程序工程

程序工程(英語:Process engineering)是化學、物理、生物過程的設計、運行、控制、優化與強化。涉及大量的工業領域,如化學、石化、農業、冶金、先進材料、食品、製藥、軟件開發、生物技術工業等。通過建模(modeling),模擬(simulation)和優化(optimization),基於電腦的系統方法應用稱為「程序系統工程」(process systems engineering)。

簡介

程序工程把客戶的需求轉化為生產設施處理原材料,產生增值的成份;這些成分運送到供應鏈的下一階段。

程序工程在設計時,使用塊圖表示原材料與期望的變換(單元處理),然後使用程序流程圖(PFD)表示物料流程英語material flow路徑、存儲設備(如罐、箱、料倉等),變換(如蒸餾塔、進料罐、出料罐、混合、分離、泵等)、程序測量英語Flow measurement,以及所有的管線、傳送、內容物、材料屬性如密度黏度粒度分佈、流速、壓力、溫度、管線材質、單元操作等。

根據程序流程圖,設計出管線與儀表圖英語piping and instrumentation diagram(P&ID),包括管線、傳送器的尺寸信息以滿足期望的流速、程序工作(如罐體液位指示、物料流儀表、稱重設備、引擎速度控制、溫度壓力指示/控制等)。P&ID是「系統操作指南」與功能說明書英語Functional specification

根據P&ID,可以制出程序的建議佈局(總體安排)。其他工程領域如土木工程的場地平整、基礎設計、混凝土結構設計、鋼結構設計、項目成本估算、工程進度安排、採購、製造、安裝、試車、啟動、投產。

重要技能

程序系統工程包含的重要技術領域:[1]

  • 程序設計能量回收英語energy recovery網的綜合、蒸餾系統(共沸)綜合、反應器網絡綜合、層次分解流程圖、上層結構優化、 optimization, 多產品批產廠設計。
  • 程序控制: 預測模型控制、可控制性測量、魯棒控制、非線性控制、統計程序控制、程序監控、基於熱力學控制
  • 單元程序: 調度程序網絡(scheduling process networks)、 多階段規劃與優化(multiperiod planning and optimization)、數據協調(data reconciliation)、實時優化、靈活措施(flexibility measures)、故障診斷
  • 支持工具: 序貫模塊模擬(sequential modular simulation)、基於方程的程序模擬英語process simulation(equation-based process simulation)、 人工智能/專家系統、大規模非線性規劃(NLP)、代數微分方程優化 (DAEs)、混合整數非線性規劃(MINLP)、全局優化

程序系統工程歷史

程序系統工程(PSE)是化學工程中一個年輕領域。1961年美國化學工程學會會刊出的一卷特刊,首次使用了這個術語。1982年在日本京都召開了首次程序系統工程國際學術會議,PSE才開始被廣泛使用。

該領域第一本教科書是Strategy of Process Engineering,作者Dale F. Rudd英語Dale F. Rudd與Charles C. Watson(Wiley, 1968)。美國化學工程學會第10領域,於1977年組建了Computing and Systems Technology (CAST) Division,包含四個子領域:

  • Process Design
  • Process Control
  • Process Operations
  • Applied Mathematics

該領域第一本專業期刊是Computers and Chemical Engineering,1977年創刊。

1980年在亨尼克英語Henniker, New Hampshire召開的Foundations of Computer-Aided Process Design (FOCAPD) conference是該領域第一個定期會議。

參見

參考文獻

  1. ^ Research Challenges in Process Systems Engineering頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) by Ignacio E. Grossmann and Arthur W. Westerberg, Department of Chemical Engineering at Carnegie Mellon University in Pittsburgh, PA

外部連結