Параметри та фактори оптимізації технологічного процесу

Вибір параметра оптимізації. Істотну роль при виборі параметрів оптимізації відіграє рівень апріорних знань про об'єкт дослідження. Наприклад, при дослідженні хімічних і технологічних процесів як вихідні параметри розглядаються: вихід реакції у відсотках або продуктивність апарата; показники якості продукту, його собівартість або сировинні витрати. Вихід реакції зазвичай визначається кількісно. Він дозволяє оцінити інтенсивність процесу, має чіткий фізичний зміст, сприяє розумінню фізико-хімічних закономірностей, тому ним легко користуватися як параметром оптимізації.

Інший шлях - це побудова узагальненого параметра оптимізації як деякої функції від множини вхідних. Побудова узагальненого параметра оптимізації пов'язана зі створенням єдиної ознаки, що кількісно визначає функціонування досліджуваного об'єкта з багатьма вихідними параметрами.

Параметр оптимізації повинен бути:

- ефективним із погляду досягнення мети;

- універсальним;

- кількісним і виражатися одним числом;

- бути простим і легким в обчисленні, мати фізичний зміст;

- чинним для всіх різноманітних станів процесу.

При дослідженні технологічних процесів параметрами оптимізації можуть бути: вихід продукції, продуктивність обладнання, показники якості продукції, собівартість, сировинні витрати. Дуже поширені задачі оптимізації виходу якогось продукту в результаті технологічного процесу.

Вибір факторів, що визначають процесс. Після того як обрано об'єкт дослідження і параметр оптимізації, потрібно розглянути всі істотні фактори, що можуть впливати на процес.

Всі фактори можна розділити на якісні та кількісні.

Якісні фактори - це різноманітні речовини, технологічні засоби, обладнання і т.д.

Час процесу, температура, концентрація речовин, що реагують, величина рН, витрата теплоносія, швидкість подання речовин - це приклади кількісних факторів, що зустрічаються найбільш часто.

Фактор вважається заданим, якщо разом із його назвою зазначена область його визначення, тобто сукупність усіх значень, що він може приймати. Кожний фактор має область визначення. У практичних задачах області визначень факторів обмежені верхнім і нижнім значеннями. Отже, фактори - це змінні величини, що відповідають засобам впливу зовнішнього середовища на об’єкт.

При плануванні експерименту до факторів також висувають певні вимоги:

а) фактори повинні бути керованими, це означає можливість їх одночасного запровадження на обраних рівнях і підтримування цих значень протягом досліду;

б) фактори повинні бути однозначними і безпосередньо впливати на об'єкт дослідження. У плануванні експерименту можуть брати участь складні фактори, такі як логарифми концентрацій, співвідношення між компонентами і т.п.

в) точність виміру факторів повинна бути якомога високою, однак з урахуванням поставленої задачі. Так, якщо вивчається процес, що триває десять годин, то немає потреби враховувати секунди. У процесах, що тривають хвилини, варто відраховувати і секунди.

У процесі планування експерименту як правило одночасно змінюються декілька факторів. До сукупності факторів висувають вимоги щодо їхньої сумісності та взаємної незалежності.

Сумісність факторів означає, що всі їхні комбінації здійснювані і безпечні, наприклад, не призведуть до пошкодження приладу, що реєструє, або до погіршення якості продукту.

Незалежність - можливість установлення фактора на будь-якому рівні поза залежністю від рівнів інших факторів. Якщо ця умова не виконується, експеримент планувати не можна.

Поверхня відгуку і рівняння регресії. Будь-який процес у системі може бути охарактеризований деякою залежністю параметра оптимізації у від факторів (х₁ х₂, х₃, ...х_n), чинних у системі. Тому вивчення будь-якої системи можна уявити як дослідження функції багатьох змінних, тобто пошуку залежності, наведеної у (6.4).

y = f (х₁ х₂ х₃ ...·х_n) (6.4)

Це рівняння називають функцією відгуку. Воно описує деяку гіперповерхню у «n + 1» - мірному просторі (n - число факторів). Отже, вивчення багатофакторної системи можна уявити як дослідження форми цієї поверхні, що називається поверхнею відгуку. Простір, в якому будується поверхня відгуку, називають факторним простором.