Process Simulation Unit Operation Models - Review of Open and HSC Chemistry I/O Interfaces
Leino, Marko (2016)
Leino, Marko
2016
Tietotekniikan koulutusohjelma
Talouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-06-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201605093946
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201605093946
Tiivistelmä
Chemical process modelling and simulation can be used as a design tool in the development of chemical plants, and is utilized as a means to evaluate different design options. The CAPE-OPEN interface standards were developed to allow the deployment and utilization of process modelling components in any compliant process modelling environment.
This thesis examines the possibilities provided by the CAPE-OPEN interfaces and the .NET framework to develop compliant, cross-platform process modelling components, particularly unit operations. From the software engineering point of view, a unit operation is a representation of physical equipment, and contains the mathematical model of its functionality.
The study indicates that the differences between the CAPE-OPEN standards and Outotec HSC Chemistry Sim are negligible at the conceptual level. On the other hand, at the implementation level, the differences are quite considerable. Regardless of the simulation application being used, the modelling of unit operations requires interdisciplinary skills, and creating tools and methods to ease the development of such models is well justified.
The results of this study suggest that CAPE-OPEN both provides various paths to change the way HSC Chemistry Sim works and offers the HSC development team a chance to determine an alternative way to distribute tasks between simulation components. In addition, making HSC Chemistry Sim compliant would bring benefits, such as an extended process modelling component library, and perhaps more publicity. Obviously, the workload required by the changes depends on the chosen path, which invariably entails a lengthy learning curve. This thesis contributes by helping to make that learning curve shorter. Kemiallisten prosessien mallinnusta ja simulointia käytetään kemiallisten tuotantolaitosten suunnittelussa työvälineinä ja niiden avulla voidaan arvioida eri suunnitteluvaihtoehtojen mielekkyyttä. CAPE-OPEN rajapintastandardit on kehitetty mahdollistamaan mallinnuskomponenttien käyttöönotto ja hyödyntäminen missä tahansa yhteensopivassa, standardia noudattavassa, prosessinmallinnusohjelmistossa.
Tässä työssä tutkittiin CAPE-OPEN rajapintojen ja .NET -sovelluskehyksen tarjoamia mahdollisuuksia simulointiohjelmistosta riippumattomien, standardia noudattavien, prosessinmallinnuskomponenttien, erityisesti yksikköoperaatioiden kehittämiseen. Ohjelmistoteknisesti yksikköoperaatio on fyysisen prosessilaitteen kuvaus, joka pitää sisällään kyseisen laitteen toiminnan matemaattisen mallin.
Osoitetuksi tulee, että erot CAPE-OPEN rajapintastandardien ja Outotec HSC Chemistry Sim -simulointisovelluksen välillä ovat käsitteellisellä tasolla pieniä. Toisaalta, toteutustasolla erot ovat suuria. Riippumatta käytettävästä simulointiohjelmistosta yksikköoperaatioiden mallien kehittäminen vaatii lähtökohtaisesti poikkitieteellistä osaamista, ja onkin perustelua kehittää apuvälineitä, joilla yksikköoperaation mallien luominen olisi mahdollisimman vaivatonta.
Työn tulosten perusteella voidaan sanoa, että CAPE-OPEN tarjoaa sekä vaihtoehtoja muuttaa nykyistä HSC Chemistry Simin toimintamallia että kehittäjille mahdollisuuden hahmottaa simulaattorin osien välinen vastuunjako uudessa valossa. Lisäksi, HSC Chemistry Simin muuttaminen yhteensopivaksi standardin kanssa toisi mukanaan etuja, kuten laajennetun komponenttivalikoiman ja mahdollisesti enemmän julkisuutta. Muutoksiin liittyvä työmäärä riippuu valitusta kehityssuunnasta, mutta joka tapauksessa niihin liittyy kestoltaan huomattavan pitkä perehtymisvaihe, jota tämä työ osaltaan auttaa lyhentämään.
This thesis examines the possibilities provided by the CAPE-OPEN interfaces and the .NET framework to develop compliant, cross-platform process modelling components, particularly unit operations. From the software engineering point of view, a unit operation is a representation of physical equipment, and contains the mathematical model of its functionality.
The study indicates that the differences between the CAPE-OPEN standards and Outotec HSC Chemistry Sim are negligible at the conceptual level. On the other hand, at the implementation level, the differences are quite considerable. Regardless of the simulation application being used, the modelling of unit operations requires interdisciplinary skills, and creating tools and methods to ease the development of such models is well justified.
The results of this study suggest that CAPE-OPEN both provides various paths to change the way HSC Chemistry Sim works and offers the HSC development team a chance to determine an alternative way to distribute tasks between simulation components. In addition, making HSC Chemistry Sim compliant would bring benefits, such as an extended process modelling component library, and perhaps more publicity. Obviously, the workload required by the changes depends on the chosen path, which invariably entails a lengthy learning curve. This thesis contributes by helping to make that learning curve shorter.
Tässä työssä tutkittiin CAPE-OPEN rajapintojen ja .NET -sovelluskehyksen tarjoamia mahdollisuuksia simulointiohjelmistosta riippumattomien, standardia noudattavien, prosessinmallinnuskomponenttien, erityisesti yksikköoperaatioiden kehittämiseen. Ohjelmistoteknisesti yksikköoperaatio on fyysisen prosessilaitteen kuvaus, joka pitää sisällään kyseisen laitteen toiminnan matemaattisen mallin.
Osoitetuksi tulee, että erot CAPE-OPEN rajapintastandardien ja Outotec HSC Chemistry Sim -simulointisovelluksen välillä ovat käsitteellisellä tasolla pieniä. Toisaalta, toteutustasolla erot ovat suuria. Riippumatta käytettävästä simulointiohjelmistosta yksikköoperaatioiden mallien kehittäminen vaatii lähtökohtaisesti poikkitieteellistä osaamista, ja onkin perustelua kehittää apuvälineitä, joilla yksikköoperaation mallien luominen olisi mahdollisimman vaivatonta.
Työn tulosten perusteella voidaan sanoa, että CAPE-OPEN tarjoaa sekä vaihtoehtoja muuttaa nykyistä HSC Chemistry Simin toimintamallia että kehittäjille mahdollisuuden hahmottaa simulaattorin osien välinen vastuunjako uudessa valossa. Lisäksi, HSC Chemistry Simin muuttaminen yhteensopivaksi standardin kanssa toisi mukanaan etuja, kuten laajennetun komponenttivalikoiman ja mahdollisesti enemmän julkisuutta. Muutoksiin liittyvä työmäärä riippuu valitusta kehityssuunnasta, mutta joka tapauksessa niihin liittyy kestoltaan huomattavan pitkä perehtymisvaihe, jota tämä työ osaltaan auttaa lyhentämään.