Технологическое проектирование

Технологическая инженерия — это понимание и применение фундаментальных принципов и законов природы , которые позволяют людям преобразовывать сырье и энергию в продукты , полезные для общества, на промышленном уровне . ^[1] Воспользовавшись движущими силами природы, такими как градиенты давления , температуры и концентрации , а также законом сохранения массы , инженеры-технологи могут разрабатывать методы синтеза и очистки больших количеств желаемых химических продуктов. ^[1] Технологическое проектирование фокусируется на проектировании, эксплуатации, контроле, оптимизации и интенсификации химических, физических и биологических процессов. Технологическое проектирование охватывает широкий спектр отраслей, таких как сельское хозяйство , автомобилестроение , биотехническая , химическая , пищевая , разработка материалов , горнодобывающая , атомная , нефтехимическая , фармацевтическая и разработка программного обеспечения. Применение систематических компьютерных методов в технологическом процессе называется «инжинирингом технологических систем».

Обзор [ править ]

Технологическое проектирование предполагает использование множества инструментов и методов. В зависимости от точной природы системы процессы необходимо моделировать и моделировать с использованием математики и информатики. Процессы, в которых важны фазовые изменения и фазовые равновесия, требуют анализа с использованием принципов и законов термодинамики для количественной оценки изменений энергии и эффективности. Напротив, процессы, в которых основное внимание уделяется потоку материала и энергии по мере приближения к равновесию, лучше всего анализировать с использованием дисциплин механики жидкости и явлений переноса. Дисциплины в области механики необходимо применять в присутствии жидкостей или пористых и дисперсных сред. При необходимости также необходимо применять принципы инженерии материалов. ^[1]

Производство в области технологического проектирования предполагает реализацию этапов синтеза процессов. ^[2] Независимо от конкретных необходимых инструментов, проектирование процесса затем форматируется с использованием схемы технологического процесса (PFD), где показаны пути потока материала , оборудование для хранения (например, резервуары и силосы), преобразования (например, дистилляционные колонны , приемные/напорные резервуары, смешивание, разделение, перекачка и т. д.) и скорости потока указаны, а также список всех труб и конвейеров и их содержимого, свойства материалов, такие как плотность , вязкость , гранулометрический состав , расход, давление, температура и материалы строительство трубопроводов и агрегатных операций . ^[1]

Схема технологического процесса затем используется для разработки схемы трубопроводов и приборов (P&ID), которая графически отображает фактически происходящий процесс. P&ID считается более сложным и конкретным, чем PFD. ^[3] Они представляют собой менее запутанный подход к дизайну. Затем P&ID используется в качестве основы для разработки «руководства по эксплуатации системы» или « спецификации функционального проектирования », в которой описывается работа процесса. ^[4] Он направляет процесс через работу оборудования, безопасность при проектировании, программирование и эффективное общение между инженерами. ^[5]

Из P&ID предлагаемая компоновка (общее расположение) процесса может быть показана с видом сверху ( план участка ) и вида сбоку (возвышение), а также задействованы другие инженерные дисциплины, такие как инженеры-строители для работ на строительной площадке (земляные работы) , проектирование фундамента, проектирование бетонных плит, конструкционная сталь для поддержки оборудования и т. д. Вся предыдущая работа направлена на определение объема проекта, затем разработку сметы для установки конструкции и графика, в котором будут указаны необходимые сроки. для проектирования, закупок, изготовления, монтажа, ввода в эксплуатацию, запуска и текущего производства процесса.

В зависимости от необходимой точности сметы затрат и требуемого графика, клиентам или заинтересованным сторонам, которые сообщают о своих требованиях, обычно предоставляется несколько итераций проекта. Инженер-технолог включает эти дополнительные инструкции (пересмотр объема работ) в общий проект и дополнительную смету расходов, после чего разрабатываются графики для утверждения финансирования. После утверждения финансирования проект реализуется посредством управления проектом . ^[6]

Основные направления технологического проектирования [ править ]

Технологическую деятельность можно разделить на следующие дисциплины: ^[7]

Технологическое проектирование : синтез сетей рекуперации энергии , синтез систем дистилляции ( азеотропных ), синтез реакторных сетей, технологические схемы иерархической декомпозиции, оптимизация надстройки, проектирование многопродуктовых серийных установок, проектирование промышленных реакторов для производства плутония, проектирование атомных подводных лодок.
Управление технологическим процессом : управление с прогнозированием модели, меры управляемости, робастное управление, нелинейное управление, статистическое управление процессом, мониторинг процесса, управление на основе термодинамики , обозначаемое тремя основными элементами, набором измерений, методом проведения измерений и системой управления процессом. желаемое измерение. ^[8]
Технологические операции : планирование сетей процессов, многопериодное планирование и оптимизация, сверка данных, оптимизация в реальном времени, меры гибкости, диагностика неисправностей.
на основе уравнений Вспомогательные инструменты: последовательное модульное моделирование, моделирование процессов , искусственный интеллект / экспертные системы , крупномасштабное нелинейное программирование (NLP), оптимизация дифференциально-алгебраических уравнений (DAE), смешанно-целочисленное нелинейное программирование (MINLP), ^[9] глобальная оптимизация, оптимизация в условиях неопределенности, ^[10]^[11] и развертывание функции качества (QFD). ^[12]
Экономика процесса: ^[13] Это включает в себя использование программного обеспечения для моделирования, такого как ASPEN, Super-Pro, для определения точки безубыточности, чистой приведенной стоимости, предельных продаж, предельных затрат, рентабельности инвестиций промышленного предприятия после анализа тепломассопереноса предприятия. ^[13]
Аналитика технологических данных: применение анализа данных и машинного обучения для решения производственных задач. методов ^[14]^[15]

История технологического процесса [ править ]

Различные химические методы использовались в промышленных процессах с незапамятных времен. Однако только с появлением термодинамики и закона сохранения массы в 1780-х годах инженерия процессов получила должное развитие и стала отдельной дисциплиной. Набор знаний, который сейчас известен как инженерия процессов, формировался методом проб и ошибок на протяжении всей промышленной революции. ^[1]

Термин «процесс » применительно к промышленности и производству восходит к 18 веку. В этот временной период требования к различной продукции стали резко возрастать, и инженерам-технологам потребовалась оптимизация процесса создания этой продукции. ^[1]

К 1980 году концепция технологического проектирования возникла из-за того, что методы и методы химического машиностроения использовались в различных отраслях промышленности. К этому времени технологическая инженерия была определена как «набор знаний, необходимых для проектирования, анализа, разработки, конструирования и оптимального управления процессами, в которых изменяется материал». ^[1] К концу 20-го века технологические процессы расширились от технологий, основанных на химической технологии, до других приложений, включая металлургическое машиностроение , сельскохозяйственное машиностроение и разработку продуктов .

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Даль Пон, Жан-Пьер, изд. (2012). Технологическое проектирование и управление производством . Лондон: ИСТЭ. ISBN 978-1-118-56213-0 . OCLC 830512387 .
^ Моди, Дэвид (2011). «Обзор проектирования химических процессов» . Труды Канадской ассоциации инженерного образования . дои : 10.24908/pceea.v0i0.3824 . S2CID 109260579 .
^ «Научитесь читать чертежи P&ID — полное руководство» . HardHatengineer.com . 3 ноября 2017 года . Проверено 11 сентября 2018 г.
^ «Спецификация функционального дизайна» . Историк на тропе войны . 2 апреля 2006 г. Проверено 11 сентября 2018 г.
^ Баркел, Барри М. «Схемы трубопроводов и приборов» (PDF) . АЙШЕ . Проверено 11 сентября 2019 г.
^ Хейзиг, Питер; Кларксон, Джон; Вайна С., ред. (2010). Моделирование и управление инженерными процессами . Лондон: Спрингер. ISBN 978-1-84996-199-8 . OCLC 637120594 .
^ Гроссманн; Вестерберг. «Проблемы исследований в области проектирования технологических систем» (PDF) . Университет Карнеги-Меллон . Проверено 17 ноября 2023 г.
^ Кершенбаум, Л.С. (2006). «Управление процессами» . Полное руководство по термодинамике, тепломассообмену и гидротехнике . Термопедия. doi : 10.1615/AtoZ.p.process_control . ISBN 0-8493-9356-6 . Проверено 15 сентября 2019 г.
^ Сахинидис, Невада (2019). «Смешанно-целочисленное нелинейное программирование 2018» . Оптимизация и инжиниринг . 20 (2): 301–306. дои : 10.1007/s11081-019-09438-1 .
^ Сахинидис, Николаос В. (2004). «Оптимизация в условиях неопределенности: современное состояние и возможности». Компьютеры и химическая инженерия . 28 (6–7): 971–983. doi : 10.1016/j.compchemeng.2003.09.017 .
^ Нин, Чао; Ты, Фэнци (2019). «Оптимизация в условиях неопределенности в эпоху больших данных и глубокого обучения: когда машинное обучение встречается с математическим программированием». Компьютеры и химическая инженерия . 125 : 434–448. arXiv : 1904.01934 . doi : 10.1016/j.compchemeng.2019.03.034 . S2CID 96440317 .
^ «Создание лучшей системы доставки: новое партнерство в области инженерии и здравоохранения» . Национальный центр биотехнологической информации . 2005 . Проверено 15 сентября 2019 г.
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Купер, Джеймс Р. (2003). Экономика технологических процессов . Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN 0-8247-5637-1 . OCLC 53905871 .
^ «Тематический сборник: анализ данных процесса» . Проверено 17 ноября 2023 г.
^ Шан, Чао; Ты, Фэнци (2019). «Аналитика данных и машинное обучение для интеллектуального процессного производства: последние достижения и перспективы в эпоху больших данных» . Инженерное дело . 5 (6): 1010–1016. дои : 10.1016/j.eng.2019.01.019 .

Внешние ссылки [ править ]

[PEaIM2012-1] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Даль Пон, Жан-Пьер, изд. (2012). Технологическое проектирование и управление производством . Лондон: ИСТЭ. ISBN 978-1-118-56213-0 . OCLC 830512387 .

[2] Моди, Дэвид (2011). «Обзор проектирования химических процессов» . Труды Канадской ассоциации инженерного образования . дои : 10.24908/pceea.v0i0.3824 . S2CID 109260579 .

[3] «Научитесь читать чертежи P&ID — полное руководство» . HardHatengineer.com . 3 ноября 2017 года . Проверено 11 сентября 2018 г.

[4] «Спецификация функционального дизайна» . Историк на тропе войны . 2 апреля 2006 г. Проверено 11 сентября 2018 г.

[5] Баркел, Барри М. «Схемы трубопроводов и приборов» (PDF) . АЙШЕ . Проверено 11 сентября 2019 г.

[6] Хейзиг, Питер; Кларксон, Джон; Вайна С., ред. (2010). Моделирование и управление инженерными процессами . Лондон: Спрингер. ISBN 978-1-84996-199-8 . OCLC 637120594 .

[cmu-7] Гроссманн; Вестерберг. «Проблемы исследований в области проектирования технологических систем» (PDF) . Университет Карнеги-Меллон . Проверено 17 ноября 2023 г.

[8] Кершенбаум, Л.С. (2006). «Управление процессами» . Полное руководство по термодинамике, тепломассообмену и гидротехнике . Термопедия. doi : 10.1615/AtoZ.p.process_control . ISBN 0-8493-9356-6 . Проверено 15 сентября 2019 г.

[9] Сахинидис, Невада (2019). «Смешанно-целочисленное нелинейное программирование 2018» . Оптимизация и инжиниринг . 20 (2): 301–306. дои : 10.1007/s11081-019-09438-1 .

[10] Сахинидис, Николаос В. (2004). «Оптимизация в условиях неопределенности: современное состояние и возможности». Компьютеры и химическая инженерия . 28 (6–7): 971–983. doi : 10.1016/j.compchemeng.2003.09.017 .

[11] Нин, Чао; Ты, Фэнци (2019). «Оптимизация в условиях неопределенности в эпоху больших данных и глубокого обучения: когда машинное обучение встречается с математическим программированием». Компьютеры и химическая инженерия . 125 : 434–448. arXiv : 1904.01934 . doi : 10.1016/j.compchemeng.2019.03.034 . S2CID 96440317 .

[12] «Создание лучшей системы доставки: новое партнерство в области инженерии и здравоохранения» . Национальный центр биотехнологической информации . 2005 . Проверено 15 сентября 2019 г.

[Couper2003-13] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Купер, Джеймс Р. (2003). Экономика технологических процессов . Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN 0-8247-5637-1 . OCLC 53905871 .

[14] «Тематический сборник: анализ данных процесса» . Проверено 17 ноября 2023 г.

[15] Шан, Чао; Ты, Фэнци (2019). «Аналитика данных и машинное обучение для интеллектуального процессного производства: последние достижения и перспективы в эпоху больших данных» . Инженерное дело . 5 (6): 1010–1016. дои : 10.1016/j.eng.2019.01.019 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]