一种面向智能制造的化工过程仿真器制造技术

本发明专利技术公开了一种面向智能制造的化工过程仿真器，包括：人机界面模块，与仿真运行模块、模型扩展模块以及业务功能模块进行可视化交互；仿真运行模块，识别并配置化工仿真模型，根据业务功能模块的业务仿真需求进行仿真；模型扩展模块，通过MES层多智能体仿真实现对PCS层化工仿真过程的MES层仿真扩展；业务功能模块，调用数据库中的相应数据，进行MES层仿真，实现不同业务功能的仿真分析；数据库，与仿真运行模块和业务功能模块进行交互，根据业务功能模块的业务仿真需求向仿真运行模块发送响应控制指令，采集仿真运行模块的仿真数据并进行存储；项目管理模块，管理整个系统的组织架构。本发明专利技术的化工过程仿真器具有高度的通用性和扩展性。

【技术实现步骤摘要】
一种面向智能制造的化工过程仿真器
本专利技术涉及化工过程仿真领域，尤其涉及一种面向智能制造的化工过程仿真器。
技术介绍
随着信息技术、通讯技术、人工智能技术的革命性发展，工业生产方式正逐渐向工业化与信息化融合的生产模式转型。智能制造对工业生产而言最关键的是供给侧结构性改革，是对行业供给方式、生产方式和运营方式的一次战略性调整。制造工业企业应当充分利用这次机会，从自动化开始，梳理企业内部的知识资产，利用新型技术革命，推动智能制造起步。智能制造的本质在于关注人与设备在生产过程中的融合过程，旨在使机器具备分析、推断、判断、决策等能力。在智能制造的新背景下，车间制造执行系统实现对产品制造周期全过程的控制，主要包括生产计划管理、智能质量管理、智能设备管理、智能库存管理等，通过车间制造执行系统，全面提供车间资源的综合利用水平，实现生产过程的智能化。因此，智能制造新背景对化工过程的仿真也提出了新的要求，在企业尚未将新技术实际投入使用时，工业企业希望通过仿真结果来评估其智能制造的先进性与优越度。因此，化工过程仿真不再局限于传统的工业过程状态仿真与过程控制仿真，还应包括生产管理业务过程的仿真，例如调度排产、质量管理、成本核算、供应链优化等。随着ISA95标准的推广，对工程仿真模型的定义产生了巨大的影响。从广义上看工厂模型可分为宏观和微观两类。宏观的仿真模型主要指的是ERP层和MES层包括的供应链仿真及生产调度优化仿真等，仅涉及产率模型或上下游资源约束条件等，而微观的仿真模型主要指的是PCS层的生产过程仿真模型，涉及到具有生产复杂的反应机理。多分辨率建模方法和仿真工具提供了一种多层次统一建模的解决方案，是新建智能工厂时的首选建模方法。然而，目前化工企业在研究流程工业中某一特定问题时一般对工厂中的每个对象独立建立仿真模型，这样会导致开发周期长，模型和数据具有针对性，仿真过程需要大量手工配置操作，给工作带来了很大不便，最终导致模型的重用率低和扩展性差，使得多个仿真软件的集成应用困难重重。目前，能够实现基本仿真功能的系统有很多，但还存在不少问题。比如：(1)只能对特定资源配置的化工过程进行仿真；(2)仿真机制不够合理，难以仿真工艺流程不同的化工过程；(3)缺少一个灵活的仿真环境，在此环节中可以同时满足不同功能的仿真需求，同时研究控制策略、故障诊断、成本情况、供应链优化等多种算法。因此，建立一个集成多种功能、具有高度通用性和扩展性的化工过程仿真系统具有重要的意义。模型重用和模型扩展的实现通常建立于结构化的面向功能的软件设计方法或面向对象的应用框架技术。结构化设计使用数据流将功能模型粘在一起，形成完整的系统，但限制了系统功能的扩展；面向对象的应用框架技术将数据和行为封装在一起，可以实现系统的可扩展性、代码的重用性，但模型建立需要对原本的化工模型进行推倒重建，大大增加了工作量。因此，建立一种可以方便地在原有模型上实现模型复用和模型扩展，实现多种面向智能制造的业务仿真功能的化工仿真器意义重大。
技术实现思路
本专利技术提供了一种面向智能制造的化工过程仿真器，该化工过程仿真器具有高度的通用性和扩展性。本专利技术提供了如下技术方案：一种面向智能制造的化工过程仿真器，包括：人机界面模块，与仿真运行模块、模型扩展模块以及业务功能模块进行可视化交互；仿真运行模块，识别并配置化工仿真模型，根据业务功能模块的业务仿真需求进行仿真；模型扩展模块，通过MES层多智能体仿真实现对PCS层化工仿真过程的MES层仿真扩展；业务功能模块，调用数据库中的相应数据，进行MES层仿真，实现不同业务功能的仿真分析；数据库，与仿真运行模块和业务功能模块进行交互，根据业务功能模块的业务仿真需求向仿真运行模块发送响应控制指令，采集仿真运行模块的仿真数据并进行存储；项目管理模块，管理整个系统的组织架构。本专利技术的化工过程仿真器利用多层次建模框架，建立模型横向扩展、纵向聚集和解聚通用的映射机制。该化工过程仿真器具有高度的通用性和扩展性。人机界面模块使用菜单设计，避免繁琐的编程调用实现参数设置。人机界面模块可视化地选择业务功能仿真，进行仿真运行模块的参数设置，并监控仿真过程的运行情况。仿真运行模块包括模型识别、模型映射、参数设定和动态事件预设4个子模块；模型识别子模块自动识别出原始仿真模型的输入、输出过程变量；模型映射子模块利用Matlab的用户定义函数块，将原始仿真模型映射为simulink模型；参数设定和动态事件预设子模块对原始仿真模型进行重新配置。原始化工过程仿真模型可以是C/C++语言、Matlab或者Fortran语言编写的仿真模型，通过模型识别自动识别出原始模型中过程信息；而后通过模型映射将原始模型封装在Matlab中的用户定义函数块(User-definableFunctionBlock)中，经自动配置后使得原始模型可以在该化工过程仿真器中正常运行；而后，系统可以通过参数设定和动态事件预设来对原始模型进行新配置；仿真运行时，仿真运行模块与数据库进行交互存储仿真数据。模型识别使得工艺流程不同的仿真模型可以在本化工过程仿真器中得到灵活配置；原始仿真模型可通过模型映射转换为simulink可调用的仿真模型。仿真运行模块通过模型识别、模型映射和参数设置，使得不同运行环境下的化工仿真模型均能在本化工过程仿真器上运行，解决仿真领域中的模型重用的问题，使本化工过程仿真器具有高度的通用性。模型扩展模块通过MES层多智能体仿真实现对PCS层化工仿真过程的MES层模型扩展，并在此基础上扩展业务功能。MES层多智能体包括调度Agent、接口Agent、生产操作Agent、巡检Agent、质检Agent、设备维护Agent、资源Agent、成本Agent、库存Agent和监控Agent。调度Agent作为管理Agent，以接口Agent与ERP层交互信息，接受ERP层的决策，并将其细化；与成本Agent、库存Agent、监控Agent交互信息；与四个任务Agent(包括生产操作Agent、巡检Agent、质检Agent和设备维护Agent)交互信息，实现生产计划的任务分配。生产操作Agent：确定具体模式进行生产，即将产率模型转化为具体工艺操作条件和控制器参数。巡检/质检/设备维护Agent：设置智能体群，以固定时间固定路线对PCS层进行离散事件操作。资源Agent：代表工厂中的各种物理设备过程的数字化资源。监控Agent：提供MES生产指令执行过程的监控、报警、数据处理等服务，为其他Agent提供数据源和统一监控UI(用户界面)，通常基于实时数据库，集成PCS层的SCADA(数据采集与监视控制系统)、PLC/DCS(可编程逻辑控制器/分散控制系统)，是MES数据平台的基本功能。通过模型扩展模块实现对PCS层化工仿真过程的MES层模型扩展，将已有的化工仿真过程根据实际需要增加不同的仿真业务功能，体现了智能制造背景下不同仿真功能的需求，使得本专利技术的化工过程仿真器具有高度的扩展性。业务功能模块包括过程监控、故障诊断、生产成本分析和产品质量管理4个子模块。过程监控子模块的过程监控方法是基于核函数的统计理论方法。核函数是以低维原始空间的数据经过核映射后，在高维特征空间中的内积表示。基于核函数的统计理论本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向智能制造的化工过程仿真器，其特征在于，包括：人机界面模块，与仿真运行模块、模型扩展模块以及业务功能模块进行可视化交互；仿真运行模块，识别并配置化工仿真模型，根据业务功能模块的业务仿真需求进行仿真；模型扩展模块，通过MES层多智能体仿真实现对PCS层化工仿真过程的MES层仿真扩展；业务功能模块，调用数据库中的相应数据，进行MES层仿真，实现不同业务功能的仿真分析；数据库，与仿真运行模块和业务功能模块进行交互，根据业务功能模块的业务仿真需求向仿真运行模块发送响应控制指令，采集仿真运行模块的仿真数据并进行存储；项目管理模块，管理整个系统的组织架构。

【技术特征摘要】
1.一种面向智能制造的化工过程仿真器，其特征在于，包括：人机界面模块，与仿真运行模块、模型扩展模块以及业务功能模块进行可视化交互；仿真运行模块，识别并配置化工仿真模型，根据业务功能模块的业务仿真需求进行仿真；模型扩展模块，通过MES层多智能体仿真实现对PCS层化工仿真过程的MES层仿真扩展；业务功能模块，调用数据库中的相应数据，进行MES层仿真，实现不同业务功能的仿真分析；数据库，与仿真运行模块和业务功能模块进行交互，根据业务功能模块的业务仿真需求向仿真运行模块发送响应控制指令，采集仿真运行模块的仿真数据并进行存储；项目管理模块，管理整个系统的组织架构。2.根据权利要求1所述的化工过程仿真器，其特征在于，所述的仿真运行模块包括模型识别、模型映射、参数设定和动态事件预设4个子模块；模型识别子模块自动识别出原始仿真模型的输入、输出过程变量；模型映射子模块利用Matlab的用户定义函数块，将原始仿真模型映射为simulink模型；参数设定和动态事件预设子模块对原始仿真模型进行重新配置。3.根据权利要求1所述的化工过程仿真器，其特征在于，MES层多智能体包括调度Agent、接口Agent、生产操作Agent、巡检Agent、质检Agent、设备维护Agent、资源Agent、成本Agent、库存Agent和监控Agent。4.根据权利要求1所述的化工过程仿真器，其特征在于，所述的业务功能模块包括过...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚敏，杨胜蓝，王治泉，荣冈，张劲松，冯毅萍，王玉芹，张泉灵，陈振宇，苏宏业，武东升，谢磊，
申请(专利权)人：浙江大学，神华宁夏煤业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33