Введение - Методы информационного анализа материальных процессов

Обоснование необходимости проведения данной дипломной работы. Использование меры определенности и неопределенности информации позволяет анализировать общие механизмы энтропийно-информационных закономерностей материальных процессов, являющихся фундаментальной основой всех самопроизвольно протекающих процессов накопления информации, приводящих также и к самоорганизации сложных систем. При этом самоорганизация с полным правом может быть отнесена и к материальным процессам, так как они по своей сути являются результатом творческих, а стало быть спонтанных решений авторов способов и схем на основе переработки ими исходной разрозненной информации. Это упорядочение разрозненности затем воплощается в организации переработки хаотизированного сырья в рафинированный продукт. Поэтому очень важно найти адекватные математические модели оптимального решения и постановки задач для информационного анализа материальных процессов с количественной оценкой их собственно синергетического совершенства, которое в проводимых исследованиях мы определим как технологическое. Рассмотренный подход, на наш взгляд, полностью соответствует основным требованиям системного энтропийно-информационного анализа, так как обеспечивает при моделировании иерархической системы материальных процессов целостность ее рассмотрения за счет общетеоретических и методических концепций, позволяющих удерживать в поле зрения всю систему в целом для решения задачи на всех уровнях. Кроме того, на основе учета основных элементов в системе и связей между ними обеспечиваются полнота и всесторонность рассмотрения. Предложенный алгоритм упрощения при моделировании позволяет адекватно отразить реальный материальный процесс и учесть определяющие факторы в иерархической системе.

Актуальность темы определяется отсутствием единого показателя, который отображал бы объективную комплексную технологическую ценность материальных процессов на основе фундаментальных законов сохранения. Совершенствование материальных процессов целесообразно проводить не только на основе традиционных методов вскрытия причинно-следственных связей в процессах общей технологической схемы с анализом их материальных и тепловых балансов. Возможен дополнительный анализ этих процессов на основе информационной энтропии Шеннона с целью объединения разрозненных до сих пор показателей по содержанию и извлечению ценных компонентов в материальных процессах.

Современное состояние решаемой проблемы. Энтропия - понятие, сыгравшее центральную роль в ряде областей науки, в частности в статистической механике и теории информации. Использование аппарата теории вероятностей позволило в последние годы прояснить связи между различными применениями энтропии. Сейчас стало возможным увидеть в казавшихся ранее изолированными результатов из различных дисциплин элементы более общей математической теории энтропии. Точные понятия энтропии и информации, появившиеся в конце 40-х годов ХХв. и утвердившиеся вначале в прикладных областях, а именно в теории связи (К. Шеннон) и кибернетике (Н. Винер), сразу же подверглись тщательной математической переработке и получили развитие в нескольких новых областях науки [1]. Быстрое, почти мгновенное проникновение этих понятий в различные разделы математических, технических, социальных дисциплин было обусловлено тем, что соответствующий математический аппарат для их анализа был уже подготовлен, и, главное, имелись задачи, словно ожидавшие понятия информационной энтропии в той или иной форме и решенные вскоре с его помощью. При разработке материальных процессов и их практической реализации широко используются открытые в XIXв. всеобщие законы сохранения. Так, закон сохранения и превращения энергии воплощен в началах термодинамики и применяется на практике для составления тепловых балансов процессов [2]. Закон сохранения массы обязательно учитывается в кинетике химических реакций и в материальных балансах процессов. Однако новый и столь же универсальный закон сохранения суммы информации и энтропии (или закон сохранения максимума энтропии), сформулированный в середине XXв., пока что используется только для абстрактного анализа любых сложных систем, но не для конкретных процессов при реализации сложных материальных процессов. Между тем этот закон можно было бы применить для определения баланса между неопределенностью и завершенностью материальных процессов, то есть для информационного баланса любых процессов. Конкурентоспособность ожидаемых результатов состоит в возможности прямого сравнения конкурирующих схем или отдельно усовершенствуемых операций по единому обобщенному критерию комплексной завершенности, а также неопределенности.

Методическим основанием для разработки темы является информационная энтропия Шеннона и ее свойства.

Научный уровень разработок состоит в использовании закона сохранения суммы информации и энтропии непосредственно для информационного анализа материальных процессов и технологических схем.

Метрологическая обеспеченность работы основана на использовании практических справочных данных и статистических критериев адекватности их описания.

Новизна темы состоит в том, что впервые к анализу технологии материальных процессов и схем применены объективные и фундаментальные информационные критерии, выраженные в универсальных единицах информации - битах.

Целью работы является разработка методов информационного анализа материальных процессов с единой количественной оценкой их синергетического совершенства на основе применения последнего из всеобщих законов сохранения - закона сохранения суммы информации и энтропии.

Предметом исследования являются методы исчисления информационной энтропии и структурной информации, анализ энтропийно-информационных закономерностей материальных процессов.

В задачи исследования входят:

    - анализ существующих энтропийно-информационных закономерностей; - анализ, теоретическое обоснование и использование математических моделей структуры самоорганизующихся систем в аспекте энтропийно-информационных закономерностей материальных процессов; - вывод формул для оценки технологической неопределенности и завершенности материальных процессов с целью создания теоретических основ для их оптимизации; - разработка программы на языке Delphi для реализации алгоритма определения всех видов информации иерархической системы.

Решение этих задач позволит применить закон сохранения максимума энтропии для определения баланса между неопределенностью и завершенностью любых производственных процессов, обеспечивающих достижение поставленной цели наиболее технологичным способом.

Методологическая база исследования основана на отображении свойств элементов с точки зрения общих закономерностей неопределенных, или случайных, событий, которым подчиняются любые вещественные объекты и которые описываются статистическими распределениями, в данном случае информационной формулой Шеннона. Исследования проведены на базе кафедры прикладной математики КарГУ им. академика Е. А.Букетова.

Положения, выносимые на защиту:

    - анализ и теоретическое обоснование энтропийно-информационных закономерностей самоорганизующихся систем; - новые аспекты энтропийно-информационного анализа применительно к материальным процессам и технологическим схемам в целом; - энтропийно-информационный анализ материальных процессов по динамике повышения содержания целевого компонента; - применение разработанных моделей для информационного анализа и совершенствования материальных процессов.

Похожие статьи




Введение - Методы информационного анализа материальных процессов

Предыдущая | Следующая