過程仿真的應(yīng)用及其發(fā)展

過程仿真的應(yīng)用與發(fā)展方向——焦磊，周濟(jì)人，陳川

1.系統(tǒng)仿真的基本概念

系統(tǒng)仿真可以理解為運(yùn)用物理模型或數(shù)學(xué)模型代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。

系統(tǒng)仿真是一門面向?qū)嶋H的具有很強(qiáng)應(yīng)用特征的學(xué)科，也是一門綜合性新技術(shù)學(xué)科。

過程系統(tǒng)仿真技術(shù)隨著電子計(jì)算機(jī)軟、硬件發(fā)展而發(fā)展。近年來數(shù)字電子計(jì)算機(jī)已成為系統(tǒng)仿真的主要工具。

過程系統(tǒng)仿真下定義可描述為：以仿真機(jī)為工具，用數(shù)學(xué)模型代替過程系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。（此定義指明了過程系統(tǒng)仿真三個(gè)重要部分）過程系統(tǒng)仿真所包含三個(gè)部分：(1)過程系統(tǒng)(2)數(shù)學(xué)模型(3)仿真機(jī)

這三個(gè)部分由兩個(gè)關(guān)系溝通起來：過程系統(tǒng)與數(shù)學(xué)模型之間的關(guān)系→建模數(shù)學(xué)模型與仿真機(jī)之間的關(guān)系→仿真

數(shù)學(xué)模型是依據(jù)過程系統(tǒng)數(shù)據(jù)源由人工建立的數(shù)學(xué)描述。這種數(shù)學(xué)描述能夠產(chǎn)生與過程系統(tǒng)相似的行為數(shù)據(jù)。

仿真機(jī)是以現(xiàn)代高速電子計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、多媒體設(shè)備為基礎(chǔ)，由人工建造的模擬實(shí)際操作控制或現(xiàn)場(chǎng)裝置環(huán)境的機(jī)器，同時(shí)也是數(shù)學(xué)模型軟件實(shí)時(shí)運(yùn)行的硬件環(huán)境。

2.仿真技術(shù)的特殊作用所謂的特殊作用，就是其他技術(shù)很難達(dá)到或者無(wú)法取代的作用。主要有以下幾個(gè)方面：(1)過程系統(tǒng)通常屬于大型工業(yè)系統(tǒng)，其流程復(fù)雜、投資巨大、生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)。從經(jīng)濟(jì)利益和安全性出發(fā)，一般不允許在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)研究，即必須借助于仿真手段；(2)計(jì)劃中或設(shè)計(jì)中的過程系統(tǒng)，現(xiàn)實(shí)世界中尚不存在，只有通過仿真手段進(jìn)行試驗(yàn)研究；(3)高質(zhì)量的仿真模型具有預(yù)測(cè)性。(應(yīng)用現(xiàn)代高速大容量仿真計(jì)算機(jī)，人們可以在短時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)實(shí)際過程系統(tǒng)數(shù)月甚至數(shù)年時(shí)間中所發(fā)生的現(xiàn)象和事件，這是仿真技術(shù)“超時(shí)空”的優(yōu)點(diǎn))；(4)實(shí)際過程系統(tǒng)根本不允許做的試驗(yàn)。(如超極限運(yùn)行、破壞性試驗(yàn)、事故分析等等)，利用仿真技術(shù)不會(huì)造成任何損失，是最安全的試驗(yàn)研究方法；

(5)仿真試驗(yàn)研究主要在仿真機(jī)上進(jìn)行。與真實(shí)系統(tǒng)試驗(yàn)相比，除了安全以外還能大大節(jié)省原材料、能源消耗和人力資源等；總結(jié)：從上面的這些特殊作用來看，足以說明采用仿真技術(shù)輔助過程系統(tǒng)試驗(yàn)和研究的重要意義。

3.系統(tǒng)仿真的步驟1.界定實(shí)際系統(tǒng)2.建立數(shù)學(xué)模型3.建立仿真模型4.模型校核，驗(yàn)證5.運(yùn)用模型用以分析研究實(shí)際問題6.仿真結(jié)果處理

4.過程系統(tǒng)仿真技術(shù)的應(yīng)用

仿真技術(shù)在過程工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用已涉及教育與訓(xùn)練、工程設(shè)計(jì)、輔助生產(chǎn)和輔助研究等方面，其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效率日趨顯著。1.輔助訓(xùn)練采用過程仿真技術(shù)輔助訓(xùn)練，簡(jiǎn)而言之就是由人工建造一個(gè)與真實(shí)系統(tǒng)相似的操作控制設(shè)備，或直接采用真實(shí)工業(yè)控制設(shè)備，(如模擬儀表盤、DCS工作站等)用計(jì)算機(jī)及其中運(yùn)行的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型取代真實(shí)的生產(chǎn)裝置，在這樣的仿真環(huán)境下學(xué)員可以得到非常逼真的操作技