Несколько лет назад был разработан проект производства одного из химических продуктов, которое решили организовать на Сумгаитском химическом комбинате. Однако принятые технологические процессы оказались далеко не оптимальными, да и проектировщики допустили ряд серьезных ошибок. В итоге схема производства по сей день находится в состоянии постоянных переделок. Проектной мощности установок достичь пока так и не удалось.
Подобных примеров в химической промышленности немало. Причины их кроются прежде всего в несовершенной постановке исследовательских и проектных работ, предшествующих освоению новых технологических процессов.
В самом деле, сейчас лабораторные разработки в химии нередко ведутся такими методами, что их результаты не могут быть использованы непосредственно в производстве. В дальнейшем же обычно все сводится к постепенному многократному увеличению размеров опытных установок. А это сильно удлиняет сроки исследований .
Опытные испытания порой также проводятся без использования современных методов и приемов анализа, позволяющих прогнозировать, как будут проходить процессы в условиях, приближающихся к производственным. B итоге исключается надежное воспроизведение процессов в промышленных масштабах.
Следовательно, проектирование тоже базируется на неточных данных. И не удивительно, что внедрение в промышленность новых производств иногда задерживается на многие годы .
В проекте Директив правильно подчеркнута необходимость улучшить планирование научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, предусматривая в планах все этапы этих работ, вплоть до внедрения их результатов в производство. Если говорить о химии, то речь прежде всего идет о том, чтобы при разработке процессов использовать современные способы исследования с применением электронных вычислительных машин, сочетающие методы кибернетики и химической технологии и представляющие собой основу методологии системного подхода в химии.
Как показывает опыт, например, Института катализа Сибирского отделения AH СССР , применение этих методов начинается с лаборатории.
Прежде всего составляется так называемый оптимальный план организации химических исследований (оптимальное планирование эксперимента).
Раньше много времени уходило на проверку того, можно ли вообще получить данный продукт с помощью исследуемой химической реакции, Сейчас кибернетика дала в руки исследователю новый подход к такой работе. Теперь химик не проводит опыты вслепую, а предварительно просчитывает на вычислительной машине возможные пути получения продукта. Отобрав из вcex возможных путей наилучший, он проводит лабораторные опыты только в этих оптимальных условиях, что резко сокращает затраты труда , времени, реактивов и других материальных средств.
Исследуя в лаборатории так называемую «микрокинетику» , химик подготавливает все необходимые данные для перехода к промышленному получению нового продукта. Однако, чтобы исключитьвозможные ошибки при переходе от лабораторного стола к промышленным масштабам, необходима еще одна ступень исследования в аппаратах больших размеров. И опять на помощь приходит вычислительная машина. Ha этот раз химику предстоит исследовать «макрокинетику процесса - проверить, как он будет протекать не в лабораторной колбе, а в укрупненном агрегате.
Ho прежде чем начать опыт на экспериментальной установке, сегодня исследователь опять «просчитает» его возможные варианты на ЭВМ . В очень короткое время машина даст ответы на все вопросы, интересующие исследователя. Он может найти лучшие условия проведения процесса , или, как говорят, провести оптимизацию; может определить, при каком количестве исходных реагентов получится продукт лучшего качества, в каком случае потребуется наименьшее время для будущего производственного процесса. Maшина выдает сведения в виде готовых таблиц или рисунков (графиков), и на основании этой информации исследователь решает, какой режим осуществить в производстве.
Этот режим и проверяется на укрупненной установке:
Полученные данные, подтвержденные опытом, можно спокойно выдавать для проектирования производственных процессов, уже не опасаясь, что при их промышленном освоении «всплывет» - , что либо непредвиденное.
Одновременно специалист, владеющий методами кибернетики, должен рекомендовать, как поддерживать оптимальный режим производства
или, другими словами, как управлять процессом. Эти вопросы он также выясняет во время исследований на укрупненной установке. Таким образом, методы кибернетики позволяют не только создать оптимальный процесс, но и систему управления им.
Короче говоря, кибернетика открывает широкие возможности для ускорения научных исследований и повышения их эффективности, быстрейшего претворения в жизнь полученных результатов. Именно с этой целью в научно-исследовательских институтах Министерства химической
промышленности были созданы лаборатории математического моделирования, оснащенные современной вычислительной техникой. Однако изза отсутствия квалифицированных специалистов по методам кибернетики в химии и
химической технологии эти лаборатории не всегда в состоянии квалифицированно, на высоком научном уровне выполнять поставленные перед нами задачи. В результате разработка и внедрение новых
технологических процессов затягиваются на долгие годы.
Сходное положение ив проектных институтах. Здесь
также не хватает специалистов, владеющих методологией системного подхода к проектированию химических предприятий, отсутствуют необходимые для оптимального проектирования алгоритмы расчета типовых процессов химической технологии, нет библиотек стандартных программ по оптимизации технологических схем. Вот почему, в проекты нередко закладываются морально устаревшие, а порой и просто ошибочные технические решения. Для управления такими производствами приходится создавать очень сложные автоматические системы, стоимость которых высока, а надёжность относительно низка. В этих случаях автоматизация химических производств сводится зачастую к навешиванию» большого числа приборов на технологическое оборудование. Например, на Новгородском, Сумгаитском химических комбинатах и некоторых других предприятиях смонтированы громадные щиты с сотнями приборов, большая часть которых вообще не используется.
Автоматизация и механизация получения, передачи, хранения и переработки информации , необходимой для управления производством, а также для разработки новых технологических процессов и проектирования химических цехов и заводов, немыслима без создания информационных вычислительных центров (ИВЦ) на предприятиях и при министерствах. В настоящее время ИВЦ созданы только на ряде крупных заводов химической и нефтехимической промышленности. Однако опыт показал, что коллективы, занимающиеся разработкой и внедрением ИВЦ, из-за недостатка квалифицированных специалистов по прикладной кибернетике слабо справляются со своей задачей . В результате, сроки внедрения ИВЦ затягиваются, а в уже созданных информационно вычислительных центрах решаются только частные задачи.
Большего внимания требует и создание автоматизированных систем управления предприятиями (АСУП ) и автоматизированных систем управления отраслью ( АСУ ) в химической, нефтехимической и других смежных отраслях промышленности. Несколько лет назад Министерство химической промышленности СССР определило Научно-исследовательский институт техникоэкономических исследований в области химии головной организацией по разработке отраслевой системы управления.
Однако дело движется медленно. Все это свидетельствует о том, что широкая подготовка научных и инженерных кадров, занимающихся разработкой химико-технологических процессов и их автоматизацией на основе новых принципов химической кибернетики, теории автоматического управления, вычислительной техники и вычислительной математики, представляет собой важную государственную задачу, которую надо решать без промедлений. Опыт подготовки таких кадров накоплен Московским химико-технологическим институтом имени Д. И. Менделеева. Здесь же постоянно действует и институт стажеров - работников вузов и научно-исследовательских институтов .
Но этого явно мало. Госплану СССР , Министерству высшего и среднего специального образования СССР совместно с министерствами химической и других отраслей промышленности необходимо решить вопрос о более широкой подготовке кадров указанного профиля. Отраслевым министерствам следует быстрее внедрять в практику исследовательских и проектных институтов методы системного анализа разрабатываемых процессов. Академия наук СССР также должна расширить научные разработки по химической технологии с использованием новых методов исследования. И решать эти задачи надо по возможности быстрее, ибо они имеют важнейшее значение для дальнейшero прогресса химической науки и промышленности.
В. Кафаров
Член-корреспондент Академии наук СССР