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开放架构的复杂过程系统建模与优化

陈韬  
【摘要】:当代过程系统朝着更大规模、更复杂更精确的方向发展。应承这种趋势,计算机建模与优化计算成为系统模拟与分析、过程仿真与优化应用的关键技术之一,并随着计算机软硬件与网络技术的飞速发展不断完善。 在主流建模技术中,传统的序贯模块法在计算与优化求解方面存在不足,随着计算数学理论的发展和计算机软硬件性能的不断提高,基于严格机理的开放方程技术逐步成为工业建模研究的发展趋势。在方程建模理论逐步完善过程中,如何结合工业与当前软件技术特点,更有效的发展方程建模技术及其应用,成为业界广泛关注的研究热点。 本文以开放方程建模为背景,从现有过程工业应用软件技术与工具入手,以更有效的工程应用为目标,在深入分析实际应用中的特点和困难基础上,探讨如何结合现代软件技术与过程工业领域的前沿探索,更迅速有效的把方程建模理论与实际相结合,使相关软件工具更好更高效的为应用服务。 本文的主要研究工作包括: 1) 系统介绍了当代复杂过程工业生产特点与模型化需求,分析比较目前两种主流建模技术,综述开放方程建模技术的前景与发展趋势,结合当前过程工业应用现状与现代软件技术,提出三种把建模与优化计算理论与工具更有效的与广泛需求结合起来的解决方案。 2) 把结构化与面向对象思想引入方程建模,通过Hash、内存镜像等相关技术辅助,以MATLAB为平台实现了方程建模工具包OMSMAT,并以精馏塔建模实例展示其结构化建模过程。把开放方程建模思想引入当前的成熟软件工具中,较好实现了方程建模技术应用扩展。 3) 介绍了当前应用软件发展的主流方向——基于组件的开放架构,及其面向分布式网络应用的面向服务体系结构SOA。从建模优化过程的三个主要方面——技术人员、相关技术与软硬件和实际对象深入分析工业建模优化软件的局限性与开放需求,提出面向服务的建模与优化计算模式。 4) 把面向服务思想引入目前仍遵循传统应用模式的建模与优化计算工具 浙江大学硕士学位论文 中,从方程建模工具ASCENDW出发,以新的面向服务的建模优化计 算模式为基础,以AUTOMATION与COM+技术为辅助,对其进行应用 框架与源码的重构,实现建模优化计算服务引擎Aseendserver及其分布 式服务解决方案ASCEND COM+,并通过扬子石化PTA生产过程水系 统平衡数据调和计算实例来验证这种开放架构优化求解服务模式的有效 性。 5)系统介绍了过程工程模拟计算规范CAPE一OPEN,阐述其规范架构及优 势所在。从CAPE一OPEN还没有实现方程建模的单元操作模块通用化设 计的现状出发,针对方程模型自身特点,设计了开放方程单元操作模块 接口,并讨论在软件ASCEND中的集成步骤。 关键词:建模与优化,开放方程,面向服务的开放架构,ASCEND,CAPE一OPEN, MAI,LAB


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