Автоматизированное проектирование

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ химических производств, осуществляется в диалоговом режиме "проектировщик-ЭВМ" с использованием мат. моделей проектируемых объектов. С помощью автоматизированного проектирования резко сокращаются сроки проектирования и численность проектировщиков; быстро оценивается большое число альтернативных вариантов по организации произ-ва и выбираются оптимальные; проектировщики освобождаются от трудоемкой рутинной работы по оформлению документации. Автоматизированное проектирование реализуется в виде систем автоматизированного проектирования (САПР), к-рые состоят из техн. ср-в, системного и прикладного мат. обеспечении и ср-в ведения диалога.

Технические средства содержат одну или неск. ЭВМ с развитой периферией, включая широкий набор устройств для ввода в ЭВМ информации (цифровой, текстовой, графич.) и ср-ва отображения (дисплеи, графопостроители, печатающие устройства).

Системное математическое обеспечение включает программы обслуживания внеш. устройств ЭВМ с целью обеспечения удобства ведения диалога и задания информации; оперативного изменения заданий на проектирование; обслуживания собственно ЭВМ.

Прикладное математическое обеспечение-мат. модели объектов проектирования, к-рые составляют основу САПР и обычно представляются в виде т. наз. модулей, оформленных согласно спец. правилам организации систем (представление исходных данных, результатов расчета и т.д.).

САПР реализует все общие этапы проектирования - выбор строит. площадки, проектирование зданий, технол. аппаратуры, сантехники, электрооборудования и др. Технол. проектирование хим. произ-ва включает: 1) формирование информац. базы; 2) выбор способа реализации процесса; 3) выбор оборудования; 4) синтез химико-технол. схемы (ХТС). В соответствии с этими этапами САПР содержит подсистемы информац. обеспечения, технол. расчета установок и их комплексов, конструкц. расчета оборудования, синтеза и анализа ХТС.

Формирование информационной базы состоит в подборе исходных данных на проектирование и осуществляется подсистемой информац. обеспечения. Эта подсистема представляется в виде банка данных (комплекса программ), обеспечивающего неизбыточное хранение и оперативное введение данных, а также независимость от них прикладных программ. Банк данных содержит всю требуемую для проектирования информацию: физ.-хим. свойства в-в и материалов, перерабатываемых в данной отрасли; эксплуатац. характеристики оборудования хим. произ-в (ГОСТы, стандарты, нормали и т.п.); характеристики действующих произ-в - технико-экономич. показатели, надежность (частота отказов, время простоев и т. д.) и др. данные, необходимые для выработки эффективных решений по проектированию с учетом опыта уже действующих произ-в и конкретного места стр-ва нового объекта, а также для решения оперативных задач по реконструкции и расширению произ-в; типовые проектные решения по технол. и аппаратурному оформлению отдельных процессов и стадий произ-ва. Информац. обеспечение организуется так, чтобы при отсутствии требуемых сведений их можно было получить, используя данные прогнозов.

Выбор способа реализации процесса производится на основе подсистемы технол. расчета установок с целью подбора среди альтернативных способов (напр., экстракция, ректификация, кристаллизация) наилучшего с точки зрения заданного критерия. В зависимости от постановки задачи и исходных данных эта подсистема содержит наборы модулей расчета разных способов реализации отдельных процессов (выпаривание, абсорбция, сушка и т.д.), скоростей хим. р-ций, тепло- и массообмена, фазовых равновесий, гидродинамики, потоков и т.п. Проектировщик в режиме диалога с ЭВМ имеет возможность формировать разл. варианты вычислит. схем исходя из точности расчетов и постановки задачи.

Конструкционный расчет оборудования осуществляется на основе модулей расчета типовых аппаратов с учетом их технол. и технико-экономич. характеристик и физ.-хим. св-в продуктов с использованием информации, хранящейся в банке данных. После получения осн. показателей соответствующее стандартное оборудование выбирается автоматически. При его отсутствии предусматривается определение характеристик нестандартного оборудования. Варианты аппаратурного оформления процесса оцениваются разными критериями (экономич., термодинамич. и др.), для к-рых в банке данных имеются необходимая информация и соответствующие модули расчета составляющих их характеристик.

Блок-схема режима диалогового проектирования.

Синтез и анализ химико-технологической схемы проводятся с учетом ограничений по расходу энергии, непроизводительным затратам сырья и побочных продуктов, требований к охране окружающей среды и т.д. На этом этапе применяются модули выбора оптимального распределения материальных и тепловых потоков в пределах хим. произ-ва с целью их вторичного использования, модули оптим. компоновки оборудования и т.д. В основе функционирования данной подсистемы лежат методы оптимизации, требующие больших затрат машинного времени. Как правило, анализируют большое число вариантов аппаратурного оформления произ-ва, сравнивают их с известными и на базе заданного критерия выбирают оптимальный.

САПР работает в диалоговом режиме, к-рый позволяет использовать опыт проектировщика для исключения заведомо нереализуемых вариантов ХТС и сокращения времени поиска оптим. варианта. В качестве языка диалога применяется язык на базе профессиональной лексики, что существенно упрощает работу и освобождает проектировщика от необходимости изучения вычислит. техники и математики.

Блок-схема работы САПР показана на рисунке. Проектировщик формулирует и передает системе задание. После его анализа и уточнения проектировщику выдается информация о ресурсах для решения поставленной задачи (наличие модулей и др.). На основании этой информации м. б. установлена возможность решения задачи с использованием имеющихся ресурсов или необходимость изменения ее постановки и введения дополнит. модулей и данных. Текст задания автоматически переводится на внутр. язык ЭВМ и на его базе формируется вычислит. схема, т.е. модули расчета отдельных элементов ХТС (реактор, абсорбер, выпарной аппарат и т.д.) объединяются в вычислит. комплекс программ, выбираются необходимые сведения из банка данных (физ.-хим. константы, технол. параметры, св-ва в-в и т. п.) и выполняется задание. Итоги расчета выдаются на устройства отображения.

После анализа результатов проектировщик может изменить постановку задачи, задать новые ограничения относительно продуктов или оборудования, потребовать уточнения отдельных этапов расчета и др., т.е. рассмотреть множество вариантов проекта в режиме диалога с целью поиска оптим. решения. Использование при этом точных моделей процессов и методов оптимизации существенно повышает кач-во проекта и снижает сроки его разработки. Ср-ва машинной графики (графопостроители, множительные устройства и т.д.) позволяют механизировать и ускорить изготовление проектной документации (рабочие чертежи, спецификация оборудования, приборы для систем управления и т.п.).

Системы автоматизированного проектирования создаются на разных уровнях: отдельных процессов (подготовка сырья, его хим. превращение, выделение продуктов), произ-в (метанол, аммиак и др.), отраслей пром-сти (хим., нефтехим. и т.д.). Отдельные САПР (процессов, произ-в и т. п.) входят в иерархич. структуру отраслевой САПР в кач-ве подсистем. Поэтому они должны разрабатываться на единой методологич. основе и с единым банком данных.

===
Исп. литература для статьи «АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ»: Кафаров В. В., Мешалкин В. П., Перов В. Л., Математические основы автоматизированного проектирования химических производств, М., 1979. В. В. Кафаров, В. И. Ветохин.

Страница «АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.