РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ПРОМИСЛОВОЇ КРИСТАЛІЗАЦІЇ ЦУКРОЗИ
2.1. Методи моделювання, їх різновидності
Методи моделювання базуються на теорії подібності різних об'єктів. Один з двох об'єктів, між якими існує подоба, називають об'єктом моделювання (оригіналом), а другий - його моделлю [2-5, 80]. Модель можна вважати продуктивною лише тоді, коли вона разом з відомим про об'єкт описує також і невідоме раніше.
В наукових та інженерних дослідженнях прийнято розрізняти методи фізичного, математичного іншого моделювання, які базуються на відповідних принципах та законах теорії подоби. Всі процеси, що відбуваються в фізично подібних об'єктах, характеризуються однаковою фізичною природою.
Необхідними умовами при фізичному моделюванні є дотримання геометричної подоби оригінала і моделі та відповідних масштабів для параметрів процесу, що досліджується. Для цього натурні значення відповідних параметрів множать на постійну величину (масштаб моделювання, або коефіцієнт подоби), яка для основних параметрів є незалежною, а для похідних - залежить від основних.
Умовою достовірності подоби є рівність критеріїв подоби - безрозмірних величин, що містять комбінації значень фізичних параметрів, які характеризують процес в натурі і на моделі [2-5]. Фізичне моделювання доцільно застосовувати при дослідженні таких складних систем, для яких неможливо або надто складно дати точний математичний опис їх функціонування, а експериментальне отримання необхідних характеристик об'єктів в промислових умовах неможливе без порушення експлуатаційних режимів технологічних процесів і обладнання.
Метод фізичного моделювання менш універсальний, ніж моделювання за допомогою обчислювальної техніки, однак в ряді випадків він є ефективним, а інколи і єдино можливим засобом, що дозволяє досягти високого ступеня точності та надійності. Поряд з позитивними якостями фізичне моделювання має і суттєві недоліки:
1. При дослідженні кожного нового процесу необхідно створювати і нову модель.
2. Зміни параметрів об'єкту, що моделюється, зазвичай, потребує переробки моделі або навіть її заміни.
3. Інколи метод фізичного моделювання має обмеження або не може бути застосованим. Зокрема, використання фізичного моделювання зазнає труднощів для систем, в яких протікають хімічні реакції [71, 81-87].
Фізичними моделями продуктового відділення цукрового заводу в цілому або його окремих ділянок (машин та апаратів) слугують лабораторні та напівпромислові установки.
Як і у випадку фізичного моделювання, математичне розв'язує те саме завдання - дослідити перебіг того чи іншого процесу в апараті, не будуючи цього апарата в натуральну величину. Математичне моделювання досліджує процеси та явища шляхом побудови їхніх математичних моделей і дослідження цих моделей. Останнім часом їх усе частіше використовують при створенні обладнання нових видів і удосконаленні існуючого [71-73, 75, 79, 88, 89, 90-92], що дає можливість створювати інформаційні технології проектування.
Математична модель - це система математичних співвідношень, які описують процес або явище, що досліджується. Математично подібні об'єкти мають різну фізичну природу, але описуються залежностями та рівняннями однакового виду. Математичне моделювання стає можливим лише тоді, коли рівняння складені у зручному для розв'язання виді. Тоді можна широко змінювати параметри процесу й аналізувати їх вплив на його перебіг.
Для складання математичних моделей можна використовувати будь-які математичні засоби - диференціальні, інтегральні або алгебраїчні рівняння, теорію множин, теорію ґрафів, теорію ймовірностей тощо. Завдання математичного моделювання полягає в тому, щоб скласти систему залежностей, яка б виражала зв'язок між факторами, що впливають на перебіг процесу та результатами цього процесу. Аналізуючи та розв'язуючи отримані залежності за допомогою обчислювальної техніки, дістанемо уявлення про перебіг процесу, не виконуючи його фізично.
В практиці дослідження процесів хімічної та харчової технології за допомогою математичного моделювання досить просто вдається змінювати параметри об'єкту, що досліджується та визначати їхній вплив на якість роботи об'єкту в цілому.
Суттєвим недоліком математичного моделювання є те, що математичний апарат, що застосовується в теперішній час, не дозволяє в деяких випадках з достатньою повнотою відобразити властивості складної хімічної системи. Допущення, що приймаються, нерідко суттєво спрощують сутність процесу, що значно знижує точність розв'язку задач. Крім того, при математичному моделюванні не вдається візуально спостерігати за перебігом технологічного процесу.
Імітаційне моделювання - це метод дослідження, що полягає в імітації засобами комп'ютерних технологій явища або процесу з метою аналізу та прогнозування його перебігу. Сутність імітаційного моделювання полягає в розробці програмного алгоритму процесу з врахуванням обраного рівня деталювання та його внутрішніх характеристик. Цей метод дозволяє досліджувати процеси будь-якої складності і на будь-якому рівні деталювання.
Разом з тим цей метод не позбавлений недоліків. На відміну від класичного математичного моделювання, яке дозволяє одержувати аналітичні залежності показників від внутрішніх характеристик процесу, поодиноке випробування імітаційної моделі може дати лише значення якогось показника або групи показників при конкретно заданих початкових даних та характеристиках. Для отримання формульних та графічних залежностей показників процесу необхідно проводити багаторазові випробування. Але за умов сучасного розвитку комп'ютерних технологій цей недолік не має вирішального значення.
Застосування методів і засобів кібернетики в харчовій та хімічній промисловості складає сутність хімічної кібернетики, застосування якої дозволяє вирішувати багато проблем, в тому числі:
- розв'язання задач дослідження та реалізації процесів, які неможливо проводити без застосування методів кібернетики через обчислюва
- Київ+380960830922