gPROMS | 新一代工艺过程、仿真、设计、优化平台

gPROMS过程模拟软件由PSE公司开发，是针对工艺设备及流程进行仿真建模及设计优化的新一代通用过程模拟平台，起源于英国帝国理工大学，具有先进的过程模拟能力及多项特有的仿真技术。众多的国际前沿研究机构及世界500强企业都在使用gPROMS进行工艺设备及过程的设计与优化工作，领域涵盖传统化工、石油化工、制药、汽车、电子等诸多行业。

技术优势

• 先进的人工智能算法

• 简单易用的工程数学建模语言

• 丰富的物性与模型库

• 完善的数字化方案

发展历程

        上世纪90年代，基于序贯模块法（Sequential Modular）的稳态模拟技术已趋成熟，应用最为广泛（如Aspen Plus及Pro/II），但序贯模块法对动态优化等问题效率低下。基于联立方程法（Equation Oriented）的过程模拟软件方兴未艾（如SPEEDUP），但联立方程法建模难度大，开发周期长。gPROMS（general PROcess Modelling System）采用联立模块法，解决了上述问题。gPROMS是帝国理工的process systems engineering department（工艺系统部）开发的。gPROMS的研发始于1988年，1992年开始进行工业评估，5年后成为商业软件，并成立PSE公司。

软件特点

        gPROMS是一种面向方程的过程模拟软件。它对对象的描述主要分为两个层次：模型层和工艺操作层。“模型层”（MODEL）描述了系统的物理和化学行为，是对象的一个通用机理模型；“工艺操作层”（TASK）则描述了附加在系统外部行为以及扰动。另外，还有一个模型实体“过程块”（PROCESS），它由具体实例模型数据以及外部操作组成，表述一个模型的具体实例。它以外加信息来推动MODEL（例如初始条件及输入变量随时间的变换情况）。使用者只需要列出描述系统的方程及边界条件，复杂的计算通过调用各种求解算法来完成。

平台优势

       自软件商业化以来，gPROMS深得研究开发人员喜爱，在众多科技文献中可以见到gPROMS的身影。这是因为使用gPROMS求解问题非常方便，有许多自身的特点：

• 层次化结构：它使用面向对象的层次式建模方法，对于问题的描述分为模型层（MODEL）和操作层（TASK）。
• 开放性：gPROMS软件的体系框架开放，方便调用外部的模型和算法。
• 编程语言：gPROMS的编程语言简单和MATLAB编程语言非常类似。
• 物性计算简便：在gPROMS中集成的gPROPERTIES可以用于大部分物性计算问题。同时，最新开发的gSAFT模块更是在模拟复杂混合物物性中展现出了独特的优势。此外，gPROMS也支持调用外部物性软件包（例如Multiflash或者IKCAPE）。
• 离散式建模方法与动态模拟能力
• 高效的大型非线性方程组求解能力
• 专业解决方案：火炬管网系统方案gFLARE、燃料电池系统方案gFUELCELL、固体颗粒过程系统方案gSOLIDS、溶解结晶系统方案gCRYSTAL、公用工程系统方案gUtility，以及固定床催化反应器高级模型AML:FBCR、气液接触式设备高级模型AML:GLC、聚烯烃工业高级模型库AML:Polyolefin等。

新一代的模拟工具

       近年来为方便工程设计人员的使用，gPROMS引入了图形交互界面，用户可以通过拖放的形式直接构建模拟流程图，使得该软件在建模的直观性上与传统序贯模块法的软件达到了同一水准，同时：

• 动态与稳态模拟可以同时在一张流程图上进行模拟
• gSAFT模块在模拟复杂混合物物性中展现出了独特的优势

数字孪生与数字化平台

        随着工业化4.0概念的深入人心，PSE公司将gPROMS的应用从研究开发扩展到更广泛的生产活动中，推出了基于数字化的创新平台方案，即将高效的gPROMS数字孪生模型与数字化平台（例如DCS，历史数据库等）相结合，与生产数据实时交互，将生产过程的模拟和优化结果，以及相应的经济价值计算，通过定制化的用户界面简单明了地呈现给不同层次的终端用户，以满足不同职能岗位的不同信息处理。该平台具有以下特点：

• 在线应用读取，处理&校正实时数据
• 实时稳态判断，确认缺失或者失真数据，校正数据满足质量能量平衡
• 运算速度更快
• 多级别操作优化，使得收益最大化
• 提供优秀操作方案
• 构建智能操作指导系统
• 实时模拟和优化计算
• 灵活的数据端口接入输出，既可以连接DCS，实时数据库，或Excel，同时可支持不同厂家的用户展示面板
• 个性化的用户界面

gPROCESS新一代的工艺建模及优化---- 贯穿整个流程生命周期

        gPROMS Process®是一个强大的、统一的建模环境，适用于从研发到工程设计再到运营的整个工艺生命周期的高级工艺建模。定制模型能够积累并凝结企业宝贵的知识与经验。它可以与业界先进的工厂全流程稳态和动态模型充分结合，覆盖从催化反应到废水处理的全过程，最终应用于使企业竞争优势最大化的生产过程当中。先进的全局性系统分析（GSA）和优化能力使高价值的应用成为可能。即使是“已优化”的工厂也能为其每年提高数千万甚至数亿美元的经济效益。

gPROMS Process提供了传统流程模拟软件的所有功能。同时，其独特的基于联立方程求解（EO）的框架，全局性系统分析（GSA）和大规模流程优化功能使许多高价值应用成为可能。帮助企业加速创新，提升竞争力。

行业先进的自定义建模	强大的优化能力	高保真模型库
构建和验证您的定制模型，gPROMS平台的强大功能，并将这些模型作为库提供给其他用户。	优化涉及数十个决策变量的整个工艺流程 — 包括用于真正优化工艺设计和操作的整数决策。	稳健的、有质量保证的模型为工程师们提供了无与伦比的成熟能力，从普通的工艺操作到高保真催化模型均是如此。
全局性系统分析	联立方程求解能力	高性能计算
独有的GSA能力使您能够系统地探索决策空间，分析在不确定性下的风险。	意味着您可以使用高保真模型快速而稳定的求解复杂问题，运行大规模优化和在线应用。	gPROMS的高性能计算能力可支持多种计算密集功能的快速实现，包括全局性系统分析和优化功能。

gPROMS数字化应用平台

        gPROMS数字化应用平台（gDAP)本平台是稳定的集成软件框架，用于基于精密模型的决策支持系统的开发和在线部署，助力智能数字化运营。本平台统筹所有在系统开发、实施和模型运行过程中的必要的活动，包括管理内部与外部数据交换、数据清理和数据验证，以及计算模块的执行计划等。并保证它们均能在统一集成的“故障恢复 — 安全运行”框架内实现。集成式在线执行与数据管理gPROMS数字化运行平台（gDAP）专注于在线实施与执行高保真模型的所有必要活动，并将其作为运营决策系统的一部分

软件核心功能囊括以下部分：

• 外部数据管理器：管理与外部数据服务器的通讯
• 执行计划管理：管理各种计算的执行时间安排
• 执行监控：保障正常操作，在必要时可对操作进行修正
• 数据验证模块：可以对系统内部交换的数据和与外部数据服务器之间所交换的所有数据进行大量广泛验证，并能解决各种数据丢失或无效的情况
• 计算模块（CMs）：运行所有所需的功能应用，比如稳态检测，参数估算，优化和模拟