Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Технологический процесс - это понимание и применение фундаментальных принципов и законов природы, которые позволяют нам преобразовывать сырье и энергию в продукты, полезные для общества на промышленном уровне. [1] Используя в своих интересах движущие силы природы, такие как градиенты давления, температуры и концентрации, а также закон сохранения массы, инженеры-технологи могут разработать методы синтеза и очистки больших количеств желаемых химических продуктов. [1] Технологические процессы фокусируются на проектировании, эксплуатации, управлении, оптимизации и интенсификации химических, физических и биологических процессов. Технологические процессы охватывают широкий спектр отраслей, таких как сельское хозяйство ,автомобильная , биотехническая , химическая , пищевая , разработка материалов , горнодобывающая , ядерная , нефтехимическая , фармацевтическая промышленность и разработка программного обеспечения . Применение систематических компьютерных методов в технологическом проектировании называется «проектированием технологических систем».

Обзор [ править ]

Технологический инжиниринг предполагает использование множества инструментов и методов. В зависимости от конкретной природы системы процессы необходимо моделировать и моделировать с использованием математики и информатики. Процессы, в которых важны фазовые переходы и фазовые равновесия, требуют анализа с использованием принципов и законов термодинамики для количественной оценки изменений энергии и эффективности. Напротив, процессы, которые сосредоточены на потоке 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 материаловедения. [1]

Производство в области технологического проектирования включает в себя выполнение этапов синтеза процесса. [2] Независимо от точных необходимых инструментов, технологический процесс затем форматируется с использованием блок-схемы технологического процесса (PFD), где пути потока материалов , оборудование для хранения (например, резервуары и силосы), преобразования (например, дистилляционные колонны , ресивер / напорные резервуары, смешивание, разделение, перекачивание и т. д.) и скорости потока , а также список всех труб и конвейеров и их содержимое, свойства материала, такие как плотность , вязкость , гранулометрический состав, расходах, давлениях, температурах и материалах конструкции трубопроводов и агрегатов . [1]

Затем блок-схема технологического процесса используется для разработки схемы трубопроводов и приборов (P&ID), которая графически отображает реальный процесс. P&ID должны быть более сложными и конкретными, чем PFD. [3] Они представляют 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, программировании и эффективную коммуникацию между инженерами. [5]

Из P&ID предлагаемый план (общий план) процесса может быть показан с вида сверху ( план участка ) и вида сбоку (возвышение), а также задействованы другие инженерные дисциплины, такие как инженеры-строители для работ на стройплощадке (землеройные работы) , проектирование фундамента, работы по проектированию бетонных плит, конструкционная сталь для поддержки оборудования и т. д. Вся предыдущая работа направлена ​​на определение объема проекта, затем на разработку сметы затрат для установки конструкции и графика для информирования о временных потребностях для проектирования, материально-технического снабжения, изготовления, монтажа, ввода в эксплуатацию, запуска и текущего производства процесса.

В зависимости от необходимой точности оценки затрат и требуемого графика, клиентам или заинтересованным сторонам, как правило, предоставляется несколько итераций проектов, которые подтверждают свои требования. Инженер-технолог включает эти дополнительные инструкции (пересмотр объема работ) в общий проект и дополнительные сметы, а графики разрабатываются для утверждения финансирования. После утверждения финансирования проект реализуется через управление проектом . [6]

Основные направления в технологическом проектировании [ править ]

Технологическую деятельность можно разделить на следующие дисциплины: [7]

  • Проектирование процессов : синтез сетей рекуперации энергии , синтез систем дистилляции ( азеотропных ), синтез реакторных сетей, иерархические схемы разложения, оптимизация надстройки, проектирование многопродуктовых периодических установок, проектирование производственных реакторов для производства плутония, проектирование атомных подводных лодок.
  • Управление процессом : управление с прогнозированием модели, меры управляемости, робастное управление, нелинейное управление, статистическое управление процессом, мониторинг процесса, управление на основе термодинамики , обозначенное тремя основными элементами, набором измерений, методом проведения измерений и системой управления желаемое измерение. [8]
  • Технологические операции : планирование технологических сетей, многопериодное планирование и оптимизация, согласование данных, оптимизация в реальном времени, меры гибкости, диагностика неисправностей.
  • Вспомогательные инструменты: последовательное модульное моделирование, моделирование процессов на основе уравнений , AI / экспертные системы , крупномасштабное нелинейное программирование (NLP), оптимизация дифференциально-алгебраических уравнений (DAE), смешано-целочисленное нелинейное программирование (MINLP), [9] глобальная оптимизация , оптимизация в условиях неопределенности, [10] [11] и развертывание функции качества (QFD). [12]
  • Экономика процесса: [13] Это включает 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 тепла и массообмен растения. [13]
  • Аналитика данных процесса: применение методов анализа данных и машинного обучения для решения проблем непрерывного производства. [14] [15]

История технологического проектирования [ править ]

С незапамятных времен в промышленных процессах использовались различные химические методы. Однако только с появлением термодинамики и закона сохранения массы в 1780-х годах технология процессов была должным образом разработана и реализована как отдельная дисциплина. Набор знаний, который сейчас известен как технологическая инженерия, был создан методом проб и ошибок на протяжении всей промышленной революции. [1]

Термин « процесс» , относящийся к промышленности и производству, восходит к 18 веку. В течение этого периода времени спрос на различные продукты начал резко возрастать, и от инженеров-технологов требовалось оптимизировать процесс, в котором эти продукты были созданы.  [1]

К 1980 году концепция технологического процесса возникла из того факта, что методы и методы химической инженерии использовались в различных отраслях промышленности. К этому времени технологический процесс был определен как «набор знаний, необходимых для проектирования, анализа, разработки, построения и управления оптимальным образом процессов, в которых изменяется материал». [1] К концу 20-го века технологические процессы расширились от технологий, основанных на химическом машиностроении, до других приложений, включая металлургическое машиностроение , сельскохозяйственное машиностроение и разработку продуктов .

См. Также [ править ]

  • Моделирование химических процессов
  • Химик-технолог
  • Промышленная инженерия
  • Промышленный процесс
  • Материаловедение
  • Модульная технологическая установка
  • Технологическая химия
  • Технологическая схема
  • Интеграция процессов
  • Процесс системного проектирования

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g Технологические процессы и управление производством . Даль Пон, Жан-Пьер. Лондон: ISTE Ltd. 2012. ISBN. 9781118562130. OCLC  830512387 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  2. ^ Моди, Дэвид (2011). «Обзор проектирования химических процессов» . Труды Канадской ассоциации инженерного образования . DOI : 10,24908 / pceea.v0i0.3824 . S2CID 109260579 . 
  3. ^ «Узнайте, как читать чертежи P&ID - полное руководство» . hardhatengineer.com . Проверено 11 сентября 2018 года .
  4. ^ «Спецификация функционального дизайна» . Историк на тропе войны . 2 апреля 2006 . Проверено 11 сентября 2018 года .
  5. ^ Баркель, Барри М. "Схемы трубопроводов и приборов" (PDF) . Айше . Проверено 11 сентября 2019 года .
  6. ^ Моделирование и управление инженерными процессами . Хейсиг, Питер, 1962-, Кларксон, Джон, 1961-, Вайна, С. (Шандор), 1952-. Лондон: Спрингер. 2010. ISBN 9781849961998. OCLC  637120594 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  7. ^ Исследовательские проблемы в разработке технологических систем Игнасио Э. Гроссманн и Артур В. Вестерберг, факультет химической инженерии в Университете Карнеги-Меллона в Питтсбурге, штат Пенсильвания
  8. ^ Кершенбаум, LS "Управление процессом" . Термопедия . Проверено 15 сентября 2019 .
  9. ^ Sahinidis, NV (2019). «Смешано-целочисленное нелинейное программирование 2018» . Оптимизация и инжиниринг . 20 (2): 301–306. DOI : 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. ^ «Построение лучшей системы доставки: новое партнерство в области инженерии и здравоохранения» . Национальный центр биотехнологической информации . Проверено 15 сентября 2019 .
  13. ^ а б Р., Купер, Джеймс (2003). Экономика технологического проектирования . Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN 0824756371. OCLC  53905871 .
  14. ^ https://www.mdpi.com/journal/processes/special_issues/data_analytics
  15. ^ Шан, Чао; Ты, Фэнци (2019). «Аналитика данных и машинное обучение для интеллектуального непрерывного производства: последние достижения и перспективы в эпоху больших данных» . Инженерное дело . 5 (6): 1010–1016. DOI : 10.1016 / j.eng.2019.01.019 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Продвинутая технологическая инженерия в Университете Крэнфилда (Крэнфилд, Великобритания)
  • Центр разработки технологических систем (Imperial)
  • Разработка технологических систем в Корнельском университете (Итака, Нью-Йорк)
  • Кафедра технологической инженерии Стелленбошского университета
  • Группа исследования процессов и моделирования интеллектуальных систем (PRISM) в BYU
  • Разработка технологических систем в CMU
  • Лаборатория проектирования технологических систем в RWTH Aachen
  • Лаборатория технологических систем (MIT)
  • Игнасио Э. Гроссманн и Артур В. Вестерберг, «Проблемы исследования в области проектирования технологических систем»
  • Консультации по передовым технологическим процессам в Канаде