Проверка адекватности модели ХТС и программы расчета
Обязательность этого блока алгоритма в методе исследования работоспособности ХТС объясняется следующими обстоятельствами.
Во-первых, нет уверенности в корректности самой задачи поиска искомых функций (и заданных параметров, в частности). Дело в том, что математика очень “храбрая” и все “знает” для линейных задач, для линейных операторов. В реальных научных и инженерных проблемах, как правило, задачи нелинейные.
Определений корректности много и они зависят от целей исследования. Приведем определение по академику А.Н. Тихонову [цит. по 49].
Задача называется корректной, если
* решение существует,
* решение единственно,
* решение слабо зависит от малых изменений параметров в уравнениях.
Модель ХТС представляет собой систему нелинейных алгебраических уравнений, и наш поиск условий корректности решений такой задачи оказался безрезультатным из-за плохой обусловленности полупустых матриц. Уже само перечисление обстоятельств корректности в определении А.Н. Тихонова показывает их принципиальную значимость. Действительно, если решения не существует, то модель надо просто выбросить как дурной инструмент. Если решений много (а мы больше всего именно этого и опасались), то, как найти все эти решения и какое из них соответствует действительности? Если же решение существует и единственно, но сильно меняется при неизбежных бесконечно малых изменениях параметров задачи, то такое решение просто никому не нужно. Эти параметры в реальности всегда определены с какой-то точностью и так как, решая задачу на ЭВМ, обязательно, пусть и мало, исказим величины этих параметров чисто технически.
Во-вторых, модель ХТС разрабатывают люди с разной мерой профессионализма, знаний, опыта и эрудиции. У разных коллективов-разработчиков модели одной и той же ХТС будут обязательно разными, с различной степенью детальности и полноты, научно - исследовательская информация, используемая при разработке модели, будет обязательно из разных источников и разной добротности. И это совершенно естественно, нормально, но нет никаких оснований считать себя истиной в последней инстанции. Если модели разные, то и решения, естественно, разные.
В-третьих, разработанный алгоритм расчета на ЭВМ всех искомых функций (и заданных параметров в том числе) модели ХТС обязательно содержит итеративные процессы счета, а в нашем случае получаем вообще набор итераций в итерации, то есть много контуров приближений. И это вина химиков-технологов, их воля и способ достижения эффективности ХТС по каким-то критериям. Часть итеративных процессов приходится проводить чисто технически при разработке алгоритма. Сразу возникают тревожные вопросы: а сходится ли итеративный процесс, и если сходится, то куда?
В-четвертых, разработанный алгоритм расчета далее транслируется на каком-то программном языке. При записи самой программы совсем не исключены орфографические, синтаксические ошибки, которые, кстати, очень трудно обнаруживать и которые вредоносны до невозможности.
В-пятых, сам компьютер − та еще “вещь в себе”, и вирусы мучают, и сбои бывают.
Конечно, ее величество “Науку” все эти “ужастики” мало волнуют, ей нужен добротный продукт, поэтому проверка адекватности модели ХТС, алгоритма и программы счета объективно необходима. Дело еще в том, что в конце процедуры исследования работоспособности ХТС будут приниматься ответственные решения: быть или не быть “в железе” этой ХТС, давать или не давать огромные суммы денег на ее создание, раскручивать или нет огромный, сложный механизм ее созидания?
При проверке адекватности модели ХТС, алгоритма и программы расчета могут возникнуть ровно две ситуации: исследуется работоспособность модернизируемой или реанимируемой ХТС, или исследуется работоспособность новой ХТС на предпроектной стадии разработки.
В первой ситуации проверка адекватности проводится элементарно просто. На действующей и подлежащей модернизации ХТС с помощью заводской системы КИП и А измеряются некоторые параметры технологического потока, желательно разной физической природы (концентрации компонент, температура, расход, влажность, запыленность и т.д.). Здесь же измеряются одномоментно все внешние воздействия согласно модели ХТС, далее рассчитываются все искомые функции (и измеренные тоже). Если произошло количественное совпадение измеренных и расчетных величин с точностью до приборов системы КИП и А завода, то модель ХТС объявляется адекватной действительности, а всякие сомнения в объективности, истинности дальнейших выводов рассматриваются как необоснованные придирки.
Именно таким образом была проверена адекватность модели установки производства керамзитового песка мощностью 50 тыс. м3/год из природной глины. Дело в том, что технологическая организация ВНИИСтром им. П.П. Будникова имела собственную опытно-промышленную установку, по схемному решению одинаковую с промышленной и близкую к ней по производительности. Поэтому организационных трудностей с проверкой адекватности было мало.
Во второй ситуации (ХТС - новая) проверка адекватности модели, алгоритма и программы проводилась путем сопоставления наших расчетных величин искомых функций с теми же величинами из регламента. Если происходит количественное совпадение этих величин с точностью до расчетов в регламенте, то модель ХТС, алгоритм и программа расчета объявляются адекватными регламенту. При этом данные в регламенте признаются истиной. Обоснованием для такого способа проверки адекватности является то, что и модель и расчеты в регламенте проводились взаимно - независимыми коллективами, да еще разнесенными по времени и месту работы. Наверное, другого способа проверки и придумать затруднительно.
Если проверка адекватности показала расхождение расчетных данных по модели ХТС с данными эксперимента или регламента, то далее надо отвечать на традиционные русские вопросы: “Кто виноват?” и «Что делать?», но это чисто технический вопрос, на нем не будем останавливаться.
Таким путем была проверена адекватность модели ХТС, алгоритма и программы расчета для линии производства концентрированной серной кислоты из природной серы под единым давлением мощностью 700 тыс. т/год (установка К-700) [50].