Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 1/20

Átírás

1 Számítógéppel segített folyamatmodellezés Piglerné Lakner Rozália Számítástudomány Alkalmazása Tanszék Pannon Egyetem Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 1/20

2 Tartalom Modellező rendszerektől elvárt szolgáltatások Modellező eszközök elemei Modellező eszközök általános modellező nyelvek folyamatmodellező nyelvek folyamatábra modellező rendszerek modellező szakértői rendszerek Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 2/20

3 Modellező rendszerektől elvárt szolgáltatások segítik a modellezőt a folyamatmodellek építésében, ellenőrzött és minimális modellt készítenek (független egyenletek halmazát generálják a rendszer dinamikus/statikus viselkedésének leírására), redukálják a modellezési hibák (algebrai manipulációs hibák, tipográfiai hibák, formula hibák, stb.) előfordulását, lehetővé teszik komplex folyamatok jobb kezelését, alkalmasak meglevő modellek vagy modell részek újrafelhasználására, könnyen kezelhető felhasználói felülettel rendelkeznek, könnyen áttekinthető, szisztematikus dokumentációt szolgáltatnak. Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 3/20

4 Modellező eszközök elemei 1 Modellezési struktúrák alapvető építőelemek: mérlegelési térfogatok, áramok dekomponálás, építőelemek közötti kapcsolatok megadása Strukturális jellemzés rendszer jellemző tulajdonságainak meghatározása Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 4/20

5 Modellező eszközök elemei 2 Többszintű modellezési hierarchiák folyamatábra szint, egység szint, berendezés szint Modell analízis eszközök dimenzió analízis, strukturális analízis Modell dokumentálás Modell szimulációs környezetek saját numerikus megoldó, modell transzformáció numerikus megoldóhoz Modellezési döntéstámogató rendszerek modellezési folyamat vezérlése Rendszer aggregáció Rendszer dekompozíció Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 5/20

6 Modellező eszközök csoportosítása általános modellező nyelvek folyamatmodellező nyelvek folyamatábra modellező rendszerek modellező szakértői rendszerek Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 6/20

7 Általános modellező nyelvek egyenlet-orientált szemlélet általános építőelemei - matematikai modell elemek változók, egyenletek, adategyüttesek változók: változó név, típus, min/max/default érték, mértékegység egyenletek: stringként megadva, kifejezés fákban tárolva (operandusok, unáris/bináris operátorok) pl. ASCEND, GPROMS, MODELICA, OMOLA Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 7/20

8 Egy általános modellező nyelv: ASCEND 1 Advanced System for Calculation in ENgineering Design általános építőelemei: ATOM fizikai mennyiségek (pl. nyomás, hőmérséklet, hossz) leírására szolgáló adat MODEL tartalmazhat ATOMokat, egyenleteket vagy más MODELeket ATOM VariableType REFINES BaseClassName DIMENSION measure unit dimension DEFAULT value {measure unit}; lower_bound := value {measure unit}; nominal := value {measure unit}; display_unit := {measure unit}; END VariableType; ATOM mass REFINES generic_real DIMENSION m DEFAULT 1 {kg}; lower_bound := 0 {kg}; nominal := 1 {kg}; display_unit := {kg}; END mass; Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 8/20

9 Egy általános modellező nyelv: ASCEND 2 modell analízis eszközök: szabadsági fok (degree of freedom, DOF) elemzés dimenzió analízis dimenzióhelyesség ellenőrzés egyenletmegoldó eszközök MODEL ModelType REFINES BaseModelName; VariableName1 IS_A VariableType1; ModelName1 IS_A ModelType1;... Equations;... END ModelType; MODEL simple_solid; l IS_A length; a IS_A area; v IS_A volume; den IS_A mass_density; m IS_A mass; m=den*v; END simple_solid; Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 9/20

10 Folyamatmodellező nyelvek általános modellező nyelvekhez hasonlóak építőelemek konkrét vegyészmérnöki jelentéssel bírnak pl. MODEL.LA, VEDA, MODELLER, BIMAP, TECHTOOL Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 10/20

11 Egy folyamatmodellező nyelv: MODEL.LA 1 A nyelv alapvető építőelemei strukturális jellemzői: Általános műveleti egység (pl. desztillációs oszlop, hőcserélő hálózat, érzékelő, irányító berendezés) definiálása határainak megadásával; tartalmazza strukturális komponenseit, modellezési feltételezéseit, modell összefüggéseit Portok: az egységek közötti anyag-, energia-, momentum- és információáramok lehetővé tétele Áramok: input és output portok segítségével egységeket kapcsolnak össze új összetett egységek definiálása Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 11/20

12 Egy folyamatmodellező nyelv: MODEL.LA 2 A modell elemek funkcionális jellemzői: modell érvényesség: információ a modell elemekre alkalmazott modellezési feltételezésekről, összefüggésekről megszorítások: mennyiségek közötti összefüggések egyenletek, egyenlőtlenségek, szabályok, stb. formájában általános változók: a modell összefüggések leírásának alapvető építőelemei (fizikai jelentés, alapérték, értelmezési tartomány, mértékegység) A nyelv alapvető erőssége: modularitás, öröklődési képesség, kiterjeszthetőség (új modell elemek definiálása) Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 12/20

13 Folyamatábra modellező rendszerek legszélesebb körben elterjedt modellező eszközök folyamatábra elkészítésével hozzák létre a matematikai modellt elemi építőelemek: előre definiált műveleti egység modellek (pl. reaktor, desztillációs oszlop) építőelemek áramokkal való összekapcsolása folyamatábra (grafikus vagy szöveg editor segítségével) pl. ASPEN, ASPEN DYNAMICS, CHEMCAD, HYSYS Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 13/20

14 Egy folyamatábra modellező rendszer: ASPEN 1 Advanced System for Process ENgineering legismertebb folyamatmodellező rendszer folyamatrendszer felépítése előre definiált egységmodellekből, részrendszerekből folyamatábra egységek, egységeket összekapcsoló áramok adatainak definiálása mérnöki tudásbázisból szimulációs eredmények megjelenítése diagramvarázsló Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 14/20

15 Egy folyamatábra modellező rendszer: ASPEN 2 Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 15/20

16 Modellező szakértői rendszerek szakértői rendszer: tudásbázis, tudásbázisfejlesztő/ tudásbeszerzést támogató alrendszer, magyarázó alrendszer, következtető gép folyamatmodell a modellezési feladat formális leírásából, tudásbázisban tárolt építőelemek felhasználásával új építőelemek létrehozása MODEX, MODASS, PROFIT, MODDEV, MODKIT, DESIGN-KIT Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 16/20

17 Egy modellező szakértői rendszer: MODDEV 1 MODel DEVelopment általános modellező nyelven alapuló tudásbázisú rendszer tudásbázis referencia modell: segíti folyamatmodellek készítését, módosítását, analízisét referencia modell vegyészmérnöki modellben előforduló kifejezések hierarchia szerint (részmodellekre bontás, részmodellek egymástól független kezelése) alapja: különböző tagokból álló mérlegegyenletek, modell változók közötti összefüggéseket leíró kiegészítő egyenletek modell egyenletek transzformálása kód generálás a modell megoldásához grafikus felhasználói felület Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 17/20

18 Egy modellező szakértői rendszer: MODDEV 2 építőelemek: egységek (shell) rendszerhatárok definiálása kapcsolatok áram kapcsolatok (stream) egységek közötti kapcsolatok (shell kapcsolatok) építőelemekbe ágyazott egyenletek/változók modell Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 18/20

19 Egy modellező szakértői rendszer: MODDEV 3 modellezés lépései: modell dekomponálása építőelemek és kapcsolataik (grafikus editor) építőelemek tulajdonságainak definiálása (referencia modell) korlátozó egyenletek, lezáró egyenletek definiálása (referencia modell) strukturális analízis (DOF, incidencia mátrix) modell egyenletek transzformálása megoldható kód Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 19/20

20 Egy modellező szakértői rendszer: MODDEV 4 Az ICAS (Integrated Computer Aided Solution) programcsomag része Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 20/20