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)變得越來越復(fù)雜，其規(guī)模不斷擴(kuò)大，并且逐漸實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)?；は到y(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的廣泛關(guān)注，并且正處在蓬勃發(fā)展的階段。本文將對系統(tǒng)工程進(jìn)行簡要概述，并根據(jù)化工生產(chǎn)的實際情況，對系統(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，是美國的相關(guān)研究者在構(gòu)建全國性電話網(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)活動開展的基礎(chǔ)。從本質(zhì)上來看就是在一定的基礎(chǔ)上對現(xiàn)有的工程活動進(jìn)行全面的整理和總結(jié)，能夠為工程活動的系統(tǒng)構(gòu)建提供必要的基礎(chǔ)。而在現(xiàn)代社會科學(xué)技術(shù)更新速度不斷加快的情況下，系統(tǒng)工程的實施有了更好的基礎(chǔ)，這對系統(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)科的知識點，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)雜的研制對象，其由多個組成部分共同構(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)將會具有用戶需要的特定功能。而在形成多個這樣的系統(tǒng)后，這些系統(tǒng)又會有效結(jié)合在一起組成一個更大的系統(tǒng)。而對于系統(tǒng)工程而言，其就是用于對這個更大的系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃研究以及設(shè)計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)計指南，并且建立了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。近來，NASA又啟動了一項新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)計劃，其將會通過對非政府標(biāo)準(zhǔn)的吸收來實現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)，與國際標(biāo)準(zhǔn)和共享國家共同完成對系統(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)工程的實施提供必要的活動參照和完備的技術(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)計與仿真平臺，并建立了協(xié)同設(shè)計機(jī)構(gòu)，從而為各種大型和較為復(fù)雜任務(wù)的系統(tǒng)級設(shè)計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)工程長效機(jī)制不斷完善。根據(jù)各國系統(tǒng)工程技術(shù)的發(fā)展來看，系統(tǒng)工程技術(shù)能力的突出優(yōu)勢主要體現(xiàn)在幾個方面。其中首先是系統(tǒng)工程技術(shù)活動的規(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)工程的仿真試驗和應(yīng)用平臺的獲得的支持得到增強(qiáng)；最后，在以往的研制經(jīng)驗基礎(chǔ)上，形成了不斷完善和豐富系統(tǒng)工程能力的長效機(jī)制，并且建立了長期的發(fā)展規(guī)劃和部署。

二、我國系統(tǒng)工程的發(fā)展及存在的問題

1.系統(tǒng)工程在我國的發(fā)展

我國的系統(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，還在實踐應(yīng)用中得到了很大的進(jìn)步。在我國系統(tǒng)工程研究不斷發(fā)展的過程中，最初的實際應(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)過長期的穩(wěn)定發(fā)展，目前已經(jīng)在社會經(jīng)濟(jì)和自然與社會的結(jié)合等多個領(lǐng)域有實際應(yīng)用。另外，我國系統(tǒng)工程起步時的硬工程系統(tǒng)也在發(fā)展中實現(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)我國系統(tǒng)工程的實際情況，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、社會和經(jīng)濟(jì)等各方面都有應(yīng)用實例并且效果顯著。系統(tǒng)工程在我國的應(yīng)用為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了強(qiáng)勁的動力，并且得到國際上的廣泛認(rèn)可。

2.我國系統(tǒng)工程存在的問題

(1)規(guī)范體系不完整。在我國的系統(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)我國的系統(tǒng)工程發(fā)展現(xiàn)狀來看，其中已經(jīng)研發(fā)出多類面向系統(tǒng)設(shè)計、驗證和在線支持的系統(tǒng)設(shè)計和方針系統(tǒng)，并且能夠進(jìn)行演示。但這些研究成果與工程的實際應(yīng)用還存在一定的差距，不能為全系統(tǒng)集成設(shè)計和仿真提供有效的支持。另外，我國還沒有協(xié)同設(shè)計部門，所以不能在協(xié)同平臺和協(xié)同機(jī)制的基礎(chǔ)上完成對多種項目的協(xié)同設(shè)計，其中尤其是不能開展總體方案的協(xié)同設(shè)計。

(3)實施經(jīng)驗的總結(jié)和應(yīng)用不足。系統(tǒng)工程在我國的發(fā)展已經(jīng)有五十年的時間，但是我國的研究人員到目前為止還沒有對其中的成功經(jīng)驗進(jìn)行完善的總結(jié)和利用，也沒有對失敗的經(jīng)驗進(jìn)行較好地反思。這樣就導(dǎo)致我國的系統(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)驗將會逐漸流失，將會導(dǎo)致我國的系統(tǒng)工程難以正常發(fā)展。

3.我國系統(tǒng)工程的發(fā)展方向

根據(jù)我國系統(tǒng)工程發(fā)展的現(xiàn)狀，以及未來對系統(tǒng)工程技術(shù)的要求，我國的系統(tǒng)工程研究仍存在很多薄弱環(huán)節(jié)，對我國系統(tǒng)工程的整體發(fā)展十分不利，所以我國的相關(guān)行業(yè)需要根據(jù)實際情況對系統(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)，從而盡早建立我國的系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)體系。同時要通過多方合作，完成對系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建設(shè)，并且提供系統(tǒng)工程各項活動的執(zhí)行數(shù)據(jù)。另外，要對系統(tǒng)工程理論進(jìn)行創(chuàng)新研究，并對系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)進(jìn)行綜合性研究，總結(jié)我國系統(tǒng)工程發(fā)展過程中的經(jīng)驗，并實時跟進(jìn)國際系統(tǒng)工程技術(shù)研究情況，從而為我國的系統(tǒng)工程發(fā)展創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)條件。除此以外，還要對我國的系統(tǒng)工程研究組織體系進(jìn)行建立和完善，建立健全系統(tǒng)工程師隊伍培養(yǎng)的有效機(jī)制，從而確保我國系統(tǒng)工程技術(shù)的長效持續(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)條件下完成對最佳工藝系統(tǒng)的設(shè)計和操作控制。在上世紀(jì)六十年代，由過程控制論、數(shù)值計算方法、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)計計算和單元操作為研究對象，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。但在對化工流程進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計的時候，不僅要對所需要的單元進(jìn)行選擇和設(shè)計計算，還要對該過程進(jìn)行整體設(shè)計以讓其效率達(dá)到最大化。對于經(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部分得到解釋。而在對過程單元之間的聯(lián)系進(jìn)行分析的時候，由于不能將每個部分的行為作為對整體行為的概括，因此以部分行為代替整體的還原論方法并不能被應(yīng)用到整個過程流程的評估中。根據(jù)現(xiàn)代社會的實際發(fā)展情況來看，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)的整個過程看做一個具有較強(qiáng)整體性的系統(tǒng)，并在實際應(yīng)用過程中完整地分析其中用到的技術(shù)，然后對其分析進(jìn)行整合并應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。而根據(jù)化學(xué)工程的學(xué)科發(fā)展來看，這也是學(xué)科發(fā)展的主要方向。

要完成對一個工藝過程性能的分析，就需要工藝過程劃分為多個基本組成部分，然后建立這些部分的流程結(jié)構(gòu)模型和數(shù)學(xué)模型，利用計算機(jī)對其進(jìn)行模擬計算，然后完成對不同工況下系統(tǒng)性能的確定。同樣，如果要對工藝流程分解后的各個部分進(jìn)行性能分析，就必須要將這些部分劃分為多個不同的現(xiàn)象，并利用數(shù)學(xué)模型來對其性能進(jìn)行分析。而要綜合成一個設(shè)定性能的化工廠，則需要對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)工程的方法對化工系統(tǒng)中存在的問題進(jìn)行解決，從而實現(xiàn)規(guī)劃、設(shè)計和操作的最優(yōu)化。即在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和單元設(shè)備已知的情況下，通過對系統(tǒng)的分析以及對有待設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的合成，讓過程系統(tǒng)的操作實現(xiàn)最優(yōu)化。

總結(jié)

化工系統(tǒng)工程依據(jù)系統(tǒng)科學(xué)的觀點和方法，將現(xiàn)代社會中的先進(jìn)技術(shù)不斷融入到其實際應(yīng)用中，讓系統(tǒng)工程的整體功能不斷豐富，并且系統(tǒng)的完整性越來越高，能夠滿足更多用戶的特定需求。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，系統(tǒng)工程技術(shù)的應(yīng)用將越來越廣泛，并且會逐漸深入到新的領(lǐng)域中，從而為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供更強(qiáng)勁的動力，全面促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以在現(xiàn)階段我國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)展趨勢探討[J].計算機(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。