基本介紹
- 中文名：調控流圖建模原理與套用
- 作者：鄭嬈 王耘
- 語言：簡體中文
- 出版時間：2014年1月1日
- 出版社：化學工業出版社
- 頁數：193 頁
- ISBN：9787122181862
- 開本：16 開
內容簡介,圖書目錄,作者簡介,序言,
內容簡介
這是關於調控流圖建模的第一本專著；其中結合了作者多年的學術成果，列舉了三大方面的建模實例並進行了分析。
本書最重要的是提供了一種建模思路和套用範例，讓讀者能夠舉一反三。
圖書目錄
第1章緒論
1.1複雜系統建模與仿真方法概述
1.1.1複雜系統建模與仿真研究現狀
1.1.2複雜過程建模常用方法
1.2複雜過程故障診斷
1.2.1動態系統故障診斷
1.2.2化工過程故障診斷
第2章實體語法系統
2.1實體語法系統基本概念
2.2實體語法系統與數學、複雜系統的關係
2.3實體語法系統與湧現性
第3章調控流圖建模方法
3.1調控流圖的定義
3.1.1調控流圖的形式化定義
3.1.2定性調控流圖的形式化定義
3.2調控流圖的建模方法
3.2.1基於工藝流程圖的調控流圖建模方法
3.2.2基於數學模型的調控流圖建模方法
3.2.3調控流圖建模與相關建模方法的差異
3.3CSTR系統的調控流圖建模
第4章基於調控流圖的定性仿真
4.1調控流圖定性仿真系統
4.1.1定性仿真系統的基本原理
4.1.2調控流圖定性仿真系統的形式化定義
4.1.3調控流圖定性仿真系統中的推理規則
4.2基於調控流圖的CSTR定性仿真系統
第5章基於調控流圖的故障診斷
5.1故障診斷與複雜系統湧現性的關係
5.2基於調控流圖的故障診斷系統
5.2.1基於實體語法系統的故障診斷策略
5.2.2調控流圖故障診斷系統的形式化定義
5.2.3調控流圖故障診斷系統中的假設集成
5.3基於調控流圖的CSTR故障診斷
第6章調控流圖量化方法
6.1調控流圖量化的基本原理
6.1.1基於S_系統的調控流圖量化方法
6.1.2調控流圖通用動力學方程
6.1.3基於數據的調控流圖量化方法
6.2調控流圖量化的步驟
6.2.1基本步驟
6.2.2用於調控流圖自動學習的粒子群算法
6.3調控流圖量化方法在CSTR系統中的套用
6.3.1CSTR系統仿真
6.3.2CSTR系統調控流圖的S—系統方程
6.3.3CSTR系統調控流圖的通用動力學方程
6.3.4基於觀測數據的CSTR的調控流圖模型
6.3.5基於調控流圖通用動力學方程的CSTR故障監測
第7章調控流圖的動態人工神經網路
7.1人工神經網路
7.1.1人工神經網路的發展階段
7.1.2常用人工神經網路
7.1.3人工神經網路與一些算法的聯合使用
7.2基於調控流圖的動態人工神經網路模型
7.3動態神經網路建模平台
7.3.1平台設計思路
7.3.2平台模組構建
7.3.3平台的功能及套用
第8章調控流圖在TE過程故障監測中的套用
8.1TE過程
8.2建模方法
8.2.1基本思路
8.2.2模型的拓撲結構
8.2.3模型的參數估計
8.3基於模型的TE過程故障監測
第9章調控流圖在原油蒸餾故障診斷中的套用
9.1原油蒸餾工業過程
9.1.1技術背景
9.1.2原油蒸餾工藝流程
9.1.3原油蒸餾工業過程仿真系統
9.2原油蒸餾過程的調控流圖建模
9.2.1建模思路
9.2.2建模的基本原則
9.2.3原油蒸餾過程的調控流圖模型
9.3基於調控流圖模型的原油蒸餾過程故障診斷
9.3.1原油蒸餾中的故障與故障診斷思路
9.3.2調控流圖的定性仿真與簡化
9.3.3故障診斷模型
第10章調控流圖在系統生物學中的套用
10.1系統生物學
10.1.1系統生物學提出的背景
10.1.2系統生物學中的定性仿真技術
10.1.3數據挖掘相關的Dependency Network與決策樹
10.2糖尿病調控流圖建模
10.2.1糖尿病的病理機制
10.2.2糖尿病調控流圖模型
10.3糖尿病調控流圖模型的套用
10.3.1糖尿病病理過程定性仿真
10.3.2糖尿病關鍵靶點的識別
第11章調控流圖在中藥作用機理解析中的套用
11.1中藥作用機理研究
11.1.1中藥作用機理的複雜性
11.1.2中藥作用機理研究現狀
11.1.3中藥作用機理研究與系統生物學的關係
11.1.4中藥作用機理研究存在的問題
11.2中藥作用過程的調控流圖模型
11.2.1建模思路
11.2.2中藥作用機理調控流圖模型
11.3中藥作用機理解析平台的構建
11.3.1系統基本架構
11.3.2資料庫建立
11.3.3推理引擎的建立
11.3.4平台網站建立
第12章調控流圖研究與套用展望
附錄
附錄1常見化工過程單元的調控流圖模型
附錄2原油蒸餾仿真系統對故障的仿真數據
參考文獻
作者簡介
王耘，北京中醫藥大學，教授，博士生導師，主要研究方向為中藥信息融合與利用，主講《生物信息學》、《計算藥物分析》、《生物統計學》課程。現任中國系統工程學會醫藥衛生系統工程專業委員會常務委員，世界中醫藥學會聯合會信息專業委員會理事，中醫藥信息研究會中醫藥信息數位化專業委員會委員，世界中醫藥學會聯合會中藥系統科學與工程專業委員會籌備組成員，國際中文期刊《臨床醫學進展》副主編，國際期刊《TANG》編委。發表學術論文80餘篇。2007年被授予“北京青年榜樣”稱號，2011年入選教育部“新世紀優秀人才支持計畫”。
序言
自科學誕生以來，它以簡潔、精煉和概括的特徵，使無數最具智慧的科學家投身其中，構建起科學的大廈。科學之美，在於它透過表象，看清本質，對共性規律嚴謹、客觀和可重現的表述方式，在於這些規律對人類生活的指導性價值。科學之所以能夠達到這樣的成就，在於它從眾多現實體系中剝離、抽象出研究對象的方法論，在於促使這種抽象能夠回歸到現實世界的技術途徑。然而，隨著科學知識的增長，科學分科越來越細，科學研究越來越深入，研究結論的針對性越來越強，科學正向各個領域的細微處蔓延生長，人們越來越難以看清科學的全貌，不同領域之間的差異越來越大，不同領域之間的溝通越來越困難。在這種高度分化的同時，必然對集成融合的要求越來越高，因而出現了資訊理論、系統論、控制論等橫斷學科。橫斷學科不以某一領域的具體系統為研究對象，而研究存在於多個學科領域的抽象對象，研究成果亦具有廣泛的適用性。這些橫斷學科的誕生和發展為很多領域注入了新的活力，相應的交叉學科如雨後春筍般蓬勃而出，並成為推動科學發展的新的動力。
系統論研究系統的一般模式、結構和規律，尋求並確立適用於一切系統的原理、原則和數學模型，是具有邏輯和數學性質的一門科學。對系統的數學建模與數學分析是其主要研究手段，建模方法的建立是系統科學的主要工具之一，也是系統科學的主要研究內容之一。尤其對於現代科學和工程所面對的複雜系統而言，建模和分析方法顯得尤為重要。在這些複雜系統中，具有代表性的自然科學領域最為典型的有系統生物學領域、複雜化工過程領域和中醫藥現代化研究領域。系統生物學是系統論與生物學交叉產生的新興學科，其目的在於研究生物系統的構成、特徵與規律，其主要任務是在對生物信息融合集成的基礎上建立生物系統模型，並藉以分析和研究生物系統的動態特徵與干預方式。隨著人類基因組計畫的完成，大量的信息亟需有整合能力的建模方法推動這一領域的發展。
複雜化工過程是系統論與化學工程交叉所產生的研究領域，其目的在於研究集物質流、信息流、能量流為一體的化工過程的動態規律，其任務包括對生產工藝的設計、最佳化和對生產過程的有效控制，保證化工生產的安全性、穩定性、經濟性。隨著化工生產規模的逐漸增長和信息化技術在化工領域的廣泛套用，化工生產過程的複雜性對數學建模的需求更為突出。
中醫藥是我國傳統醫學，從系統科學的角度而言，它是一門處理臨床複雜性問題的學問，不管是中醫司外揣內的診斷模式，還是臨床用藥的遣藥組方，都與中醫基礎理論所建立的陰陽五行、臟腑經絡整體模型息息相關。雖然這種模型不是一種嚴格的數學模型，然而其所包含的過程和思想卻有著深刻的數學內涵。如果能夠利用系統建模的方法對中醫藥進行研究，將對中醫藥的發展產生重要影響。
三個學術領域，所研究的具體對象雖然不同，但都具有複雜系統的特徵，都可以並且需要利用系統建模的方法進行研究。三個領域的研究對象都是由眾多環節所組成的複雜過程。在系統生物學中，表現為生化反應過程；在複雜化工過程中，表現為物質、能量、信息的傳遞過程和化學反應過程；在中醫藥中，則表現為人體疾病、健康等狀態的變化過程。三者在表達形式上具有共性的特徵。從研究內容上，三者又有交叉，包括生物學與複雜化工過程交叉而產生的生物化工領域，中醫藥與生物學交叉而產生的中醫藥系統生物學領域，中醫藥與複雜化工過程結合的中藥生產過程的質量控制領域。如果能夠有效整合不同學科或領域的優勢理念與技術，針對這些學科的共同特點，建立具有廣泛適用性的建模方法，必將對各學科產生積極的影響，並將對學科的交叉與融合產生積極的推動作用。
基於上述考慮，本書從三個學科中抽提出過程的一種基本結構——調控流圖。針對這一基本結構，構建了複雜過程的定性、定量相結合的調控流圖建模方法和相應的套用技術，並以CSTR（Continuous Stirred Tank Reactor）過程、TE（Tennessee Eastman）過程、原油蒸餾過程等為研究載體，建立基於定量模型的故障監測技術、基於定性模型的故障診斷技術，並以糖尿病生物過程、中藥作用過程為例探討了調控流圖建模方法在生物學、醫學中套用的可能性。雖然這一建模方法的基本思想來源於三個不同的學科，但其實用性並不局限於這三個學科，在具有類似結構的其他學科應該也具有廣泛的實用價值。
本書的研究工作得益於國家自然科學基金的支持，得益於北京化工大學王奎升教授、江波教授、錢才富教授，北京中醫藥大學喬延江教授，中國石油大學王德國教授，北京科技大學王立教授，北京航空航天大學徐國強教授，中國軍事科學院曾憲釗教授等專家學者所提出的建設性意見，得益於北京化工大學張貝克教授在過程仿真工作中所給予的支持與幫助。成書過程中得到研究生駱四君、高長欣、於曉娜的大力協助，化學工業出版社的編輯對書稿的修改和完善提出了寶貴意見，在此一併表示衷心的感謝！
鑒於本書的研究跨越了不同學科，筆者的學識水平和實踐能力是有限的，書中難免存在不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。
鄭嬈王耘2013年9月於北京
