Технологический процесс как объект математического моделирования

Технологический процесс — это совокупность действий направленного и управляемого использования физических и химических законов, в результате которого происходит изменение физического, химического состояния материала, а также изменение размеров, формы, внешнего вида и взаимного расположения элементов при изготовлении и сборке изделия.

Современные технологические процессы — это сложные комплексы, основанные на использовании разнообразных физических и физико-химических явлений.

В процессе производства на различных этапах технологического процесса изделие подвергается воздействию большого числа контролируемых и неконтролируемых факторов. Поэтому анализировать весь технологический процесс целесообразно на основе системного подхода, где основным является понятие «большая система» или «большая технологическая система», включающие совокупность происходящих физико-химических и механических процессов, объектов обработки, и средств для их реализации.

Схематически технологический процесс как большая система представлен на рис. 3.1. Здесь Х₁, Х₂, ..., Х_m — входы системы или параметры определения исходных продуктов; У₁, У₂, ..., У_n — выходы системы или выходные параметры конечного продукта; Z₁, Z₂, ..., Z_t — контролируемые и управляющие факторы, необходимые для поддержания определенного технологического процесса; w₁, w₂, ..., w_k — неконтролируемые (возмущающие) факторы, оказывающие случайное возмущаемое воздействие на процесс.

Остановимся подробнее на основных группах параметров, определяющих течение процесса и его состояние в любой момент времени.

1. Входные параметры Хi (i = 1, 2, ..., m). К ним относятся те, величины которых могут быть определены экспериментально, но возможность воздействия на них в течение процесса отсутствует. Значения этих параметров но зависят от режима процесса. Например, в металлургических процессах входными параметрами может быть состав исходного сырья, загружаемый в печь.

2. Выходные параметры конечного продукта Уi(i = 1,2,...,n). К ним относят те характеристики системы, величины которых определяются режимом изучаемого процесса в системе, подвергающейся воздействию входных, управляющих и неконтролируемых факторов.

3. Управляющие параметры Zi (i = 1, 2, ..., l).Это те параметры процесса, на которые можно оказывать влияние в соответствии с теми или иными требованиями, что позволяет управлять процессом.

4. Неконтролируемые (возмущающие) параметры wi (i = 1, 2, ..., k). Это те, величины которых изменяются случайно с течением времени и обычно не могут быть измерены в течение процесса.

Выбор совокупности характеристик процесса определяется главным образом теми целями, ради которых строится математическая модель процесса.

Невозможно указать какие-либо формальные правила для выбора параметров. Нередко используются методы экспертных оценок. При выборе параметров процесса часто может привести к успеху применение методов теории подобия и размерностей.