計算機在化學化工中的應用綜述

計算機在化學化工中的應用綜述第一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二本章內容安排教學資源概述計算機在化學中的應用計算機在化工中的應用計算機在教學中的應用課程安排教學相關第二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二1.1教學資源教學網(wǎng)站

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第三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二1.2計算機的特點高速度高精確度智能性，主要通過軟件實現(xiàn)軟件的可繼承性更新?lián)Q代快第四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二1.3計算機在化學中的應用文字處理圖形圖像處理實驗數(shù)據(jù)處理插值擬合實驗設計實驗結果分析圖形處理分子模擬藥物篩選合成路徑選擇量子化學計算催化機理研究儀器分析其他第五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二圖形圖像處理第六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二插值與擬合第七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二第八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二正交實驗設計第九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二圖形處理第十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二分子模擬乙烯的軌道圖像第十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二第十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二儀器分析紅外光譜核磁共振第十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二二維分子式繪制第十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二三維分子結構-苯第十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二三維分子繪制炭疽病毒分子結構DNA結構第十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二實驗流程繪制第十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二1.4計算機在化工中的應用過程模擬穩(wěn)態(tài)模擬動態(tài)模擬仿真實習輔助設計過程優(yōu)化生產(chǎn)管理生產(chǎn)計劃生產(chǎn)調度化工數(shù)據(jù)查詢化工計算線性方程組求解非線性方程求解非線性方程組求解CFD計算ComputationalFluidDynamics反應過程傳質過程傳熱過程第十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二1.4.1化工過程模擬簡介化工過程模擬(亦稱流程模擬)技術是以工藝過程的機理模型為基礎,采用數(shù)學方法來描述化工過程,通過應用計算機輔助計算手段,進行過程物料衡算、熱量衡算、設備尺寸估算和能量分析,作出環(huán)境和經(jīng)濟評價。該技術使我們能夠從整個系統(tǒng)的角度來認識、分析、預測生產(chǎn)中深層次的問題,進行裝置調優(yōu)、流程剖析和過程綜合,達到優(yōu)化生產(chǎn)、節(jié)約資源、環(huán)境友好、提高經(jīng)濟效益的目的。第十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二過程模擬的用途新裝置設計舊裝置改造新工藝、新流程的開發(fā)研究生產(chǎn)過程調優(yōu)疑難問題診斷仿真培訓等第二十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二過程模擬的內容穩(wěn)態(tài)模擬－連續(xù)化工過程的模擬。其特點是參數(shù)只隨空間變化，不隨時間變化。動態(tài)模擬－用于解決穩(wěn)態(tài)模擬無法解決的工程問題，同時考慮空間和時間因素。開車方案持液量的計算間歇精餾過程第二十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二穩(wěn)態(tài)模擬示例第二十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二穩(wěn)態(tài)模擬的輸出－Report第二十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二穩(wěn)態(tài)模擬的輸出－PFD第二十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二穩(wěn)態(tài)模擬的輸出－TowerProfile1第二十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二穩(wěn)態(tài)模擬的輸出－TowerProfile2第二十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二穩(wěn)態(tài)模擬的輸出－TowerProfile3第二十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二過程穩(wěn)態(tài)模擬實例濮陽化肥廠合成氨裝置模擬第二十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二動態(tài)模擬示例：間歇精餾第二十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二動態(tài)模擬示例：間歇精餾操作條件第三十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二動態(tài)模擬的輸出結果－Report第三十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二動態(tài)模擬的輸出結果－PFD第三十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二動態(tài)模擬的輸出結果1第三十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二動態(tài)模擬的輸出結果2第三十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二1.4.2過程仿真以仿真機為主要工具，用數(shù)學模型描述過程系統(tǒng)動態(tài)特性，在仿真機上再現(xiàn)該過程的實時特性，以代替過程系統(tǒng)進行實驗和研究。第三十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二過程仿真的用途輔助培訓與教育理論教學實踐教學實習教學輔助設計輔助生產(chǎn)輔助研究計算流體力學分子模擬工藝研究第三十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二1.4.3計算機輔助設計CADCAMCAI第三十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二工藝流程圖第三十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二設備布置圖第三十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二第四十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二設備圖第四十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二零件圖第四十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二管道布置圖第四十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二第四十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二第四十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二三維管道圖第四十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二計算機輔助制造第四十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二計算機虛擬裝配第四十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二計算機輔助分析和優(yōu)化設計第四十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二第五十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二第五十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二1.4.4生產(chǎn)管理-生產(chǎn)計劃生產(chǎn)計劃是企業(yè)生產(chǎn)運營優(yōu)化的核心。通過把集成供應鏈的思想引入生產(chǎn)計劃，企業(yè)可以對供應、生產(chǎn)、銷售、存儲等各環(huán)節(jié)進行綜合優(yōu)化，以合理配置各種資源，充分發(fā)揮企業(yè)的生產(chǎn)能力，提高經(jīng)濟效益和社會效益。第五十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二中藥企業(yè)生產(chǎn)計劃的特點中藥企業(yè)生產(chǎn)計劃應是基于供應鏈思想的集成的生產(chǎn)計劃由人工依靠經(jīng)驗編制生產(chǎn)計劃過渡到以數(shù)學模型為基礎的計算機輔助生產(chǎn)計劃中藥企業(yè)生產(chǎn)計劃應為滾動式編制的多周期生產(chǎn)計劃中藥企業(yè)生產(chǎn)計劃應充分考慮不確定性對生產(chǎn)計劃的影響第五十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二基于確定性規(guī)劃的中藥企業(yè)供應鏈模型1.目標函數(shù)第五十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二2.周期內系統(tǒng)約束

工藝約束市場約束能力約束

加工能力約束運輸能力約束庫存能力約束3.各周期間產(chǎn)品、原料、能源的平衡關系4.指標性約束5.非負約束對各周期末產(chǎn)品、原料、能源庫存的約束對各周期可用采購資金的約束第五十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二不確定條件下的中藥企業(yè)生產(chǎn)計劃模型1.中藥企業(yè)生產(chǎn)運營中的不確定性

產(chǎn)品需求與價格的不確定性原料供應與價格的不確定性能源供應與價格的不確定性運輸?shù)牟淮_定性管理、操作人員決策的不確定性

……第五十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二2.不確定性的表達－三角模糊數(shù)dL

：最小值；dM：中間值；dU：最大值第五十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二3.不確定條件下中藥企業(yè)的供應鏈模型考慮以下不確定性：

產(chǎn)品需求的不確定性 產(chǎn)品價格的不確定性 原料供應的不確定性 原料價格的不確定性該模型是目標函數(shù)和約束中都存在模糊數(shù)的模型，因而具有普遍意義。第五十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二目標函數(shù)：為第t周期產(chǎn)品p在銷售市場k的價格，采用三角模糊數(shù)，上標L、M、U表示市場價格的悲觀值、可能值、樂觀值。為銷售收入為原材料采購費用為第t周期從供應市場j采購原料q的價格，采用三角模糊數(shù)，上標L、M、U表示市場價格的悲觀值、可能值、樂觀值。第五十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二系統(tǒng)約束

工藝約束市場約束能力約束各周期間產(chǎn)品、原料、能源的平衡關系指標性約束非負約束第六十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二求解策略1.目標函數(shù)的清晰化對如下問題：定義為其他兩個目標取最優(yōu)值時目標的較小值。第六十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二各目標函數(shù)的隸屬度為：新的目標函數(shù)為：第六十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二2.約束條件的清晰化定義α為資源隸屬度，α∈[0，1]

。資源隸屬度表示了決策者對于模糊資源所采取的冒險程度。較大的α值表示決策者傾向于更加積極的決策以獲得更大的利潤，較小的α值則表示決策者傾向于更加保守的決策。原市場約束轉化為：第六十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二3.模型求解方法第六十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二計算結果確定性規(guī)劃與模糊規(guī)劃的結果比較第六十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二資源隸屬度對計劃的影響第六十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二生產(chǎn)計劃第六十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二第六十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二產(chǎn)品銷售與庫存計劃第六十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二甘草原料價格、供應、存儲計劃第七十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二生產(chǎn)調度第七十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二中藥企業(yè)生產(chǎn)調度的定義生產(chǎn)調度的任務是將生產(chǎn)計劃分解為可執(zhí)行的短期作業(yè)計劃，通過協(xié)調安排資源、加工順序、時間、設備、中間儲槽、勞動力、物資和能源的使用，在保證完成生產(chǎn)計劃的前提下，達到最短生產(chǎn)周期、最小生產(chǎn)成本等目標。

第七十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二中藥企業(yè)生產(chǎn)調度的特點具有多產(chǎn)品廠的生產(chǎn)特點生產(chǎn)特點是多品種、小批量、多批次生產(chǎn)切換頻繁多目標問題第七十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二中藥企業(yè)生產(chǎn)調度問題描述在給定生產(chǎn)計劃中包括N種產(chǎn)品，各產(chǎn)品的生產(chǎn)量為Qi。每種產(chǎn)品均遵循相同的生產(chǎn)工藝，需要經(jīng)過M道生產(chǎn)工序，產(chǎn)品i在工序j的加工時間tij、批加工能力Capij已知。求出這N種產(chǎn)品的一個加工序列，使得生產(chǎn)這些產(chǎn)品所需的總目標最小。生產(chǎn)調度問題應遵循以下假設：第七十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二生產(chǎn)調度問題應遵循以下假設：1.所有產(chǎn)品遵循相同的生產(chǎn)工序，區(qū)別僅在于不同產(chǎn)品在各工序的加工時間不同。2.所有產(chǎn)品采用連續(xù)加工方式。生產(chǎn)過程是嚴格順序的，即當上一道工序完工后，才能送下一道工序。不允許跳過某一工序直接進行下一道工序的加工。3.每道工序的加工過程不允許中斷。4.產(chǎn)品在某一工序加工完成后可以暫時存儲等待下一工序的加工，允許某一工序等待下一個產(chǎn)品的加工。5.每道工序由一個單元操作過程或設備完成，每個單元操作過程或設備只負責一道工序的生產(chǎn)。6.每道工序同一時刻只能加工一種產(chǎn)品。7.產(chǎn)品i在每道工序j的加工時間tij與批加工能力Capij已知，且僅與產(chǎn)品加工工藝有關。設備清洗、進出料時間等包含在加工時間內。第七十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二第七十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二中藥企業(yè)生產(chǎn)調度問題的目標分析最小化生產(chǎn)時間滿足不同產(chǎn)品的生產(chǎn)優(yōu)先級保證藥品供應降低庫存損失第七十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二中藥企業(yè)生產(chǎn)調度問題的目標權重分析第七十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二中藥企業(yè)生產(chǎn)調度問題的啟發(fā)式調度規(guī)則1.評價指標

產(chǎn)品優(yōu)先級指標ωOi

加工時間指標ωTi

需求緊迫程度指標ωSi

庫存費用指標ωCi第七十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二2.評價指標的無因次化3.排序因子的計算以第i種產(chǎn)品的排序指標ωi作為調度排序依據(jù)，按ωi非增的順序排列產(chǎn)品加工次序。對ωi相等的產(chǎn)品，依次以ωOi

、ωTi

、ωSi

、ωCi為排序依據(jù)進行排序。第八十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二靜態(tài)調度流程第八十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二動態(tài)調度流程第八十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二計算結果第八十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二第八十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二1.4.5CF