Методи автоматизованих розрахунків та оптимізації

Мета вивчення дисципліни: забезпечити сталий розвиток професійних компетенцій здобувачів вищої освіти, поглиблення та удосконалення навичок використання сучасних комп’ютерних і мережевих технологій до аналізу, синтезу та цифрового прототипування технологічних процесів. Надати новітні якісні тренди у практиці використання стратегій автоматизованого вирішення оптимізаційних задач при використанні діючих, та проектуванні нових виробництв.
Практичне значення та використання отриманих знань: практика ведення командної асинхронної дистанційної проектної роботи з цифрової трансформації виробничого процесу та виконання наукових досліджень; сталі навички застосування методів виконання експериментів з цифровим прототипом технологічного обладнання з метою визначення оптимальних показників функціювання хіміко-технологічних систем (далі за текстом ХТС); володіння ефективними стратегіями проведення оптимізації роботи ХТС за економічними показниками з глибоким зануренням до алгоритмів автоматизованого пошуку екстремальних значень у присутності обмежень за технологічними умовами, навички ведення публічної презентації та захисту власного проекту. 

 Програмні результати навчання
ПРН1. Критично осмислювати наукові концепції та сучасні теорії хімічних процесів та хімічної інженерії, застосовувати їх при проведенні наукових досліджень та створення інновацій.
ПРН5. Вільно спілкуватися державною та іноземною мовами усно і письмово для обговорення і презентації результатів професійної діяльності, досліджень та проектів.
ПРН12. Володіти навичками автоматизації розрахунків за допомогою як прикладного програмного забезпечення загального призначення так і власних програмних рішень.

 Тематика та види навчальних занять

Для денної форми здобуття освіти

Лекційні заняття

Лекція 1. “Загальні поняття та характеристики хіміко-технологічних систем”.
Лекція 2. “Технологічні структури ХТС”
Лекція 3. “Постановка головних задач при проектуванні ХТС”.
Лекція 4. “Аналіз структури ХТС”.
Лекція 5. “Визначення обчислювальної послідовності розрахунку розімкнутих ХТС”.
Лекція 6. “Огляд алгоритмів виділення комплексів на структурі графа”.
Лекція 7. “Аналіз оптимальних стратегій представлення до розрахунку замкнутої ХТС”.
Лекція 8. “Кінцеві стратегії та алгоритми визначення послідовності розрахунку  ХТС”.
Лекція 9. “Класифікація та характеристики методів рішення МТБ ХТС”.
Лекція 10. “Стратегії та алгоритми розрахунку ХТС”.
Лекція 11. “Використання матричного безітераційного методу до розрахунку МТБ ХТС”.
Лекція 12. “Сучасні принципи створення моделюючих програм”.
Лекція 13. “Статистичні методи побудови математичних описів елементів ХТС”.
Лекція 14. “Приклади побудови моделей елементів ХТС та методики їх вирішення ”.
Лекція 15. “Особливості виконання оптимізації ХТС”.

Лабораторні заняття

Лабораторне заняття №1. “Цифрове моделювання та оптимізація параметрів роботи агрегату одержання формаліну”.
Мета заняття: Моделювання на ПЕОМ різноманітних варіантів умов роботи каталітичного реактору та обрання оптимальних його параметрів за встановленим критерієм; Визначення основних конструктивних характеристик агрегату та побудова інфографіки до характеристик його роботи.
Лабораторне заняття №2. “Матеріальні розрахунки та аналіз показників ХТС ”.
Мета заняття: Розрахунок на ЕОМ варіантів  роботи ХТС; Визначення основних технологічних характеристик ХТС одержання формаліну. Перевірка можливості функціонування реактора та схеми. 
Лабораторне заняття №3. “Пошук оптимальних умов роботи ХТС”.
Мета заняття: Ретельне планування чисельного експерименту; Проведення експерименту на об'єкті дослідження; Побудова математичної моделі об'єкта та визначення коефіцієнтів рівняння регресії. Реалізація алгоритму крутого сходження.
Лабораторне заняття №4. “Визначення структури ХТС.  Визначення обчислювальної  послідовності розімкнутих схем”.
Мета заняття: Представити структуру ХТС  у вигляді параметричного графа за допомогою вивчених методів; Провести роботу по визначенню обчислювальної послідовності розімкнутої схеми.
Лабораторне заняття №5. “Аналіз структури замкнутої ХТС”.
Мета заняття: Відокремити комплекси за допомогою двох наданих алгоритмів;
Виділити контури та визначити оптимальну множину розриваючих дуг; Встановити послідовність розрахунку ХТС.
Лабораторне заняття №6. “Розрахунок оптимального числа реакторів в каскаді РІЗ”.
Мета заняття: “ Розрахунок варіантів роботи каскаду реакторів; Визначення основних технологічних характеристик роботи каскаду”.
Лабораторне заняття №7. “Розрахунок показників ХТС гідроочищення дизельного палива”.
Мета заняття: Розрахунок на варіантів роботи ХТС гідроочищення дизельного палива. Визначення основних технологічних характеристик запропонованої ХТС.

Для заочної форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Лекція 1. “Стратегії цифрової трансформації ХТС; Алгоритми аналізу та синтезу цифрових прототипів ХТС”.
Лекція 2. “Методи оптимізації ХТС за економічними показниками у присутності технологічних обмежень”.

Лабораторні заняття
Лабораторне заняття №1. “Цифрове моделювання та оптимізація параметрів роботи агрегату одержання формаліну”.
Мета заняття: Моделювання на ПЕОМ різноманітних варіантів умов роботи каталітичного реактору та обрання оптимальних його параметрів за встановленим критерієм; Визначення основних конструктивних характеристик агрегату та побудова інфографіки до характеристик його роботи.
Лабораторне заняття №2. “Пошук оптимальних умов роботи ХТС”.
Мета заняття: Ретельне планування чисельного експерименту; Проведення експерименту на об'єкті дослідження; Побудова математичної моделі об'єкта та визначення коефіцієнтів рівняння регресії. Реалізація алгоритму крутого сходження.

 Індивідуальна робота

Курсова робота 
Мета курсової роботи – практичне застосування лекційного матеріалу до вирішення науковоємних професійних задач з аналізу та синтезу ХТС, розвиток компетенцій використання професійного програмного забезпечення до моделювання та оптимізації ХТС, закріплення вмінь візуальної презентації отриманих експериментальних даних.
Технічне завдання до курсової роботи є персональним до кожного здобувача та відкривається у системі цифрової підтримки освітнього процесу відразу при старті семестру. 
Курсова робота містить всі необхідні розділи до аналізу, моделювання та оптимізації роботи отриманої ХТС із висновками по кожному розділу та включає графічну частину – 1 аркуш формату А1 або аналогічна у обсягу частина у інших форматах. Кількість змістовних розділів складає 3.
Змістова послідовність виконання курсової роботи:
1. Опрацювання отриманої ХТС та аналіз обчислювальної її послідовності та математичної моделі до цифрової прототипізації. Моделювання режимів роботи окремих блоків та ХТС у цілому. Вихід на сталий режим з урахуванням техніко-економічних параметрів у ТЗ та заданих обмежень.
2. Оптимізація роботи реакторів та ХТС за вказаними критеріями з урахуванням технологічних обмежень
3. Проробка стратегії еколого-економічної оптимізації роботи ХТС.
Висновки по результатам роботи.
Захист курсової роботи – протягом останнього навчального тижня семестру.

Контрольна робота для здобувачів заочної форми

Завдання для виконання контрольних робіт здобувач отримує на установчій лекції. 
Робота містить 5 теоретичних питань за лекційним курсом, 1 практичне завдання та звіти з лабораторних робіт. 
Обсяг відповіді на кожне теоретичне питання не є обмеженим, але на рейтинговий бал впливає точність відповіді та повнота розкриття теми питання.
Практичне завдання: виконується розрахунком режимів роботи цифрових прототипів ХТС та містить обґрунтовану відповідь на відповідність режиму роботи реакторів та схеми отриманим технологічним показникам. 
Термін надання виконаної контрольної роботи на перевірку – не пізніше, ніж за місяць до початку сесії.  

 Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Для денної форми здобуття освіти

Поточний контроль полягає у виконанні: 
1) лабораторних робіт, бездоганне виконання яких сумарно оцінюється у 40 балів. Лабораторні роботи поділяються на 3 етапи, кожний з яких оцінюється окремо: 
 – опрацювання завдання до роботи, підготовка теоретичної та програмної частин, створення протоколу та відповідь на контрольні запитання – 10 балів;
– виконання експериментально-дослідної та розрахунково-інфографічної частин лабораторних робот – 10 балів;
– активна презентація роботи та захист протоколів – 20 балів.
2) двох модульних контрольних робіт. Модульні контрольні роботи складаються з теоретичної (5 запитань) і практичної частин (1 задача) та виконуються у письмовій формі. Відповідь на кожне теоретичне питання оцінюється максимум 4 балами. Правильне розв’язання задачі оцінюється в 10 балів. Бездоганне виконання кожної модульної контрольної роботи становить 30 балів. 
3) курсової роботи. Бездоганне виконання оцінюється у 60 балів. Захист роботи – 40 балів.
Підсумковий контроль – залік. Максимальна оцінка, яку може отримати здобувач – 100 балів. 

Для заочної форми здобуття освіти

Захист контрольної роботи. Бездоганне виконання контрольної роботи оцінюється у 50 балів. Під час її захисту здобувач може отримати до 50 балів. 
Захист курсової роботи. Бездоганне виконання оцінюється у 60 балів. Захист роботи – 40 балів.
Підсумковий контроль – залік. Максимальна оцінка, яку може отримати здобувач – 100 балів. 

 Політика освітнього процесу та умови допуску до підсумкового контролю

Здобувач зобов’язаний: своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача; дотримуватись принципів академічної доброчесності. Виконаний не свій варіант завдання здобувачем не оцінюється. Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається. Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.