計算機在化學(xué)化工中的應(yīng)用綜述

計算機在化學(xué)化工中的應(yīng)用綜述第一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二本章內(nèi)容安排教學(xué)資源概述計算機在化學(xué)中的應(yīng)用計算機在化工中的應(yīng)用計算機在教學(xué)中的應(yīng)用課程安排教學(xué)相關(guān)第二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二1.1教學(xué)資源教學(xué)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(xué)中的應(yīng)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(shè)計實驗結(jié)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(xué)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(shè)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(jié)構(gòu)-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(jié)構(gòu)DNA結(jié)構(gòu)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(yīng)用過程模擬穩(wěn)態(tài)模擬動態(tài)模擬仿真實習(xí)輔助設(shè)計過程優(yōu)化生產(chǎn)管理生產(chǎn)計劃生產(chǎn)調(diào)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(yīng)過程傳質(zhì)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(shù)是以工藝過程的機理模型為基礎(chǔ),采用數(shù)學(xué)方法來描述化工過程,通過應(yīng)用計算機輔助計算手段,進行過程物料衡算、熱量衡算、設(shè)備尺寸估算和能量分析,作出環(huán)境和經(jīng)濟評價。該技術(shù)使我們能夠從整個系統(tǒng)的角度來認(rèn)識、分析、預(yù)測生產(chǎn)中深層次的問題,進行裝置調(diào)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(shè)計舊裝置改造新工藝、新流程的開發(fā)研究生產(chǎn)過程調(diào)優(yōu)疑難問題診斷仿真培訓(xùn)等第二十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二過程模擬的內(nèi)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(xué)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(xùn)與教育理論教學(xué)實踐教學(xué)實習(xí)教學(xué)輔助設(shè)計輔助生產(chǎn)輔助研究計算流體力學(xué)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)鏈的思想引入生產(chǎn)計劃，企業(yè)可以對供應(yīng)、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(yīng)是基于供應(yīng)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(xué)模型為基礎(chǔ)的計算機輔助生產(chǎn)計劃中藥企業(yè)生產(chǎn)計劃應(yīng)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(yīng)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(yīng)鏈模型1.目標(biāo)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(nèi)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(guān)系4.指標(biāo)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(yīng)與價格的不確定性能源供應(yīng)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(yīng)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(yīng)的不確定性 原料價格的不確定性該模型是目標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(yīng)市場j采購原料q的價格，采用三角模糊數(shù)，上標(biāo)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(guān)系指標(biāo)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(biāo)函數(shù)的清晰化對如下問題：定義為其他兩個目標(biāo)取最優(yōu)值時目標(biāo)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(biāo)函數(shù)的隸屬度為：新的目標(biāo)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(zhuǎn)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(jié)果確定性規(guī)劃與模糊規(guī)劃的結(jié)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(yīng)、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(diào)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(diào)度的定義生產(chǎn)調(diào)度的任務(wù)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(diào)安排資源、加工順序、時間、設(shè)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(biāo)。

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(diào)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(biāo)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(diào)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(biāo)最小。生產(chǎn)調(diào)度問題應(yīng)遵循以下假設(shè)：第七十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二生產(chǎn)調(diào)度問題應(yīng)遵循以下假設(shè)：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(yán)格順序的，即當(dāng)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(shè)備完成，每個單元操作過程或設(shè)備只負責(zé)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(guān)。設(shè)備清洗、進出料時間等包含在加工時間內(nèi)。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(diào)度問題的目標(biāo)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(yīng)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(diào)度問題的目標(biāo)權(quán)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(diào)度問題的啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則1.評價指標(biāo)

產(chǎn)品優(yōu)先級指標(biāo)ωOi

加工時間指標(biāo)ωTi

需求緊迫程度指標(biāo)ωSi

庫存費用指標(biāo)ωCi第七十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二2.評價指標(biāo)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(biāo)ωi作為調(diào)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(diào)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(diào)度流程第八十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期二計算結(jié)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