Modellierung auf der Dokumentationsebene und Einsatz von ...processnet.org/processnet_media/Präsentation+Kraus+2011.pdf · gPROMS Aspen Custom Model sDACl Matlab Program Custom Export

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer Anlagen

Modellierung auf der

Dokumentationsebene und Einsatz von

Datenbanken zum Reuse von Teilmodellen

www.dbta.tu-berlin.de

S. Kuntsche, R. Kraus, H. Arellano-Garcia, G. WoznyTechnische Universität Berlin

03.03.2011

8. Symposium Informationstechnologien für Entwicklung und Produktion in der Verfahrenstechnik

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenInhaltsangabe

1. MOSAIC

� Motivation

� Konzept und Grundlagen

2. Modularität

� Ziele und Möglichkeiten

www.dbta.tu-berlin.de2


� Wiederverwendung von Gleichungssystemen

� Anwendungsbeispiel

3. Anwendungsbeispiel

4. Zusammenfassung und Ausblick

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenMotivation

Matlab Aspen Fortran

Zusammenarbeit?


Phasengleichgewicht KinetikStoffeigenschaften

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenKonzept

Das Internet

jji

LV

jiojiji PyPx ⋅=⋅⋅,,,,,

γ


Simulation Results

gPROMS

Aspen Custom Model

sDACl

Matlab Program

Custom Export

Docu 1 Docu 2

Docu 3 Docu 4

Docu 5

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenVerwendung von Datenbanken

� Zentraler Zugriff auf MOSAIC

� Java-Applet

� Einfache Verwaltung


� Einfache Verwaltung

� Einheitliche Version

�Dezentrale Ablage der Modelle

� Datenhoheit der Standorte

� Umfangreiche Möglichkeiten bei der Zugriffsbeschränkung

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenZugriff auf die Modelldatenbank

� Eindeutige Packetbezeichnungen

� Hierarchische Namensgebung

1. Top Level Domain

2. Organisation


2. Organisation

3. Fachbereich

4. Packet – Namen

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenAnalogie zu Veröffentlichungen

Context

Gleichungen

Notation

NotationArtikel

MOSAIC

ArtikelÜbersicht


Gleichungen

Notation

Modell in XML/MathML

Matlab

sDACl

Aspen ACM Chemcad UAM

FortranOther languages

gPROMS GAMS

1

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenVariablen Namen und Notationen


Wird von MOSAIC bei der Übertragung des Modells aus MathML erkannt.

Variablen:

Variable besteht aus • Basis C, Notation Information: ‘concentration variable [kmol/m3]…’• Index A, Notation Information: ‘pertaining to species A’


1. MOSAIC

� Motivation


2. Modularität








d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenMotivation - Modularität

Allgemeiner Flash• MESH Gleichungen• K = y /x

Ideal• Ki mit Raoult

• Ideale Mischung• Druck und Flüssigvolumen festgesetzt

Totaler Kondensator• D = 0 kg/s

• F – Dampf• B – Flüssig• Kühlleistunggeregelt


• Ki = yi/xi

• Keine Vereinfachungen• DOF > 0 Real

• Ki mit γi

• Mischungsregeln• Druck und Flüssigvolumen geregelt

geregelt

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenZiele - Modularität

� Wiederverwenden von Gleichungen und Gleichungssystemen

� Vermeiden von Redundanz

� Weniger Fehler bei der Modellierung


1. Erweitern des Gleichungssystems A mit weiteren Elementen

2. Erweitern über mehrere Ebenen

3. A als allgemeine Grundlage für Gleichungssystem B und C

4. Mehrfachvererbung5. Kombinationen

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenZusammenfügen in ein Gleichungssystem

0 (1 )a x= ⋅ −

20 ( )b y x= ⋅ −

2

0 (1 )

0 ( )

a x

b y x

= ⋅ −

= ⋅ −

‘eq_I’:

‘eq_II’:

Traditionell: Zuweisung nötig -> extra Gleichungen (z.B. in Modelica:)

Gleichungssystem:Zwei Gleichungen werdengetrennt gespeichert:

Ziel:

Existierende Gleichungenzu einem Gleichungssystemverschalten


eq_I.x = eq_II.x

Zuweisung nötig -> extra Gleichungen (z.B. in Modelica:)

unerwünscht

In MOSAIC

� Gleichungen werden einzeln gespeichert

� Extra Gleichungen werden vermieden

� Abgleichen der Variablen


Einbinden von Gleichungselementen

"Integrate"

CE – Connected Element= Gleichung oder Gleichungssystem

Connector =List of synonymous

Variable Namings

Verwenden einer Notation, Übersetzen der Variablen in den Namensraum

“Integrate” :


Resultierende Variablenliste


Einbinden von Gleichungselementen

"Encapsulate"

Encapsulate= bewahren deseigenen Namesraums

“Encapsulate” :

Mehrere Namens-räume möglich durch dieVerwendung vonConnectoren

CE – Connected Element= Gleichung oder Gleichungssystem


≠

Unterschiedliche Bedeutung

Connector


1. MOSAIC

� Motivation


2. Modularität








d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenBeispiel - Reaktor OCM - Prozess


d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenModellansicht in MOSAIC

Generische Gleichungssystem mit Gleichungen und Funktionen


…

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenModellansicht in MOSAIC

Instanziertes Gleichungssystem (Hier nur Gleichungen)


d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenCode für Matlab

Funktionen werden • direkt eingefügt und

rb

Matlab unterstützt Funktionen.


…

Funktionen werden

……

…

• direkt eingefügt und• bei der Berechnung aufgerufen

Matlab ODE Funktionsaufruf

…

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenCode für den Aspen Custom Modeller

Aspen Custom Modellerunterstützt keine Funktionen.


Functionen werden • umgewandelt in algebraische Gleichungen und• in zu dem Gleichungssystem hinzugefügt

…

Gleichungen des DAE-Systemsim Aspen Custom Modeler

……

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenErgebnisse

MOSAIC Matlab


Aspen Custom Modeler

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenZusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung

�MOSAIC, eine webbasierte Modellierungsumgebung

�Dezentrale Ablage der Modellkomponenten

�Ansatz für modulare Modellierung


Ausblick

�Bewertungsmechanismen für die Gleichungssysteme

� Entwurf und Anbindung einer Datenbank für Messwerte

�Berechnung höherer Ableitungen z.B. für die Optimierung mit dem hauseigenen Löser sDACl und optimale Versuchsplanung

d|b|t|aFachgebiet Dynamik und Betrieb technischer AnlagenDanksagung

Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Die Arbeit wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)im Rahmen des Transregio-Sonderforschungsbereiches


(DFG)im Rahmen des Transregio-Sonderforschungsbereiches SFB/TR 63 InPROMPT „Integrierte chemische Prozesse in flüssigen Mehrphasensystemen“ gefördert.

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