化工生產(chǎn)中系統(tǒng)工程的發(fā)展及應(yīng)用研究

O 曾維平

（湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 412006）

化工生產(chǎn)中系統(tǒng)工程的發(fā)展及應(yīng)用研究

O 曾維平

（湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 412006）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，化工生產(chǎn)行業(yè)取得了很大的發(fā)展。而在科技水平不斷提高的過程中，化工生產(chǎn)變得越來(lái)越復(fù)雜，其規(guī)模不斷擴(kuò)大，并且逐漸實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。化工系統(tǒng)工程作為一門應(yīng)用性極強(qiáng)的學(xué)科，在不斷發(fā)展的過程中逐漸受到社會(huì)的廣泛關(guān)注，并且正處在蓬勃發(fā)展的階段。本文將對(duì)系統(tǒng)工程進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，并根據(jù)化工生產(chǎn)的實(shí)際情況，對(duì)系統(tǒng)工程的發(fā)展進(jìn)行分析，探討系統(tǒng)工程在化工生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用。

化工生產(chǎn)；系統(tǒng)工程；發(fā)展；應(yīng)用

前言

系統(tǒng)工程出現(xiàn)在上世紀(jì)二十年代，是美國(guó)的相關(guān)研究者在構(gòu)建全國(guó)性電話網(wǎng)絡(luò)的過程中總結(jié)出的。自出現(xiàn)以后，系統(tǒng)工程很快取得了蓬勃的發(fā)展，而隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，其為系統(tǒng)工程的運(yùn)算和信息處理提供了強(qiáng)有力的支持，并逐漸被當(dāng)做系統(tǒng)工程相關(guān)活動(dòng)開展的基礎(chǔ)。從本質(zhì)上來(lái)看就是在一定的基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有的工程活動(dòng)進(jìn)行全面的整理和總結(jié)，能夠?yàn)楣こ袒顒?dòng)的系統(tǒng)構(gòu)建提供必要的基礎(chǔ)。而在現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)更新速度不斷加快的情況下，系統(tǒng)工程的實(shí)施有了更好的基礎(chǔ)，這對(duì)系統(tǒng)工程的發(fā)展而言極其重要。而系統(tǒng)工程在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用能夠讓化工生產(chǎn)的效率和質(zhì)量得到有效保障，所以對(duì)系統(tǒng)工程在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行研究就顯得十分必要。

一、系統(tǒng)工程的定義及現(xiàn)狀

1.系統(tǒng)工程的概念

在行業(yè)中化工系統(tǒng)工程還有一個(gè)名稱叫過程系統(tǒng)工程，其綜合了信息技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、化學(xué)工程和系統(tǒng)工程等多學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)，是一門綜合性極強(qiáng)的學(xué)科。系統(tǒng)工程中的系統(tǒng)是一種復(fù)雜的研制對(duì)象，其由多個(gè)組成部分共同構(gòu)成，并且這些組成部分之間存在很強(qiáng)的相互依賴和相互作用并且最終有效地結(jié)合在一起，這樣組成的系統(tǒng)將會(huì)具有用戶需要的特定功能。而在形成多個(gè)這樣的系統(tǒng)后，這些系統(tǒng)又會(huì)有效結(jié)合在一起組成一個(gè)更大的系統(tǒng)。而對(duì)于系統(tǒng)工程而言，其就是用于對(duì)這個(gè)更大的系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃研究以及設(shè)計(jì)和制造等一系列組織管理的專業(yè)方法。并且系統(tǒng)工程能夠?qū)λ邢到y(tǒng)都有效，所以系統(tǒng)工程的本質(zhì)是一種組織管理技術(shù)。

2.系統(tǒng)工程的發(fā)展現(xiàn)狀

(1)系統(tǒng)工程的標(biāo)準(zhǔn)體系日趨完善。目前，NASA已經(jīng)建立了具有規(guī)范性的航天器設(shè)計(jì)指南，并且建立了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。近來(lái)，NASA又啟動(dòng)了一項(xiàng)新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃，其將會(huì)通過對(duì)非政府標(biāo)準(zhǔn)的吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和共享國(guó)家共同完成對(duì)系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)體系的進(jìn)一步完善。而歐洲空間標(biāo)準(zhǔn)化合作組織將各航天公司和ESA/ PSS、NASA、ISO的標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)，建立起了具有全面性和系統(tǒng)性并且不斷更新的系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)體系，這樣就能為航天系統(tǒng)工程的實(shí)施提供必要的活動(dòng)參照和完備的技術(shù)依據(jù)。

(2)系統(tǒng)工程的支持能力日益提升。ESA和NASA等機(jī)構(gòu)已經(jīng)研發(fā)出航天器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，并建立了協(xié)同設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，從而為各種大型和較為復(fù)雜任務(wù)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)分析與仿真提供了較為全面的支持。如NASA開發(fā)出了飛行器仿真系統(tǒng)和系統(tǒng)工程環(huán)境系統(tǒng)，并將這些技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中，讓系統(tǒng)工程得到了較好地支撐。

(3)系統(tǒng)工程長(zhǎng)效機(jī)制不斷完善。根據(jù)各國(guó)系統(tǒng)工程技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，系統(tǒng)工程技術(shù)能力的突出優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面。其中首先是系統(tǒng)工程技術(shù)活動(dòng)的規(guī)范工作程序已經(jīng)形成并得到進(jìn)一步的優(yōu)化；其次，在科技不斷發(fā)展的過程中，系統(tǒng)工程的仿真試驗(yàn)和應(yīng)用平臺(tái)的獲得的支持得到增強(qiáng)；最后，在以往的研制經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，形成了不斷完善和豐富系統(tǒng)工程能力的長(zhǎng)效機(jī)制，并且建立了長(zhǎng)期的發(fā)展規(guī)劃和部署。

二、我國(guó)系統(tǒng)工程的發(fā)展及存在的問題

1.系統(tǒng)工程在我國(guó)的發(fā)展

我國(guó)的系統(tǒng)工程研究在上世紀(jì)六十年代開始起步，并且在隨后的時(shí)間內(nèi)取得了飛速發(fā)展，其中不僅在理論方法的研究中取得了很好的成果，還在實(shí)踐應(yīng)用中得到了很大的進(jìn)步。在我國(guó)系統(tǒng)工程研究不斷發(fā)展的過程中，最初的實(shí)際應(yīng)用主要是在組織管理領(lǐng)域，在技術(shù)工程領(lǐng)域也有一定的應(yīng)用，但是經(jīng)過長(zhǎng)期的穩(wěn)定發(fā)展，目前已經(jīng)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然與社會(huì)的結(jié)合等多個(gè)領(lǐng)域有實(shí)際應(yīng)用。另外，我國(guó)系統(tǒng)工程起步時(shí)的硬工程系統(tǒng)也在發(fā)展中實(shí)現(xiàn)了向軟工程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，還由微觀的分析轉(zhuǎn)到了宏觀戰(zhàn)略，系統(tǒng)的規(guī)模也在不斷的擴(kuò)大。根據(jù)我國(guó)系統(tǒng)工程的實(shí)際情況，其在建模、分析和算法等多方面的理論方法上已經(jīng)取得了廣泛應(yīng)用并取得巨大成就，并且在軍事、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等各方面都有應(yīng)用實(shí)例并且效果顯著。系統(tǒng)工程在我國(guó)的應(yīng)用為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了強(qiáng)勁的動(dòng)力，并且得到國(guó)際上的廣泛認(rèn)可。

2.我國(guó)系統(tǒng)工程存在的問題

(1)規(guī)范體系不完整。在我國(guó)的系統(tǒng)工程應(yīng)用中，不同的行業(yè)都根據(jù)行業(yè)的實(shí)際情況制定了相應(yīng)的系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)體系。但是根據(jù)系統(tǒng)工程的應(yīng)用來(lái)看，這些已經(jīng)形成的標(biāo)準(zhǔn)體系還不夠完善。如沒有開展對(duì)系統(tǒng)工程方法和規(guī)律等的持續(xù)研究，導(dǎo)致系統(tǒng)工程任務(wù)長(zhǎng)效支持的機(jī)制未能形成。

(2)技術(shù)手段不完備。根據(jù)我國(guó)的系統(tǒng)工程發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，其中已經(jīng)研發(fā)出多類面向系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和在線支持的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和方針系統(tǒng)，并且能夠進(jìn)行演示。但這些研究成果與工程的實(shí)際應(yīng)用還存在一定的差距，不能為全系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)和仿真提供有效的支持。另外，我國(guó)還沒有協(xié)同設(shè)計(jì)部門，所以不能在協(xié)同平臺(tái)和協(xié)同機(jī)制的基礎(chǔ)上完成對(duì)多種項(xiàng)目的協(xié)同設(shè)計(jì)，其中尤其是不能開展總體方案的協(xié)同設(shè)計(jì)。

(3)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和應(yīng)用不足。系統(tǒng)工程在我國(guó)的發(fā)展已經(jīng)有五十年的時(shí)間，但是我國(guó)的研究人員到目前為止還沒有對(duì)其中的成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行完善的總結(jié)和利用，也沒有對(duì)失敗的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行較好地反思。這樣就導(dǎo)致我國(guó)的系統(tǒng)工程未能建立起規(guī)范性的標(biāo)準(zhǔn)。而隨著經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員逐漸退出工作崗位，系統(tǒng)工程的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)將會(huì)逐漸流失，將會(huì)導(dǎo)致我國(guó)的系統(tǒng)工程難以正常發(fā)展。

3.我國(guó)系統(tǒng)工程的發(fā)展方向

根據(jù)我國(guó)系統(tǒng)工程發(fā)展的現(xiàn)狀，以及未來(lái)對(duì)系統(tǒng)工程技術(shù)的要求，我國(guó)的系統(tǒng)工程研究仍存在很多薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)我國(guó)系統(tǒng)工程的整體發(fā)展十分不利，所以我國(guó)的相關(guān)行業(yè)需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)工程發(fā)展的目標(biāo)進(jìn)行制定。其中首先要讓系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)體系的研究得到加強(qiáng)，從而盡早建立我國(guó)的系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)體系。同時(shí)要通過多方合作，完成對(duì)系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建設(shè)，并且提供系統(tǒng)工程各項(xiàng)活動(dòng)的執(zhí)行數(shù)據(jù)。另外，要對(duì)系統(tǒng)工程理論進(jìn)行創(chuàng)新研究，并對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行綜合性研究，總結(jié)我國(guó)系統(tǒng)工程發(fā)展過程中的經(jīng)驗(yàn)，并實(shí)時(shí)跟進(jìn)國(guó)際系統(tǒng)工程技術(shù)研究情況，從而為我國(guó)的系統(tǒng)工程發(fā)展創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)條件。除此以外，還要對(duì)我國(guó)的系統(tǒng)工程研究組織體系進(jìn)行建立和完善，建立健全系統(tǒng)工程師隊(duì)伍培養(yǎng)的有效機(jī)制，從而確保我國(guó)系統(tǒng)工程技術(shù)的長(zhǎng)效持續(xù)發(fā)展。

三、系統(tǒng)工程在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

在上世紀(jì)五十年代初期，由于化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科和計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展，數(shù)學(xué)模型方法在兩者的基礎(chǔ)上得到巨大發(fā)展和廣泛應(yīng)用。之后人們便開始對(duì)化學(xué)工藝流程系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，希望能夠在合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下完成對(duì)最佳工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作控制。在上世紀(jì)六十年代，由過程控制論、數(shù)值計(jì)算方法、運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)工程和化學(xué)工程等學(xué)科的交差，過程系統(tǒng)工程逐漸形成。

現(xiàn)代社會(huì)將直觀的整體論思維方式拋棄，并形成了還原論方法。還原論方法的出現(xiàn)讓客觀事物的認(rèn)知得到實(shí)證化和精確化，并且其以片面和孤立的態(tài)度看待客觀事物，是一種形而上學(xué)的思維方式。而這樣的方法就會(huì)讓客觀認(rèn)知事物的道路被堵塞，所以不能應(yīng)用到事物的科學(xué)研究中。

對(duì)于化學(xué)工程而言，其以還原論方法在單元上的操作概念為前提，并且以設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算和單元操作為研究對(duì)象，但是并沒有經(jīng)常將這些單元操作結(jié)合在一起形成完整的生產(chǎn)過程。但在對(duì)化工流程進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計(jì)的時(shí)候，不僅要對(duì)所需要的單元進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算，還要對(duì)該過程進(jìn)行整體設(shè)計(jì)以讓其效率達(dá)到最大化。對(duì)于經(jīng)典化學(xué)工程而言，其主要是采用分析程序這種還原論，這樣能夠完成對(duì)綜合和分析兩種不同程序的區(qū)分，并且讓兩者之間保持一定的連續(xù)性，在對(duì)事物進(jìn)行分解之后，就能讓事物的行為從整體上通過每個(gè)部分得到解釋。而在對(duì)過程單元之間的聯(lián)系進(jìn)行分析的時(shí)候，由于不能將每個(gè)部分的行為作為對(duì)整體行為的概括，因此以部分行為代替整體的還原論方法并不能被應(yīng)用到整個(gè)過程流程的評(píng)估中。根據(jù)現(xiàn)代社會(huì)的實(shí)際發(fā)展情況來(lái)看，科學(xué)思維方式是在系統(tǒng)工程中應(yīng)用最廣泛的方法，其將化工生產(chǎn)的整個(gè)過程看做一個(gè)具有較強(qiáng)整體性的系統(tǒng)，并在實(shí)際應(yīng)用過程中完整地分析其中用到的技術(shù)，然后對(duì)其分析進(jìn)行整合并應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。而根據(jù)化學(xué)工程的學(xué)科發(fā)展來(lái)看，這也是學(xué)科發(fā)展的主要方向。

要完成對(duì)一個(gè)工藝過程性能的分析，就需要工藝過程劃分為多個(gè)基本組成部分，然后建立這些部分的流程結(jié)構(gòu)模型和數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行模擬計(jì)算，然后完成對(duì)不同工況下系統(tǒng)性能的確定。同樣，如果要對(duì)工藝流程分解后的各個(gè)部分進(jìn)行性能分析，就必須要將這些部分劃分為多個(gè)不同的現(xiàn)象，并利用數(shù)學(xué)模型來(lái)對(duì)其性能進(jìn)行分析。而要綜合成一個(gè)設(shè)定性能的化工廠，則需要對(duì)化工廠所有的組成單元進(jìn)行合成。

化工系統(tǒng)工程，就是利用系統(tǒng)工程的方法對(duì)化工系統(tǒng)中存在的問題進(jìn)行解決，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和操作的最優(yōu)化。即在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和單元設(shè)備已知的情況下，通過對(duì)系統(tǒng)的分析以及對(duì)有待設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的合成，讓過程系統(tǒng)的操作實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。

總結(jié)

化工系統(tǒng)工程依據(jù)系統(tǒng)科學(xué)的觀點(diǎn)和方法，將現(xiàn)代社會(huì)中的先進(jìn)技術(shù)不斷融入到其實(shí)際應(yīng)用中，讓系統(tǒng)工程的整體功能不斷豐富，并且系統(tǒng)的完整性越來(lái)越高，能夠滿足更多用戶的特定需求。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，系統(tǒng)工程技術(shù)的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，并且會(huì)逐漸深入到新的領(lǐng)域中，從而為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供更強(qiáng)勁的動(dòng)力，全面促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以在現(xiàn)階段我國(guó)主要是要將化工生產(chǎn)中系統(tǒng)工程的應(yīng)用研究做到最好，并不斷將新的技術(shù)應(yīng)用到其中，促進(jìn)我國(guó)系統(tǒng)工程技術(shù)的發(fā)展。

[1]鄒志云,劉建友,王濤,于魯平,吳春華,郭寧.精細(xì)化工領(lǐng)域過程系統(tǒng)工程技術(shù)研究發(fā)展趨勢(shì)探討[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué),2010,10:1456-1460.

[2]何瀟.過程系統(tǒng)工程技術(shù)在中國(guó)石油化工的研究與應(yīng)用研究[J].山東工業(yè)技術(shù),2014,21:37+45.

Development and Application Research of Systems Engineering in Chemical Production

Zeng Weiping
（Hunan Non-ferrous Metal Vocational Technical Institute,Hunan,412006）

With the rapid development of social economy, chemical industry has made great development.And in the process of constantly imp roved science and technology level, the chemical production becomes more and more complex, the scale expands unceasingly, and gradually realizes automatic production.Chemical system engineering, as a discipline with very strong applicability , has attracted extensive attention of the whole soci ety in the process of continuous development, and it is at the stage of vigorous development.This article will take a brief overview of system engineerin g, and according to the actual situation of chemical production, take analysis of the development of systems engineering,besides, take discussion on th e practical application of systems engineering in chemical production.

chemical production；systems engineering；development；application

T

A

曾維平（1983～），男，湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：化工系統(tǒng)工程。