.
Дисциплина является основополагающей для специальной дисциплины «Проектирование и аппаратурное оформление ресурсосберегающих систем». В указанной дисциплине общие положения теории систем применяются для решения задач проектирования и анализа эффективности организационнотехнических ресурсосберегающих комплексов.
2 ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате изучения данной дисциплины студенты будут - основные принципы системного анализа;- взаимосвязь явлений в отдельных процессах и аппаратах;
- иерархию явлений и их соподчиненность в изучении процессов и - иерархическую структуру химического производства; взаимовлияние аппаратов и декомпозицию;
- реализацию стратегии системного анализа в диалоговом режиме - иметь представления - о системном подходе для решения оптимизационных задач;
- о применении системного подхода при создании ресурсосберегающих систем в РФ, европейских странах, США, Японии;
- исследовать химико-технологические комплексы как единое целое, учитывая взаимосвязь между элементами систем;
- использовать современные информационные технологии.
3 ВИДЫ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ И ИХ ОБЪЕМ
Занятия по дисциплине «Системный анализ процессов химической технологии» проводятся на 4 курсе в 8-ом семестре в объеме: лекции – 24 час., практические занятия – 12 час., контроль самостоятельной работы студентов – час., и самостоятельная работа – 47 час. По дисциплине предусмотрен вид контроля - зачет.
4 ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Темы и содержание лекций 4.1.1.1 Определение системного анализа. Основные принципы системного анализа. Системный подход-идеология создания автоматизированных систем проектирования.4.1.2 Общая теория систем и системного анализа – (10 час.).
4.1.2.1 Строение и функционирование систем. Виды и форма представления структур. Классификация систем. Закономерности систем.
4.1.2.2 Методы и модели теории систем. Взаимосвязь явлений в отдельных процессах и аппаратах. Иерархия явлений и их соподчиненность в изучении процессов и аппаратов 4.1.2.3 Методы формализованного представления систем. Экспертные системы, использующие опыт и интуицию специалистов.
4.1.2.4 Информационный подход к анализу систем. Источники и потребители информации.
4.1.2.5 Формулирование целей работы систем. Структуризация целей. Анализ целей и функций в сложных многоуровневых системах. Автоматизация формирования и оценки целей и функций.
4.1.3 Возможности применения методов системного анализа для решения практических задач анализа и синтеза и оптимизации химикотехнологических систем – (12 час.) 4.1.3.1 Иерархическая структура химического производства; взаимовлияние аппаратов; декомпозиция.
4.1.3.2 Системы организационного управления (СОУ). Анализ целей и функций СОУ. Анализ факторов, влияющих на их создание и функционирование.
Рекомендации по разработке методики проектирования и развития СОУ.
Разработка организационной структуры.
4.1.3.3 Сложные экспертизы. Метод решающих матриц. Информационный подход и методы организации сложных экспертиз. Оценка маркетинга сложных технических комплексов.
4.1.3.4 Системный анализ в проектировании промышленных комплексов. Оценки эффективности функционирования, оптимизация больших систем.
4.1.3.4 Линейное программирование. Симплекс метод. Целочисленная оптимизация. Алгоритм Гомори. Метод ветвей и границ. Транспортная задача.
4.1.3.5 Нелинейное программирование в задачах оптимизации ресурсосберегающих систем. Методы нулевого, первого и второго порядков:
метод сечений, симплексный метод, комплекс-метод Бокса, метод Пауэла, метод скользящего допуска, метод градиента, метод крутого восхождения, метод Ньютона, методы случайного поиска.
4.1.3.6 Методы, не дифференцируемой оптимизации, основанные на использовании ньютонова потенциала и краевых задач математической физики.
Реализация стратегии системного анализа в диалоговом режиме «человек-ЭВМ.
4.2. Темы и содержание практических занятий (12 час.) 4.2.1 Примеры различных технических и природных систем. Строение, функции, цели.(2 час.) Практическое занятие по техническим и природным системам проводится в аудитории кафедры ресурсосберегающих технологий СПбГТИ. В рамках этого занятия студенты знакомятся со структурой систем. Выполняют индивидуальные задания по построению функции цели.
Занятие относится к теме «Общая теория систем и системного анализа».
4.2.2 Дискретные информационные модели.(2 час.) В теоретической части практического занятия преподаватель информирует студентов об основных типах информационных моделей и дискретных моделях в химической технологии. Студенты обсуждают возможность применения дискретных моделей в задачах синтеза химико-технологических систем.
Занятие относится к теме «Общая теория систем и системного анализа».
4.2.3 Метод организации сложных экспертиз.(2 час.) Целью проведения занятия научить студентов объединять математические и неформальные методы анализа, строгие способы исследования формализованных моделей с экспериментом, эвристическими приемами, суждениями экспертов.
Занятие относится к теме «Возможности применения методов системного анализа для решения практических задач анализа, синтеза и оптимизации химико-технологических систем».
4.2.4 Линейное программирование (2 час.).
В теоретической части практического занятия преподаватель информирует студентов о методах линейного программирования и использования их в дискретных информационных моделях. Студенты выполняют индивидуальные задания по использованию алгоритмов Гомори, ветвей и границ, симплекс метода.
Занятие относится к теме «Возможности применения методов системного анализа для решения практических задач анализа, синтеза и оптимизации химикотехнологических систем».
4.2.5 Нелинейное программирование(4 час.) На занятии студенты решают задачи нелинейного программирования и проводят анализ методов нулевого, первого и второго порядков.
Занятие относится к теме «Возможности применения методов системного анализа для решения практических задач анализа, синтеза и оптимизации химико-технологических систем».
Самостоятельная работа включает подготовку к практическим занятиям, к зачету и изучение, отдельных тем, отнесенных к самостоятельному освоению студентами с использованием литературных источников, представленных в учебной программе дисциплины. В число часов для самостоятельной работы включено необходимое время для подготовки к текущему контролю, проводимого в течение семестра.
Разделы тем для самостоятельного изучения, подготовки к практическим занятиям (40 час.).
4.3.1 Общая теория систем и системного анализа.(10 час.) 4.3.1.1 Основные свойства систем. Естественные системы. Искусственные 4.3.1.2 Системный анализ и классификация химического производства. Типовая технологическая схема.
4.3.1.3 Технологические концепции создания ресурсосберегающих систем.
Выбор процесса. Полнота переработки сырья и вспомогательных материалов. Минимизация энергетических и тепловых расходов.
4.3.1.4 Анализ целей и функций в сложных многоуровневых системах.
4.3.1.5 Анализ факторов, влияющих на их создание и функционирование системы организационного управления.
4.3.2 Возможности применения методов системного анализа для решения практических задач анализа и синтеза химико-технологических систем.(30 час.) 4.3.2.1 Методы линейного программирования для решения задач 4.3.2.2 Методы нелинейного программирования для решения задач - комплекс-метод Бокса, - метод скользящего допуска, - метод градиента и метод крутого восхождения, - методы случайного поиска.
4.3.2.3 Технологические концепции создания ХТС. Полнота переработки сырья и вспомогательных материалов.
4.3.2.4 Модели синтеза ресурсосберегающих систем в условиях
5 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Основная 1. Волкова В.И. Теория систем: Учеб. пособие/ В.Н. Волкова, А.А.Денисов. –М.: Высш. шк., 2006. 511 с.: ил.
2. Качала В.В. Основы теории систем и системного анализа. Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия- Телеком, 2007, -216с.: ил.
3. Системный анализ и принятие решений: Словарь-справочник: Учеб.
пособие для вузов/Под ред. В.Н.Волковой, В.Н.Козлова. – М.: Высш.
шк., 2004 – 616с.: ил.
4. Викторов В.К., Кузичкин Н.В. и др. Методы оптимизации химикотехнологических систем: Учебное пособие. СПб: СПбГТИ, 1999, 166 с.
Дополнительная 1. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. Учебное пособие для вузов. М.: Высш. Шк. 1989, 367с.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Вопросы по теме: «Общая теория систем и системного анализа»1) Виды и форма представления структур.
2) Взаимосвязь явлений в отдельных процессах и аппаратах.
3) Иерархия явлений и их соподчиненность в изучении процессов и аппаратов.
4) Методы формализованного представления систем.
5) Информационный подход к анализу систем.
6) Источники и потребители информации.
7) Анализ целей и функций в сложных многоуровневых системах.
8) Автоматизация формирования и оценки целей и функций.
Вопросы по теме: «Возможности применения методов системного анализа для решения практических задач анализа, синтеза и оптимизации химикотехнологических систем».
1) Иерархическая структура химического производства; взаимовлияние аппаратов.
2) Декомпозиция химического производства.
3) Рекомендации по разработке методики проектирования и развития системы организационного управления.
4) Сложные экспертизы. Метод решающих матриц.
5) Системный анализ в проектировании промышленных комплексов.
6) Оценки эффективности функционирования, оптимизация больших систем.
7) Дискретные информационные модели. Целочисленная оптимизация.
Алгоритм Гомори.
8) Линейное программирование. Симплекс метод.
9) Транспортная задача.
10) Метод ветвей и границ для целочисленной оптимизации.
11) Нелинейное программирование в задачах оптимизации ресурсосберегающих систем.
12) Методы нулевого, первого и второго порядков.
13) Сведение задачи с ограничениями к задаче поиска безусловного 14) Метод множителей Лагранжа.
15) Метод штрафных функций.
16) Метод сечений.
17) Симплексный метод.
18) Комплекс-метод Бокса.
19) Метод Пауэла.
20) Градиентные методы оптимизации.
21) Методы случайного поиска.
22) Реализация стратегии системного анализа в диалоговом режиме «человек-ЭВМ.»
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Рабочей программой дисциплины «Системный анализ процессов химической технологии» предусмотрена самостоятельная работа студентов в объеме 47 час. Самостоятельная работа проводится с целью углубления знаний по дисциплине и предусматривает:- изучение отдельных разделов тем дисциплины чтение студентами рекомендованной литературы и усвоение теоретического материала дисциплины;
- подготовку к практическим занятиям;
- работу с Интернет-источниками;
- подготовку к написанию контрольной работы и сдаче зачета.
Планирование времени на самостоятельную работу, необходимого на изучение настоящей дисциплины, студентам лучше всего осуществлять на весь семестр, предусматривая при этом регулярное повторение пройденного материала. Материал, законспектированный на лекциях, необходимо регулярно дополнять сведениями из литературных источников, представленных в рабочей программе.
По каждой из тем для самостоятельного изучения, приведенных в рабочей программе дисциплины «Системный анализ процессов химической технологии», следует сначала прочитать рекомендованную литературу и при необходимости составить краткий конспект основных положений, терминов, сведений, требующих запоминания и являющихся основополагающими в этой теме и для освоения последующих разделов курса.
Для расширения знаний по дисциплине рекомендуется использовать Интернет-ресурсы: проводить поиск в различных системах, таких как www.rambler.ru, www.yandex.ru, www.google.ru, www.yahoo.ru и использовать материалы сайтов, рекомендованных преподавателем на лекционных занятиях.
ТЕСТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ КОНТРОЛЕ
ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ
1 Под иерархией химико-технологической системы (ХТС) понимается _ 2 Под анализом химико-технологической системы понимают _ _ 3 Основными видами структур являются _ 4 Информационный подход к анализу систем заключается в _ _ _ 5 Источниками информации являются _ 6. Установите соответствие между уровнем иерархии и подсистемами этого уровня 1. Химический завод А. Совокупность заводов, связанных 4 Технологическая линия Г. Совокупность цехов, объединенных 5 Типовой процесс (Элемент системы) Д. Совокупность установок Ответ 7 Установите правильную последовательность действий при выполнении этапов синтеза оптимальной структуры системы 1. анализ динамических свойств ХТС, 2. выбор маршрутов и условий проведения реакций, 3. синтез оптимальных систем теплообмена, 4. синтез оптимальных систем разделения, 5. синтез оптимальных систем химических реакторов, 6. выбор вспомогательных подсистем, 7. анализ надежности ХТС.8. Основными оценками эффективности функционирования системы являются _ 8 Метод градиента предполагает на каждой итерации а)вычисление только целевой функции;
б) вычисление целевой функции и ее первых производных;
в) вычисление целевой функции ее первых и вторых производных.
9 Комплекс метод Бокса позволяет учитывать в процессе поиска а) ограничения типа равенств;
б) ограничения типа неравенств 1-ого рода;
в) ограничения типа неравенств 2-ого рода;
г) ограничения типа равенств и ограничения типа неравенств 1-ого и д) ограничения типа неравенств 1-ого и 2-ого рода;
10 Метод множителей Лагранжа позволяет учитывать а) ограничения типа равенств;
б) ограничения типа равенств и типа неравенств;
с) ограничения типа равенств неравенств.
11 Наиболее подходящими методами для поиска глобального экстремума являются:
a) градиентные методы первого порядка;
б) методы случайного поиска.
12 Транспортная задача может быть сформулирована следующим образом:
13 Алгоритм Гомори а) позволяет решать как частично, так и полностью целочисленные задачи линейного программирования;
б) позволяет решать частично целочисленные задачи линейного программирования.
14 Допустимым решением задачи линейного программирования называется 15 Чувствительностью ХТС называется свойство системы:_ _ 16 К какому типу ограничений при оптимизации ХТС относятся уравнения математических моделей элементов ХТС а) ограничения типа неравенств первого рода;
б) ограничения типа неравенств второго рода;
в) ограничения типа равенств.
17 Метод штрафных функций а) может привести к появлению оврагов на поверхности целевой функции;
б) не приводит к появлению оврагов на поверхности целевой функции;
18 Задача многокритериальной оптимизации возникает в том случае, когда 19 Симплекс при оптимизации функции трех переменных представляет а) равносторонний треугольник;
20 Методы второго порядка применяются редко при оптимизации ХТС потому что 21 Число степеней свободы в задаче оптимизации должно быть
«