Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου

Σχετικά έγγραφα
Διάλεξη 1: Βασικές Έννοιες

Διάλεξη 4: Τεχνικές επίλυσης μη-γραμμικών συστημάτων

Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου

Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου

Υπολογιστικές Μέθοδοι Ανάλυσης και Σχεδιασμού

Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου

Υπολογιστικές Μέθοδοι Ανάλυσης και Σχεδιασμού

Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου

Υπολογιστικές Μέθοδοι Ανάλυσης και Σχεδιασμού

Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου

Υπολογιστικές Μέθοδοι Ανάλυσης και Σχεδιασμού

Μοντελοποίηση Προσομοίωση

Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου

Ενότητα Ι. Βασικά Στοιχεία Σχεδιασμού

Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου

Υπολογιστικές Μέθοδοι Ανάλυσης και Σχεδιασμού

Σκοπός του μαθήματος. Αρχές Φυσικής Μοντελοποίησης

Ενότητα Ι. Βασικά Στοιχεία Σχεδιασμού

Προσομοίωση Συστημάτων

Συστήματα Βιομηχανικών Διεργασιών 6ο εξάμηνο

ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΗΓΜΕΝΩΝ ΛΟΓΙΣΜΙΚΩΝ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΓΙΑ ΤΟ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗ ΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΥ

Μηχανική Βιομηχανικών Αντιδραστήρων Υπολογιστικό θέμα

ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΔΙΑΚΡΙΤΩΝ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΣΕ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΚΑΙ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ

ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΕ Π ΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΤΙΚΟ Π ΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Παρουσίαση 3ης Άσκησης

ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΠΕΡΣΕΦΟΝΗ ΠΟΛΥΧΡΟΝΙΔΟΥ ΤΜΗΜΑ ΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΤΕ

Μαθηµατικές Μέθοδοι (Μοντελοποίηση)

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ

Πιο συγκεκριμένα, η χρήση του MATLAB προσφέρει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα.

Αυτόματη ρύθμιση αποστακτικών στηλών

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς Συστήματα Γραμμικών Αλγεβρικών Εξισώσεων

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς Συστήματα Γραμμικών Αλγεβρικών Εξισώσεων

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 11. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Αναλυτικό Πρόγραμμα Μαθηματικών

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 22. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης. Επισκόπηση μοντέλων λήψης αποφάσεων Τεχνικές Μαθηματικού Προγραμματισμού

Ε. Παυλάτου, 2017 ΙΣΟΖΥΓΙΑ ΜΑΖΑΣ ΜΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ

Κεφ. 6Β: Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις (ΣΔΕ) - προβλήματα αρχικών τιμών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 2: Περιγραφή αριθμητικών μεθόδων

Προσομοίωση διεργασιών και διατάξεων

ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΜΑΔ, 2013

Κεφ. 7: Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις (ΣΔΕ) - προβλήματα αρχικών τιμών

Ανασκόπηση θεωρίας ελαχίστων τετραγώνων και βέλτιστης εκτίμησης παραμέτρων

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΜΑΖΑΣ

ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΓΡΑΜΜΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΤΗ ΛΗΨΗ ΑΠΟΦΑΣΕΩΝ (1)

17/10/2016 ΣΥΣΤΟΙΧΙΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ-ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΜΕ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ. Εισαγωγή. Συστοιχεία αντιδραστήρων CSTR σε σειρά

Επίλυση γεωµετρικών περιορισµών σε µικρά µόρια µε αλγεβρικές µεθόδους

2.12 Αντιδραστήρας Eμβολικής Ροής με ανακυκλοφορία

Εφαρμοσμένη Βελτιστοποίηση

ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΙΔΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΙΔΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΩΝ

Ανάπτυξη & Σχεδίαση Λογισμικού (ΗΥ420)

Εκμετάλλευση και Προστασία των Υπόγειων Υδατικών Πόρων

Αριθμητική Ανάλυση. Ενότητα 1: Εισαγωγή Βασικές Έννοιες. Φραγκίσκος Κουτελιέρης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΣΥΣΤHΜΑΤΑ ΑΠΟΦAΣΕΩΝ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓH

Τεχνοοικονομική Μελέτη

Μοντελοποίηση προβληµάτων

Αριθμητική Ανάλυση & Εφαρμογές

Τ.Ε.Ι. ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ

Ανασκόπηση θεωρίας ελαχίστων τετραγώνων και βέλτιστης εκτίμησης παραμέτρων

ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΚΟΠΤΙΚΩΝ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑΣ

Συνήθεις διαφορικές εξισώσεις προβλήματα οριακών τιμών

Προγραμματισμός Η/Υ. Αλγόριθμοι. ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος

Βασίλειος Μαχαιράς Πολιτικός Μηχανικός Ph.D.

Μέθοδοι πολυδιάστατης ελαχιστοποίησης

3 Διακριτοποίηση Συστημάτων Συνεχούς Χρόνου... 65

Εφαρμογές Προσομοίωσης

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 15: O αλγόριθμος SIMPLE

ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ: Μια ενδιαφέρουσα σταδιοδρομία

Ποσοτικές Μέθοδοι στη Διοίκηση Επιχειρήσεων ΙΙ Σύνολο- Περιεχόμενο Μαθήματος

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ. Ηλ. Αιθ. 003, 004 Ηλεκτρονική ΙΙΙ Ηλ. αιθ. 003, 004

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ, ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΑΡΑΔΟΣΕΩΝ. Κεφ. 1: Εισαγωγή (διάρκεια: 0.5 εβδομάδες)

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Ι

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΟΡΘΗ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Αριθμητική Λύση Μη Γραμμικών Εξισώσεων Η ΜΕΘΟ ΟΣ ΤΗΣ ΙΧΟΤΟΜΙΣΗΣ 01/25/05 ΜΜΕ 203 ΙΑΛ 2 1

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 6: Εξίσωση διάχυσης (συνέχεια)

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΓΙΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ MATLAB ΔΕΥΤΕΡΗ ΕΚΔΟΣΗ [ΒΕΛΤΙΩΜΕΝΗ ΚΑΙ ΕΠΑΥΞΗΜΕΝΗ]

7. ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΚΟΡΜΟΥ ο ΕΞΑΜΗΝΟ. Θεωρ. - Εργ.

Περιεχόμενα. Ανάλυση προβλήματος. Δομή ακολουθίας. Δομή επιλογής. Δομή επανάληψης. Απαντήσεις. 1. Η έννοια πρόβλημα Επίλυση προβλημάτων...

ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ ΓΙΑ ΤΙΣ ΕΜΒΑΘΥΝΣΕΙΣ

Πρόγραμμα Σπουδών Ακαδημαϊκού Έτους

Ιωάννα Ανυφαντή, Μηχανικός Περιβάλλοντος Επιβλέπων: Α. Ευστρατιάδης, ΕΔΙΠ ΕΜΠ. Αθήνα, Ιούλιος 2018

ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ. Προσομοίωση είναι η μίμηση της λειτουργίας ενός πραγματικού συστήματος και η παρακολούθηση της εξέλιξης του μέσα στο χρόνο.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΧΗΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ

website:

A Τελική Εξέταση του μαθήματος «Αριθμητική Ανάλυση» Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Μαθηματικών, Πανεπιστήμιο Αιγαίου

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ. Εργαστηριακή και Βιομηχανική Ηλεκτρονική Ηλ. Αμφ. 2, 3. Γλώσσες Προγραμματισμού Ι. Ηλ. Αμφ. 1, 2, 3, 4, 5

Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ. Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Ηλ. Αιθ. 001, 002. Ηλ. Αιθ. 003, 004 Ηλεκτρονική ΙΙΙ Ηλ. αιθ. 003, 004. Θεωρία Δικτύων & Κυκλωμάτων

Σκοπός. Προγραμματίζοντας τον Arduino ΙΙ Εντολή Εκχώρησης & Εντολές. Συλλογή & Επεξεργασία Δεδομένων. Πρόγραμμα. Εντολές Επεξεργασίας Δεδομένων

Διαφοροποίηση στρατηγικών διδασκαλίας ανάλογα με το περιεχόμενο στα μαθήματα των φυσικών επιστημών

«ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΔΙΑΦΟΡΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ» 30 Σεπτεμβρίου Αμφιθέατρο Σχολής Θετικών Επιστημών ΑΘΕ12. Ομιλητές

ΩΡΙΑΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ. Ακαδημαϊκό Έτος

ΣΥΣΤHΜΑΤΑ ΑΠΟΦAΣΕΩΝ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓH

Κεφάλαιο 12: Υδραυλική ανάλυση δικτύων διανομής

ΠΛΗ513 - Αυτόνομοι Πράκτορες Αναφορά Εργασίας

Q 12. c 3 Q 23. h 12 + h 23 + h 31 = 0 (6)

Transcript:

EΘNIKO ΜEΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΙΙ: Ανάλυσης, Σχεδιασμού & Ανάπτυξης Διεργασιών & Συστημάτων Δίαλεξη 1: Βασικές Έννοιες Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου Διδάσκων: Α. Κοκόσης Συνεργάτες: Α. Νικολακόπουλος, Θ.Χ. Ξενίδου

Επισκόπηση Βασικές Έννοιες Βιομηχανική προσομοίωση i. Απλή και βιομηχανική προσομοίωση ii. iii. Μαθηματική αναπαράσταση συστημάτων Κατηγορίες και τεχνικές προσομοίωσης Σειριακή προσομοίωση και τεχνικές αποκοπής (tearing) Συγχρονισμένη προσομοίωση Προσομοίωση ανοικτών συστημάτων

1. Εισαγωγικά

Προσομοίωση διεργασιών και ροοδιαγραμμάτων i. Προσομοίωση απλής Χημικής Διεργασίας ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ Ροές Συγκεντρώσεις Πιέσεις Θερμοκρασία ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ ΠΡΟΙΟΝΤΑ Ροές Συγκεντρώσεις Πιέσεις Θερμοκρασία ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ (Διαστασιολόγηση)

Προσομοίωση διεργασιών και ροοδιαγραμμάτων ii. Προσομοίωση ροοδιαγράμματος Βιομηχανικής Εγκατάστασης Σύνταξη ροοδιαγράμματος Ορίζεται ως η χρήση υπολογιστικών μέσων για την εκτέλεση των υπολογισμών ισοζυγίων μάζας και ενέργειας διαστασιολόγησης κοστολόγησης της συστοιχίας διεργασιών μιας βιομηχανικής εγκατάστασης σε συνθήκες μόνιμης κατάστασης. Αφορά το σύνολο του ροοδιαγράμματος και όχι κάθε διεργασία ξεχωριστά.

Σχεδιασμός Διεργασίας επιμέρους στάδια Ανάγκες Ροοδιάγραμμα Σύνθεση Ανάλυση Ισοζύγια μάζας & ενέργειας Κοστολόγηση / Διαστασιολόγηση η Μεταβλητές απόφασης (αρχικές τιμές) Βελτιστοποίηση παραμέτρων Βελτιστοποίηση εξοπλισμού Οικονομική αξιολόγηση ξ λό Τελικό Ροοδιάγραμμα

Χρήση ροοδιαγράμματος στο σχεδιασμός μιας διεργασίας Πλεονεκτήματα i. Μειώνει σημαντικά το χρόνο σχεδιασμού μια πραγματικής εγκατάστασης επιτρέπει ει τη μελέτη και τον έλεγχο εναλλακτικών διαμορφώσεων ii. Συμβάλλει στη βελτίωση υπάρχουσας εγκατάστασης απαντά σε ερωτήσεις του τύπου τι θα συμβεί εάν; προσδιορίζει τις βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας για δεδομένους περιορισμούς βοηθά στον εντοπισμό των περιοριστικών τμημάτων της διεργασίας (debottlenecking)

Βασικές έννοιες αναπαράστασης διεργασιών a. Διεργασίες σαν Συστήματα Εισόδου - Εξόδου Προσομοίωση ανά Μονάδα σε Σειρά Σε κάθε μονάδα είσοδος, x i Μονάδα έξοδος, y i παράμετροι, u i Δηλαδή, f i (x i, y i, u i ) = 0, οπότε, y i = g i (x i, u i ) υπολογίζονται δίνονται

Βασικές έννοιες αναπαράστασης διεργασιών b. Διάκριση ανάμεσα σε Ανοικτά και Κλειστά Συστήματα Ανοικτά συστήματα: περιγράφονται από συστήματα διακριτών εξισώσεων: αλγεβρικών διαφορικών (απλές, με μερικές παραγώγους) Γενική μορφή: f j (x 1, x 2, x m ) = 0, j = 1,..., m y k =g(x 1,x 2, x m ) ; k = 1,..., n x l (0) = 0 l = 1,..., m Εδώ θα υποθέσουμε μόνο αλγεβρικά συστήματα

Βασικές έννοιες αναπαράστασης διεργασιών c. Εξισώσεις Μεταβλητές - Παράμετροι residuals NE = n. f 1 (x 1, x 2,, x m )=0=r = 1 f 2 (x 1, x 2,, x m ) = 0 = r 2.. f n (x 1, x 2 2,, x m m) = 0 = r n NV = m

Βασικές έννοιες αναπαράστασης διεργασιών c. Εξισώσεις Μεταβλητές Παράμετροι α. Στην προσομοίωση πρέπει NE = NV. Οι υπόλοιπες NV NE = NP αποτελούν σχεδιαστικές παραμέτρους β. Παράμετροι σε ένα μοντέλο μπορούν να αποτελούν μεταβλητές σε κάποιο άλλο. Παραδείγματα: καθαρότητα προϊόντων στην απόσταξη βαθμός μετατροπής στην αντίδραση ανακύκλωση / ρεύμα απομάκρυνσης γ. Σε κλειστά μοντέλα, ο αριθμός των παραμέτρων συνήθως δίνεται γ. Σε κλειστά μοντέλα, ο αριθμός των παραμέτρων συνήθως δίνεται στο χρήστη (ή είναι γνωστή στο μηχανικό από το είδος της διεργασίας)

Βασικές έννοιες αναπαράστασης διεργασιών c. Εξισώσεις Μεταβλητές Παράμετροι (2) Σε παλαιότερα χρόνια υπήρχε απαίτηση για ανάλυση βαθμών ελευθερίας που σήμερα υπολογίζεται ουσιαστικά από το λογισμικό. Όταν ορίζουμε επιπλέον μεταβλητές, NV > NE έχουμε υπερορισμένο σύστημα (overdefined), ενώ για NV > NE έχουμε βαθμούς ελευθερίας (i.e. πρόβλημα βελτιστοποίησης)

Βασικές έννοιες αναπαράστασης διεργασιών δ. Ανοικτά και κλειστά συστήματα Κλειστά: δίνουν έξοδο μέσα από αλγόριθμους. Στιβαρή και ελεγχόμενα Ανοικτά: δίνουν έξοδο μέσα από εξισώσεις. Διαφανή Ανοικτά Κλειστά Ανοικτά? Κλειστά (προφανής μεταφορά) Ορίζονται εξισώσεις που αντιστοιχούν στα υπόλοιπα (residuals) των ανοικτών συστημάτων Για κάθε Δx i Δy (κλειστά μοντέλα) i u i r r i i ( Δx, i Δy, i Δzi) r i, xi yi (Ιακωβιανό στοιχείο)

Βασικές έννοιες αναπαράστασης διεργασιών δ. Σύγκριση Ανοικτών - Κλειστών συστημάτων (2) είσοδος παράμετροι έξοδος x 1, x 2,..., x n u 1, u 2,..., u n y 1, y 2,..., y n f 1 =r 1 f 2 = r 2... α ij β ij f n = r n f n εξισώσεις που αντιστοιχούν στο ανοικτό μοντέλο x Δ x +Δx Δ y +Δy (κλειστό μοντέλο) i i i Δ r i Δx, Δy, ( Δu) Υπολογίζει το σαν αποτέλεσμα των αλλαγών των ri ri ri Υπολογίζει το,, α ij, β ij, γ ij x y u j j j γ ij i i i

2. Βασικές κατηγορίες προσομοίωσης

Κατηγορίες και τεχνικές βιομηχανικής προσομοίωσης i. Σειριακή προσομοίωση (κλειστών συστημάτων) [sequential modular approach] ii. Συγχρονισμένη προσομοίωση (κλειστών λ ώ συστημάτων) ) [simultaneous modular approach] iii. Προσομοίωση ανοικτών συστημάτων [equation oriented oriented approach] Στη συνέχεια θα αναλυθεί η εφαρμογή των ανωτέρω τεχνικών σε μια απλή βιομηχανική διεργασία.

Βασικές έννοιες αναπαράστασης διεργασιών Παράδειγμα Διεργασίας Ένα απλό ροοδιάγραμμα y 31 x 12 x 11 y 11 y 21 Mixer Reactor Separator x21 x31 Περιλαμβάνει: 4 Λειτουργικές Μονάδες x 41 y 32 x 42 1 Ρεύμα Ανακύκλωσης Mixer y 41

Βασικές έννοιες αναπαράστασης διεργασιών Παράδειγμα Διεργασίας Εξισώσεις Μοντέλου 1. Εξισώσεις για κάθε μονάδα (model equations) mixer 1: f1( x 11,x 12,y11) = 0 reactor: f 2 ( x 21,x 21, u 2 ) = 0 seperator: f3( x 31,y 31,y 32, u3) = 0 f ( x,x,y ) = 0 mixer 2: 4 41 42 41 x 12 y 31 Γενίκευση: x ij y ij u i είσοδος j στη μονάδα i έξοδος j από τη μονάδα i παράμετρος ά μονάδας i x 11 y 11 Mixer Reactor Separator x21 x31 y 21 21 31 x 41 y 32 x 42 y 41 Mixer Έχουμε άλλες εξισώσεις;

Βασικές έννοιες αναπαράστασης διεργασιών Παράδειγμα Διεργασίας Εξισώσεις Σύνδεσης 1. Εξισώσεις σύνδεσης (connections equations) x12 y31 = 0 x 21 y 11 = 0 x31 y21 = 0 x x 11 y 11 Mixer Reactor Separator 42 y 32 = 0 x 21 x 31 x 12 y 21 y 31 Παρατηρήσεις: x 41 y 32 x 42 y 41 οι εξισώσεις για κάθε μονάδα αντιπροσωπεύουν τις εξισώσεις διατήρησης μάζας και ενέργειας καθώς και εξισώσεις υπολογισμού φυσικών ιδιοτήτων και άλλων συσχετίσεων Mixer Οι παράμετροι κάθε μονάδας i, μπορεί να είναι π.χ. η θερμοκρασία, η πίεση του αντιδραστήρα. Πρέπει να ορισθούν.

Σειριακή προσομοίωση (sequential modular approach) Βασική ιδέα 1. Προσομοίωση κάθε διεργασίας στη σειρά (ακολουθώντας τη ροή των ρευμάτων ή τις προδιαγραφές) 2. Σε κάθε περίπτωση που χρειάζεται μεταβλητές από προωθημένες (forward) ήπροηγούμενες(backward) διεργασίες, υπόθεση τιμών για τα ρεύματα/μεταβλητές, που αποτελούν τις μεταβλητές αποκοπής (tear streams) 3. Υπολογισμός τιμών για τις μεταβλητές αποκοπής σε μεταγενέστερα στάδια 4. Σύγκλιση επιτυγχάνεται όταν επιτευχθεί σύγκλιση σε κάθε διεργασία σύγκλιση στις μεταβλητές/ρεύματα αποκοπής Εμπορικά πακέτα Aspen Plus (Evans et al, 1979) HYSIS (Mahoney & Santollani, 1994) SUPERPO (Futtellugen)

Σειριακή προσομοίωση (sequential modular approach) Παράδειγμα S2 y 31 x 12 2 3 x 11 y 11 S3 y 21 S4 Mixer Reactor Separator S1 x 21 x 31 1 y 32 x 42 S5 42 x 41 S6 Mixer 4 y 41 S7

Σειριακή προσομοίωση (sequential modular approach) Αποκοπή με βάση τη φυσική ροή των ρευμάτων ( ) Με βάση τα παραπάνω, οι εξισώσεις fi i= 1,2,3,4 = 0 για το συγκεκριμένο παράδειγμα γράφονται ως εξής: ( ) = = ( ) f x,x,y 0 y g x,x 1 11 12 11 11 11 11 12 ( u ) = = ( u ) f x,x, 0 y g x, 2 21 21 2 21 21 21 2 ( u ) = = ( u ) y = g 32 32 ( x, u 32 3 ) f x,y, y, 0 y g x, 3 31 31 32 3 31 31 31 3 ( ) = = ( ) f x,x,y 0 y g x,x 4 41 42 41 41 41 41 42 x 12 (αποκοπή στο ) σύγκλιση (χωρίς αποκοπή) σύγκλιση (χωρίς αποκοπή) σύγκλιση (χωρίς αποκοπή) σύγκλιση Σύγκλιση στο x 12? Αν ναι σταματάμε. Αν όχι συνεχίζουμε.

Σειριακή προσομοίωση (sequential modular approach) Βήματα σειριακής προσομοίωσης y 31 x 12 x 11 y 11 y 21 Mixer Reactor Separator ato x 21 x 31 y 32 x 42 y 41 x 41 Mixer

Σειριακή προσομοίωση (sequential modular approach) Βήματα: σχόλια παρατηρήσεις Ρεύμα αποκοπής είναι η ανακύκλωση και κάθε φορά υπολογίζεται ως εξής: ( ) x = f x,y k ' k 1 k 1 12 12 31 Το ρεύμα αποκοπής δεν καθορίζεται μονοσήμαντα από το ροοδιάγραμμα, δηλαδή υπάρχουν βαθμοί ελευθερίας στην επιλογή του Η αναγνώριση επιλογών γίνεται αυτόματα (εσωτερικός) αλγόριθμος αλλά τα ρεύματα (tearing variables) μπορούν (και πρέπει) να ρυθμιστούν σε περιπτώσεις σύνθετων ροοδιαγραμμάτων Η φυσική ροή ρευμάτων δεν είναι ο καλύτερος τρόπος καθορισμού μεταβλητών αποκοπής

Σειριακή προσομοίωση (sequential modular approach) Εναλλακτικό σενάριο ανακύκλωσης y 31 x 12 x 11 y 11 y 21 Mixer Reactor Separator ato x 21 x 31 y 32 x 42 y 41 x 41 Mixer

Συγχρονισμένη Προσομοίωση (simultaneous modular approach) Πρόκληση: (α) Η Σειριακή Προσομοίωση αντιμετωπίζει συχνά προβλήματα σύγκλισης, ειδικά σε μεγάλα προβλήματα και σε διεργασίες με πολλά ρεύματα ανακύκλωσης (β) Η Σειριακή Προσομοίωση χάνει τη συνολική εικόνα επικεντρώνοντας στα επιμέρους στάδια Βασική ιδέα Συγκλίνει όλα τα επιμέρους υποσυστήματα (επί μέρους διεργασίες) μαζί, απλοποιώντας τις υπολογιστικές δυσκολίες που προκύπτουν με γραμμικοποιήσεις των επί μέρους διεργασιών. Εμπορικά πακέτα Flowpack (πρόδρομος σημερινών πακέτων) Rosen (1962) Umeda et al. (1972), Reklaitis (1979), Mahalec and Motard (1979), Biegler & Hughes (1982) Όλες οι μονάδες γράφονται όπως και στη σειριακή προσέγγιση, δηλαδή: y g x, u y x k ij = ( ) α ij i ik i ij ijk ik k= 1

Προσομοίωση ανοικτών συστημάτων (equation oriented approach) Πρόκληση: Τι χρειαζόμαστε τη Συγχρονισμένη Προσομοίωση όταν η γραμμικοποίηση μπορεί να γίνει απευθείας με Taylor; Οι γραμμικοποιήσεις στη Συγχρονισμένη Προσομοίωση είναι επίπονες, προσεγγιστικές και συχνά αυθαίρετες Βασική ιδέα Επίλυση του συστήματος σαν ένα μεγάλο πρόβλημα μη γραμμικών εξισώσεων, επιτρέποντας στις γραμμικοποιήσεις να γίνονται αυτόματα μέσα από υπολογιστικές ρουτίνες (numerical approach). Εμπορικά πακέτα gproms Aspen Plus / HYSIS

Προσομοίωση ανοικτών συστημάτων (equation oriented approach) Σημαντικά ζητήματα σχετίζονται με Αριθμητικά Θέματα το μέγεθος του συστήματος των εξισώσεων ανάλυση βαθμών ελευθερίας έλεγχος μοναδικότητας λύσης μη γραμμικότητα συστήματος εξισώσεων αρχικοποίηση μεταβλητών υπολογισμό παραγώγων (π.χ Jacobian) για επίλυση συστημάτων με μέθοδο Netwon Εξισώσεις Συστήματος 1. Εξισώσεις μοντέλου (για κάθε μονάδα) 2. Εξισώσεις σύνδεσης των μονάδων 3. Εξισώσεις που προκύπτουν από προδιαγραφές σχεδιασμού (design specifications)

Σύγκριση τεχνικών προσομοίωσης Σειριακή προσομοίωση Προσομοίωση ανά στάδιο (μονάδα) Λιγότερο ευέλικτη σύγκλιση Εύρωστη σύγκλιση Η αρχικοποίηση είναι σημαντική Μικρές απαιτήσεις αποθήκευσης Εύκολη εφαρμογή (μικρές απαιτήσεις μοντελοποίησης) Προσομοίωση ανοικτών συστημάτων Ταυτόχρονη επίλυση όλων των μοντέλων / μονάδων Ιδιαίτερα ευέλικτη σύγκλιση Όχι τόσο εύρωστη σύγκλιση Η αρχικοποίηση είναι πολύ σημαντική Οι απαιτήσεις αποθήκευσης μπορεί να είναι τεράστιες Υψηλές απαιτήσεις μοντελοποίησης

Συνδυασμός τεχνικών προσομοίωσης Βασικά προβλήματα Στη Σειριακή Προσομοίωση (κλειστών συστημάτων) τα προβλήματα είναι: Οι επαναλήψεις και η σύγκλιση της ανακύκλωσης Στη Προσομοίωση Ανοικτών Συστημάτων, τα προβλήματα είναι: Η καλή αρχικοποίηση Η επίλυση των συστημάτων των μη γραμμικών εξισώσεων

Συνδυασμός (Υβριδισμός) τεχνικών προσομοίωσης Α μέθοδος (αυξανόμενη πολυπλοκότητα μοντέλου) χρήση της σειριακής για αρχικοποίηση και προσέγγιση της λύσης (στη συνέχεια) χρήση της προσομοίωσης ανοικτών συστημάτων για την επίτευξη λύσης μεγαλύτερης ακρίβειας Β μέθοδος (επιτάχυνση) χρήση της σειριακής για αρχικοποίηση και προσέγγιση της λύσης (στη συνέχεια) χρήση της προσομοίωσης ανοικτών συστημάτων για βελτίωση σύγκλισης