| 词条 | 过程系统工程 |
| 释义 | 过程系统工程（Process Systems Engineering,简称PSE）是一门正在迅速成长的现代交叉学科，它是在系统工程、化学工程、过程控制、计算数学、信息技术、管理科学等学科的基础上产生的一门综合性学科 ,它以处理物料流—能量流—信息流—资金流的过程系统为研究对象，研究其设计、控制、运行和组织管理，目的是在总体上达到最优化。过程系统的工业背景就是化学、冶金、制药、食品饮料、造纸等流程加工的过程工业。 过程系统工程在我国建设循环经济、节约型社会，改善我国能源利用，以及在我国工业企业信息化方面均起着不可替代的重要作用。 从我国能源发展规划看发展PSE的作用国家能源发展战略明确提出了“节能优先，效率为本”。这包含两个层面的内容，一方面要把千方百计节能提到第一位，最大限度地减少能源消耗；另一方面要树立科学发展观，“科学用能”，这是保证能源持续供应、提高能源利用效率和降低污染排放的关键途径，是建设资源节约型社会的重要保障。 主要内容节能和科学用能都是PSE研究的主要内容， PSE已在这方面做出了重要贡献，例如，大连理工大学过程系统工程研究所以“过程系统能量集成策略”，指导实施过程系统用能诊断、发现瓶颈、解瓶颈，实现生产装置节能与扩容、经济与环境的同步优化。该项技术已成功应用于大连、大庆、吉林等大型石化企业20余套，其中已在吉化公司、抚顺石化分公司和辽阳石化分公司实施8项，可达到节能10-20%及扩产20-30%的效果，每年已创经济效益8000万元，改造投资回收期在一年以内。例如，将化工原料转移到我国相对比较丰富的煤和可再生生物资源，开辟符合我国国情的新化工路线，具有重要意义。PSE的过程综合理论和工具为新工艺路线的开发提供了有力手段。 PSE为我国提供理论指导过程工业发展贯彻循环经济理念，具体体现五个方面特征：具有产业循环特征；资源消耗低；三废排放少；拥有高新技术支撑体系；实现经济效益和社会效益的最大化。这正是PSE中过程集成和过程综合的研究课题，并且已经取得了许多有价值的成果，例如，生态工业园区的建设。我国“十五”期间进行了一批生态工业园建设试点，“十一五”期间将建设一批《化工园区》，实现生产装置的集约化经营，园区的基础设施、物流设施、交通运输、三废处理、信息化建设等进行统一规划和建设，可以提高对原料和能源的综合利用率，降低成本，实现经济效益和环境效益的最大化，体现循环经济的优势。而其所使用的理论方法正是过程系统工程。清华大学生态工业研究中心的主要骨干力量就是从过程系统工程所转过去的，几年来他们为我国第一批生态工业园区的建设做出了重要贡献。 从我国工业信息化建设看PSE的作用十六大提出：“要坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势充分发挥的新型工业化路子。”这也是我国21世纪过程工业发展的必然道路。要实现我国过程工业信息化必须要有理论指导，这个指导理论就是过程系统工程。 在生产制造方面：过程先进控制的理论和方法是保证制造过程自动化的根本；系统模拟和优化是生产操作优化的基础技术；只有建立在装置模型化的基础上才有可靠的生产故障诊断和安全监督管理；基于动态模拟的虚拟现实技术是操作工仿真培训的基础；生产制造执行系统(MES)信息集成平台则是多种PSE技术手段的集成。 在科研开发方面：分子模拟为化学新产品开发带来新机遇；发展产品工程和建立计算机辅助产品设计平台将大大加快新产品开发速度；物性数据库建设将为设计和研究可持续发展的新产品和新工艺提供广泛服务；计算流体力学（CFD）的推广应用为在复杂的流场中同时发生传质、传热和化学反应这类数学模拟的难题提供了有力的解决工具。 在设计方面：大力发展过程综合的方法将会使我们突破传统工艺流程，找到经济效益好、资源消耗低、环境污染少的新工艺过程；绿色过程系统工程方法的发展使我们有可能设计出可持续发展的新型化工厂、冶金厂或制药厂；“考虑环境的化工计算机辅助设计平台”的开发将提供全新的设计工具。 在企业经营管理方面：这正是PSE当前研究的重点，即要使21世纪的过程工业企业的经营管理决策实现既实时快速又科学量化的目标，这就需要一方面有实时数据的支持；另一方面有正确的数学模型可以计算。这也正使PSE由单纯的工程科学转化为工程科学与管理科学的结合。象供应链管理SCM和企业资源管理ERP就是这类PSE技术。 PSE在我国的现状我国在上世纪80年代初期，几乎与国际上同步开始了过程系统工程的研究，首先在一些重点高等院校的化工系成立了一批化工系统工程教研组，编写和翻译出版了一批教科书、参考书。90年代初在中国系统工程学会主席钱学森建议下成立了以成思危为主任委员的“过程系统工程专业委员会”，当时这个委员会横跨11个部委（行业）。在成思危副委员长的倡导和推动下，2004年1月在我国昆明成功地召开了“第八届国际过程系统工程会议”，会议由中国石化股份公司、清华大学、中国石油天然气股份公司和中国系统工程学会主办。这次会议是国际过程系统工程组织第一次在中国举办的重要国际会议。会议代表达到310人，其中来自美国、英国、德国等20个国家和地区境外代表123人，主要包括PSE国际组织成员、国外大学的学者、教授和专业人士；国内代表187人，主要是中国PSE专业委员会委员，有关大学的教授、学者以及中国石化、中国石油、中化集团、宝钢等国有大型企业的代表。会议取得了完满的成功，得到了国际组委会和全体与会国内外代表的高度评价。另外，中国系统工程学会过程系统工程专业委员会每年在国内举办一次PSE年会，参加会议代表涵盖PSE专业委员会成员和理事单位，大专院校的专家、教授，相关企业负责人，年会主题都围绕PSE进行专题交流、讨论，并作技术发展报告。 相关的学术组织还有中国化工学会信息技术化工应用专业委员会，原名计算机化工应用专业委员会，该委员会已经成功地举办了10届计算机化工应用和信息技术应用方面的全国年会。 我国的PSE科主要分布①大学和研究院所； ②独立的商业化应用软件公司； ③大型石油化工、冶金、医药等工业公司等三个方面。 PSE大学和研究院所华东理工大学过程系统工程研究所 清华大学过程系统工程研究所 大连理工大学化工系统工程研究所 青岛科技大学（原青岛化工学院） 计算机与化工研究所 天津大学 化工学院 化工系统工程教研室 华南理工大学 化工学院 化学工程研究所 浙江大学 工业控制技术国家重点实验室 工业自动化国家工程研究中心 北京化工大学化学工程系 信息学院 北京科技大学 中国科学院 过程工程研究所 国家多相反应实验室 绿色过程与工程实验室 解放军总装备部防化学研究院六所 南京工业大学、南京理工大学、西安交通大学等院校在PSE领域的不同方面开展了一些研究工作。 独立的商业化公司从九十年代起，一些特大型、大型石化、冶金国营企业的信息中心、计算中心纷纷转型成为独立的商业化公司,也有少数人自己”下海”成立的民办企业。这些公司一方面自主开发一些应用产品；一方面为企业承包一些PSE应用项目或代理外国的产品做应用服务。这类公司著名的如：中国石化盈科（PCITC）（产值以亿计）、上海宝钢信息产业公司、上海讯博、北京三维天地、北京华康达、大庆石化金桥/北京圣金桥、北京华创等。 大型过程工业公司内部的开发应用队伍如宝钢研究院自动化研究所，兰州石化自动化研究院，中国化工集团中国化工信息中心, 中国石化长岭石化计算机应用研究所等 对发展PSE的几点建议总体看来，我国的PSE 水平正在不断提高，在过程系统工程理论研究方面的水平并不低，取得了很多研究成果，在局部应用领域已达到与国外同步发展的水平，如在能量系统优化集成、生产装置优化、生产计划优化、复杂过程建模以及全局优化算法等方面均达到了国际先进水平。但是应该看到，我国PSE技术开发和实际应用与国外相比还有较大差距，还不能满足21世纪我国国民经济发展的需要。主要问题是：技术开发的力量和优势没有整合起来，在自然科学基金委员会的《“十一五”发展规划》、国家科技发展规划等重大规划中都看不到过程系统工程这门学科应有的位置；PSE方面的科研开发经费不足，即缺乏政府对PSE科研经费投入渠道，也缺少产业部门对这方面的经费投入渠道；技术的商品化和产业化不够，高等院校往往只有科研经费而没有将科研成果进行商品化的经费，风险投资的环境尚未建立起来，独立的商业公司规模又不大，不可能在开发方面有多大投入，这使得我国在信息化过程中就不得不大量采用外国的技术和产品；PSE教育在我国尚不够普及，在我国高等院校中PSE人才培养方面呈现走下坡路的趋势。 为了扭转这种局面，我们建议国家有关领导部门采取以下措施： 加大对过程系统工程理论基础研究的支持力度首先，在基金委的《“十一五”发展规划》中应明确这门新兴边缘学科发展的目标和内容；在重点和重大项目的申请指南和项目评审人中都应增加PSE方面的内容和专家、教授。建议就以下几个方面在《“十一五”发展规划》中列入重大（点）项目： 以产品为导向的绿色过程系统集成的关键科学问题。 能源危机、生态破坏、经济全球化对我国工业经济的可持续发展提出了严峻的挑战，研究开发环境友好的新产品和新材料、以及清洁、节能的新工艺已成为我国过程工业实现跨越式发展的重大战略性问题，而这些问题的解决离不开系统集成的理论及方法。随着世界化学工业产业结构的调整，从过程工程向产品工程转变成为一种国际趋势，但产品工程与过程工程是紧密相关的，产品通过过程来实现，决定过程的流程结构，而过程决定产品的品质，因而研究以产品为导向的过程系统集成具有重要意义。产品的绿色设计则是产品工程的研究领域中一项重要的内容。 以产品为导向的系统集成的开发步骤：(1)产品的概念化设计； (2)产品质量因子的确定； (3)组分的选择和产品的微结构；组分的选择除了应依据它们在完成某种功能时的作用，重要的是能借助于分子设计和组合化学的技术； (4)选择流程的产生。包括全流程的合成，单元设备的选择以及操作参数的确定； (5)产品和过程的经济效益和环境影响评价。这些问题的研究显然不是一个单位能够独立承担的，需要大学、研究所和企业之间的联合攻关。 计算机辅助清洁生产过程工程：建立以清洁生产为核心的专题数据库，对各种清洁生产的工艺、生产条件、技术参数、文献等信息进行收集整理。 开发化学工业用的Computer-Aided Design for Environment “考虑环境的化工计算机机辅助设计平台”。 开发能够模拟计算“生态工业园区”的软件。生态工业园区是依据循环经济理念和工业生态学原理而设计建立的一种新型工业组织形态，能实现以经济、环境一体化优化为目标的工业生产模式。 建议科技部组织有关石化工业安全生产关键技术的国家863课题。针对石油和化工安全生产中的关键性问题，加强重点攻关，提高对重大危险源的辨识监控能力、对灾害事故的控制能力和事故分析处理能力，并为国家安全生产监管提供技术支撑。 项目具体内容石油、化工关键装置的风险评估技术研究； 各种动态、连续监测技术的研究； 智能传感器和智能处理技术研究； 灾害事故智能诊断和仿真模拟； 生产故障提前诊断技术研究； 教育部重视培养人才当前将PSE的硕士点、博士点均放入“化学工程”学科管理，是否合适值得研究，因为过程工业不仅是化学工业，也包括冶金、制药、轻工、造纸等工业。21世纪这方面人材需要量呈增长的趋势，这和当前各高校PSE研究生培养呈下降的趋势很不适应，应该尽快扭转局面。 加大各种宣传媒体和出版业宣传报道我国PSE的力度。应该在相关学术上开辟“过程系统工程”栏目，“十一五”期间应开办专门的“过程系统工程”杂志（或由现有的杂志改刊）。 国家工程院对过程系统工程给予应有的重视。建议工程院每年有关方面会议邀请国内、国际PSE专家到会介绍这门学科发展和对国民经济作用。 政府应鼓励我国的特大型石油化工、冶金、制药公司，IT软件公司和高等院校走出国门，积极参加国际性的合作开发联合体（如欧洲的CAPE—OPEN、PSE Consortium）。参加这类组织可以保持与世界PSE的前沿密切联系，最快地分享最新信息和成果。 进一步加强国际交流的力度。由中国石化股份公司、清华大学、中国石油天然气股份公司和中国系统工程学会主办的第八届国际过程系统工程会议（8th International Symposium on Process Systems Engineering）于2004年1月5日至10日在昆明召开，为打开与国际PSE同行交流的新局面奠定了基础。今后还应就此扩大战果，尽可能多参加和举办一些国际性PSE活动，例如2006年7月9日至13日在德国召开的“第九届国际PSE”会议、2006年“中韩双边PSE交流会”、2007年在中国西安召开的“亚洲PSE会议”等，我们均应积极关注。 图书信息基本信息书 名: 过程系统工程 作 者：姚平经 出版社： 华东理工大学出版社 出版时间： 2009-6-1 ISBN: 9787562824848 开本： 16开 定价: 68.00元 内容简介本书系统深入地论述了过程系统工程学科的基础理论、方法和策略，加强理论与工程应用的联系，充分反映国内外在过程系统工程领域的理论研究和工程应用成果，把读者带到学科领域前沿。全书共分13章，包括绪论、过程系统稳态模拟、过程系统动态模拟、过程系统优化的基本概念及基础最优化方法、线性规划、非线性规划、混合整数规划、多目标优化、间歇过程系统的优化、换热器网络综合、蒸馏分离序列的综合、反应器网络综合及过程系统集成。 参加本书编写的院校有清华大学、天津大学、青岛科技大学、武汉理工大学、华东理工大学和大连理工大学。参编教师均具有较丰富的教学和科学研究实践经验。 本书面向化学工程与技术学科，符合工学硕士研究生培养要求，也可作为本科生和工程技术人员继续学习的参考书。 图书目录绪论1.1 过程系统工程 1.2 过程系统工程研究的基本问题 1.2.1 过程系统模型化与模拟 1.2.2 过程系统优化 1.2.3 过程系统综合与集成 1.2.4 过程系统工程的进展概貌 1.3 过程系统工程的研究方法 1.4 学习过程系统工程课程的方法建议 参考文献 过程系统模拟2 过程系统稳态模拟 2.1 过程系统稳态模拟的基本概念 2.1.1 过程系统的数学模型 2.1.2 系统的自由度分析 2.1.3 过程系统稳态模拟的基本方法 2.2 过程系统模拟的序贯模块法 2.2.1 氨合成系统的物料衡算流程模拟 2.2.2 不可分隔子系统的识别 2.2.3 不可分隔子系统的断裂 2.2.4 断裂物流变量的收敛 2.3 过程系统模拟的联立方程法 2.3.1 大型稀疏非线性方程组的降维解法 2.3.2 联立线性方程组法解大型稀疏非线性方程组 2.4 过程系统模拟的联立模块法 2.4.1 简化模型的建立方法 2.4.2 摄动法求简化模型系数矩阵 2.5 过程模拟的应用 2.5.1 氨合成工段的流程 2.5.2 氨合成工段的稳态模型 2.5.3 氨合成工段的稳态模拟系统 2.6 过程稳态模拟发展趋势 符号说明 参考文献 思考题 过程系统动态模拟3.1 过程系统动态模拟基础 3.1.1 动态模拟的必要性 3.1.2 动态模拟与稳态模拟的区别 3.1.3 如何由稳态模拟过渡到动态模拟 3.1.4 过程系统动态模型 3.1.5 过程动态模拟系统 3.2 过程系统动态模拟方法 3.2.1 序贯模块法 3.2.2 联立方程法 3.2.3 联立模块法 3.2.4 常微分方程组(ODEg)的求解 3.2.5 微分代数方程组(DAEs)的求解 3.3 精馏过程动态模拟 3.3.1 精馏过程动态模型 3.3.2 精馏过程动态模型的求解 3.3.3 精馏过程快速动态模拟 3.4 过程系统动态模拟实例 3.4.1 简单闪蒸分离过程动态模拟 3.4.2 甲苯加氢制苯全流程动态模拟 3.5 过程仿真培训系统 3.5.1 国内过程仿真培训系统开发情况 3.5.2 国外过程仿真培训系统开发情况 3.5.3 过程仿真培训系统的硬件结构 3.5.4 过程仿真培训系统的软件结构 3.5.5 过程仿真培训系统的发展趋势 3.6 过程系统动态模拟发展趋势 符号说明 参考文献 思考题 过程系统优化4 过程系统优化的基本概念及基础最优化方法 4.1 最优化问题的提出及其模型化 4.2 过程系统最优化问题数学模型的一般型式 4.3 最优化数学方法分类 4.4 无约束最优化方法 4.4.1 多变量函数的无约束优化策略 4.4.2 负梯度法 4.4.3 单纯形法 4.4.4 牛顿型法 4.4.5 拟牛顿法——秩一逆修正法 4.4.6 变尺度法 …… 5 线性规划 6 非线性规划 7 混合整数规划 8 多目标优化 9 间歇过程系统的优化 过程系统综台与集成10 换热器网络综合 11 蒸馏分离序列的综合 12 反应器网络综合 13 过程系统集成 中文索引 |
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