基本介紹
- 中文名：過程模擬軟體
- 外文名：gPROMS
- 軟體特點：面向方程的過程模擬軟體
- 技術優勢：簡單易用的工程數學建模語言
發展歷史,軟體特點,技術優勢,
發展歷史
上世紀90年代，基於序貫模組法(Sequential Modular)的穩態模擬技術已趨成熟，套用最為廣泛(如Aspen Plus及Pro/II)，但序貫模組法對動態最佳化等問題效率低下。基於聯立方程法(Equation Oriented)的過程模擬軟體方興未艾(如SPEEDUP)，但聯立方程法建模難度大，開發周期長。gPROMS(general PROcess Modelling System)採用聯立模組法，解決了上述問題。
gPROMS是帝國理工學院(Imperial College London)PSE(Process System Enterprise Ltd．)研究中心在多年建模和仿真實踐中的研究成果。gPROMS的研發始於1988年，是由曾經開發SPEEDUP(現歸入Aspen的ACM模組)的研究人員完成的，1992年開始進行工業評估，5年後成為商業軟體，並成立PSE公司，2006年推出gPROMS V3．0，完善了圖形界面操作功能。
gPROMs介紹
gPROMs介紹軟體特點
gPROMS是一種面向方程的過程模擬軟體。它對對象的描述主要分為兩個層次：模型層和物理操作層。“模型層”(MODEL)描述了系統的物理和化學行為，是對象的一個通用機理模型；“物理操作層”(TAsK)則描述了附加在系統外部行為以及擾動。另外，還有一個模型實體“過程塊”(PRocEss)，它由具體實例模型數據以及外部操作組成，表述一個模型的具體實例。它以外加信息來推動MODEL(例如初始條件及輸入變數隨時間的變換情況)。使用者只需要列出描述系統的方程及邊界條件，複雜的計算通過調用各種求解算法來完成。
gPROMS求解模型時採用的是聯立方程法，在更新版本中加入了PML(Process Model Library)，此前的研究者需要自己編寫所有模型方程。PML的加入使得該軟體在建模的直觀性上與序貫模組法的軟體之間的距離又拉近了一步。 使用gPROMS求解問題非常方便，在與其他動態模擬軟體相比較，gPROMS有許多自身的特點：
第一，層次化結構。它使用面向對象的層次式建模方法，對於問題的描述分為物理層(Modcl)和操作層(Task)。在過程模型中的模型層是生產設備的模型方程，操作層是操作過程的描述方程，兩者構成完整的過程模型。這樣的兩層化處理使得過程建模直觀，便於代碼維護，也便於建立複雜的操作過程模型。並且通用模型和實例化模型的分離使得對於同一個模型可有多個實例與之對應，便於作實例間的比較。
第二，開發性。gPROMs模型的體系框架開放，方便調用外部的模型和算法。gPROMS中自帶有PML (Process Model Library)過程模型庫包含了一些化工過程中常用的變數、模型和操作，其模型代碼開放性使得研究者可以對其模型進行修改或根據自己的方程來構造出合適的模型。ASPENTECH公司推出的Aspen Dynamic和gPROMS一樣也用於動態模擬，對動態模擬的研究也有研究者利用的是該動態模擬軟體。gPROMS與Aspen Dynamic相比，雖然在界面上後者略勝一籌，但gPROMs的開放性是後者無法比擬的。Aspen Dynanlic中的每個基礎模型都是已封裝的，研究者無法知道其內部結構，這將會帶來調試過程中的一些麻煩，很多變數的設定需要依賴經驗：而gPROMs模型方程是開放的，研究者能夠從方程自由度等要求出發，逐步調試最終使得模擬過程收斂解。另外，研究者也可根據實際工況或者設備特點修改模型方程，或者根據研究需要先從簡化模型入手逐步使模型具體化，如此由淺及深，循序漸近，能更好地解決問題。
第三，gPROMS的程式語言簡單和MATLAB程式語言非常類似：類似的條件語句、循環語句和類似的數組說明和使用方法，這使得模型以及操作的編寫簡單明了，並且便於和基於其他語言的模型進行比較研究。
gPROMS軟體
gPROMS軟體第四，物性計算簡便。在gPROMS中可以調用外部物性軟體包來解決複雜的物性計算問題。例如，簡單物質的物性計算我們可以選擇Multiflash或者IK-CAPE軟體包；複雜物質亦有Eletrolytic Physical Properties interface和0LI Physical Propenies interface可供選擇。
技術優勢
gPROMS作為新一代的過程模擬軟體，具有許多其他過程模擬工具不可比擬的獨特技術優勢：
1）離散式建模方法與動態模擬能力
傳統的基於均勻性假設的建模方法只能適用於小尺度的穩態問題，而gPROMS的離散式建模方法可以完全模擬真實情況下，各種物理量隨時間、空間及其他獨立變數的變化，並採用積分方程與偏微分方程描述其變化規律。因此gPROMS可適用於從實驗室尺度到工廠規模的所有設備及流程。
同時，gPROMS具有完全的動態模擬能力，無需另外購買模組就可以進行設備開停車、外界擾動影響、控制方案對比及各類不可逆變化過程的研究。
Gproms
Gproms2）完全開放的建模環境與模型庫
gPROMS所有模型均完全開放，用戶可方便的調用gPROMS基本模型，並按照自身的需求做任何修改，建立屬於自己的模型庫。gPROMS還具有許多與其他仿真模擬軟體的直接接口，如：gO:MATLAB、gO:CFD、gO:CAPE-OPEN、gO:RUN等等，開放式的模型接口極大的滿足了各類用戶的特殊使用需求。
3）簡單易用的工程數學建模語言
gPROMS採用簡單易用的工程數學建模語言，模型編寫方式非常接近於人們日常的書寫習慣，即加快用戶的建模工作，又使得模型維護工作大大簡化，而且新老用戶之間的工作交接更為便捷。
4）高效的大型非線性方程組求解能力
gPROMS可以快速求解複雜的非線性方程組，具有基於聯立模組法的多種方程求解器，如：LASolver、NLSolver、DASolver等。
相比傳統過程模擬工具，gPROMS的求解速度有明顯提高。對於一個包含30至40萬變數的模型方程組，傳統過程模擬工具需要約30分鐘的計算時間，而gPROMS僅需不到6分鐘就可完成。
5）增強的物性計算能力
物性計算準確與否直接關係著模擬結果的可信度，gPROMS自身具有MultiFlash與DIPPR物性資料庫，包含超過3000中組分的物性數據。此外，gPROMS還可直接使用CAPE-OPEN物性包、OLI電解質系統等。
gPROMS的高級熱力學模組gSAFT可直接對所有物性進行計算，這項基於SAFT-g Mie 狀態方程的技術屬於英國帝國理工大學與gPROMS特有專利。
6）多層級的模型管理
gPROMS將用戶分為三個層級，分別是第一級的模型開發人員、第二級的工藝設計人員以及第三級的過程操作人員。各層級用戶具有各自的模型操作許可權，以適應各自不同的工作需要。不同層級用戶之間即緊密關聯，又不會相互干擾。
