过程系统工程及发展概述

伍赛特

1 过程系统工程及化学工程学

过程系统工程（Process Systems Engineering，PSE）是将系统工程学的理论和方法应用于化工过程领域的边缘学科，是化学工程学的一个分支。

化学工程学（Chemical engineering是以化学、物理和数学原理为基础，研究物料在工业规模条件下，它所发生的物理或化学状态变化的工业过程及这类过程所用装置的设计和操作的一门技术科学，通用于一切化工类的生产行业（统称过程工业），如化学工业、石油和石油化学工业、织物的印染、食品工业、制药、核业以及冶金工业等。20世纪20年代提出“单元操作”的概念，奠定了化学工程学的基础;60年代，化学工业已成为国民经济的支柱产业，相辅相成地促进了化学工程学的进展，形成了动量、热量和质量传递以及反应工程学的体系。

2 系统工程学

系统工程学（System Engineering）是以系统，特别是大系统，为对象的一门跨学科的边缘科学。它是根据总体协调的需要，把自然科学和社会科学中的某些思想、理论、方法策略和手段等从横的方面有效地组织起来应用于人类实践中，是应用现代数学和计算机等工具对系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控制等功能进行分析研究，而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标，是为更加合理的研制和运用系统而采取的各种组织管理技术的总称，归根结底是一种工程学的方法论。

系统工程学产生于20世纪40年代，是以运筹学、系统分析和现代控制理论为基础以及计算机为工具而发展起来的，已经广泛、有效地应用于人类社会的各个领域。系统工程学已发展成一门新的现代科学技术—一系统科学，其中开放的复杂巨系统及其方法论是一个科学新领域，复杂性理论、知识工程、定性与定量相结合的集成方法是有效的研究手段。

3 过程系统工程学的诞生及兴起

20世纪50年代，以石油化工为代表的过程工业实现了综合生产，生产装置大型化、复杂化，迫切需要全装置的最优设计、最优控制和最优管理，并在安全可靠、对环境污染最小化的状况下运在能源紧张、竞争日益加剧的情况下，传统的以单元操作概念为基础的化学工程方法已不能适应时代的发展要求。60年代初，在化学工程、系统工程、过程控制、运筹学及计算机技术等学科的基础上，产生和发展起来一门新兴的技术学科—一过程系统工程（PSE）。

20世纪60年代是过程系统工程产生和发展的理论准备时期，1961年，在AIChE讨论会文集上第次用到了PSE—一过程系统工程这个专有名词。代表性的研究者有美国的Rudd和 Watson（1968）， Himmelblau和 Bischoff（1968），日本的矢木荣和两村肇（1969），苏联的 KadepoB（1971）以及英国的 Roger W.H. Sargent等，他们的论著阐述了过程系统工程基础的研究方法和内容。

70年代，过程系统工程开始走上了实用阶段，最具代表性的是，采用过程系统工程方法开发出有效的通用化工流程模拟系统，用于生产装置的优化设计和最优控制，取得显著经济效益，并且第一个专门致力于PSE的刊物“ Computers and chemical engincering”于1977年出现。

80年代是过程系统工程普及、推广的时代，不仪在化工、石油、石油化工、核工业和能源工业中获得了广泛应用，而且向冶金、轻工、食品等连续加工过程工业部门推广，有力地促进了这些部门生产技术的飞速发展。相应地，过程系统工程学科在理论、方法和内容方面也在不断发展，分别在1982年、19851988年和1991年召开的第四届国际过程系统工程会议上对这一进步进行了展示。

20世纪90年代以来，环境问题已经更加突出，成为人们关注的焦点，逐渐认识到“清洁生产”是可持续发展的先决条件，是改善环境保持企业竞争能力的最重要手段之一。随着生命、信息、材料和环境科学的迅速发展，促进了化学工程学科在空间和时间尺度范围的扩展。为获得严格的过程机理模型，需要深入到原、分子尺度；为研究环境和生态过程，需建立宏观大系统（巨型系统〕模型并进行集成优化。过程系统工程，作为化学工程学科的一个分支，更直接地面向资源、能源、环境和健康系统领域明。在通用、高效的稳态和动态模拟系统、多目标优化方法、人工智能、先进控制、综合与集成技术等方面取得了长足进展，并扩充到与管理科学进行实质性的集成融合，如计算机集成制造（CIM）和供应链管理（SCM）等。

4 过程系统工程学的国内发展概述