CN110851132A - 一种基于web的图形化建模计算机程序产品、方法及装置 - Google Patents

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CN110851132A CN202010040513.0A CN202010040513A CN110851132A CN 110851132 A CN110851132 A CN 110851132A CN 202010040513 A CN202010040513 A CN 202010040513A CN 110851132 A CN110851132 A CN 110851132A
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杨龙
周力
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Abstract

本发明涉及炼化行业图形化建模领域，公开了一种炼化行业web图形化建模计算机程序产品、方法及装置。用户在前端界面构建工艺流程图，并且通过后端将装置与数据库的数据绑定起来；后端自动生成连接线与装置之间的关联矩阵，然后根据关联矩阵自动生成装置与装置之间的连接关系，接着利用装置之间的连接关系自动校正模型，最后后端将模型计算结果存储到数据库中，并发送到前端进行界面展示。提出了一种基于web的图形化建模方式，用户只需根据实际工况构建工艺流程图，系统可以自动生成和维护模型，降低模型开发人员维护成本，提高系统应用范围。

Description

一种基于web的图形化建模计算机程序产品、方法及装置
技术领域
本发明涉及炼化行业图形化建模领域，具体涉及炼化行业web图形化建模计算机程序产品、方法及装置。
背景技术
传统的建模方法都是数学规划专家根据现场实际装置情况建立好模型，然后编写相应的软件。这就导致当现场装置发生改变的时候，都需要数学规划专家重新建模，重新编写软件，造成重复性工作，而且模型不具备拓展性，用户与系统的交互性很差，不具备广泛的应用性。后来虽然出现了部分图形化建模的软件，但是其设计模式耦合度高，代码可重用率低，数据、逻辑、可视化相互嵌套，牵一发而动全身，系统维护和升级都比较困难。
发明内容
本发明就是针对现有技术的不足，提供了一种炼化行业web图形化建模计算机程序产品、方法及装置，解决现有技术中耗时长、成本高、浪费人力的缺点。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术手段：
在一个总体方面，提供了一种炼化行业基于web图像化建模的计算机程序产品，包括：
在前端运行的用户界面应用向客户提供构建工艺流程图的用户界面；
后端服务器将构建的工艺流程图中的装置与后端数据库的数据绑定起来，然后生成连接线与装置之间的关联矩阵；后端服务器根据关联矩阵生成装置与装置之间的连接关系，再利用装置之间的连接关系校正模型；后端服务器将模型计算结果存储到数据库中，并发送到前端进行界面展示。
优选地，采用MVC设计模式将流程图、数据、逻辑处理分开，其中，View层为前端流程图绘制，Controller层为后端逻辑实现，Model层实行数据交互；计算结果通过Controller层保存到Model层，同时将计算结果发送给View层进行界面展示。
优选地，生成连接线与装置之间的关联矩阵具体过程如下：
对于各个连接线，可以获得其流入装置、流出装置；定义line_list为连接线组成的列表，divice_list为装置组成的列表，-1代表装置流入连接线，1代表连接线流出装置，0代表装置与连接线不相关；则生成关联矩阵cor_list的伪代码如下：
Figure 659599DEST_PATH_IMAGE002
优选地，通过关联矩阵，可以进一步获取各个装置相互连接的装置，获取当前装置的流入装置、流出装置的拓扑结构；根据关联矩阵cor_list，装置数组divice_list，得到装置关联拓扑结构cor_divice的伪代码如下：
Figure 908178DEST_PATH_IMAGE003
在另一个总体方面，提供了一种基于web的图形化建模方法，包括在前端运行的用户界面应用向客户提供构建工艺流程图的用户界面；
后端服务器将构建的工艺流程图中的装置与后端数据库的数据绑定起来，然后生成连接线与装置之间的关联矩阵；后端服务器根据关联矩阵生成装置与装置之间的连接关系，再利用装置之间的连接关系校正模型；后端服务器将模型计算结果存储到数据库中，并发送到前端进行界面展示。
优选地，采用MVC设计模式将流程图、数据、逻辑处理分开，其中，View层为前端流程图绘制，Controller层为后端逻辑实现，Model层实行数据交互；计算结果通过Controller层保存到Model层，同时将计算结果发送给View层进行界面展示。
在另一个总体方面，提供了一种装置，包括前端设备和后端设备；
前端设备运行的用户界面应用向客户提供构建工艺流程图的用户界面；
后端设备将构建的工艺流程图中的装置与后端数据库的数据绑定起来，然后生成连接线与装置之间的关联矩阵；后端设备根据关联矩阵生成装置与装置之间的连接关系，再利用装置之间的连接关系校正模型；后端设备将模型计算结果存储到数据库中，并发送到前端进行界面展示。
本发明的优点在于：本发明利用web技术，可以减少繁琐的环境配置过程，用户只需通过浏览器即可完成图形化建模操作；同时采用MVC设计模式，可以解耦合，降低系统的复杂性，便于维护；而且在装置发生改变的时候，可以自动更新模型，减少建模时间，降低成本，提高实用性。
附图说明
图1是本发明提供的基于web图形化建模实施方式的流程图。
图2是本发明MVC设计模式图。
图3是本发明图形化的框架。
图4是本发明图形拖动示意图。
图5是本发明图形缩放示意图。
图6是本发明图形连接线路径转换的示意图。
图7是本发明实例分析1汽油调合工艺流程图。
图8是本发明实例分析1汽油调合连接线关联矩阵图。
图9是本发明实例分析1汽油调合装置连接关系图。
图10是本发明实例分析2轻烃分离工艺流程图。
图11是本发明实例分析2轻烃分离连接线关联矩阵图。
图12是本发明实例分析2轻烃分离装置连接关系图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所设计的炼化行业基于web图像化建模的计算机程序产品，包括在前端运行的用户界面应用向客户提供构建工艺流程图的用户界面；采用html、css、js、SVG、myflow.js框架设计，各个装置可以绑定建模所需要的数据，以及各条连接线的流入、流出装置；
后端服务器将构建的工艺流程图中的装置与后端数据库的数据绑定起来，然后生成连接线与装置之间的关联矩阵；
后端服务器根据关联矩阵生成装置与装置之间的连接关系，获得装置之间的连接关系后自动完成模型的校正。具体方法利用动量守恒、能量守恒、质量守恒等定律，再结合不同的工艺要求，建立单装置的数学模型，同理可以建立其他装置的数学模型；由于各个装置之间存在公共变量，因此可以利用这些公共变量将整个流程联系起来，生成一个大规模的方程组；最后根据具体需要解决的工艺问题，对这个方程组进行处理，如果是优化问题，就将此方程组根据约束条件，分解为等式约束、不等式约束等，然后采用智能优化算法进行优化设计；如果是求解问题，就采用相应的方程组直接求解或迭代求解算法，计算需要求解的变量。
后端服务器将模型计算结果存储到数据库中，并发送到前端进行界面展示。
其中，采用MVC设计模式将流程图、数据、逻辑处理分开，其中，View层为前端流程图绘制，Controller层为后端逻辑实现，Model层实行数据交互；计算结果通过Controller层保存到Model层，同时将计算结果发送给View层进行界面展示。
生成连接线与装置之间的关联矩阵具体过程如下：
对于各个连接线，可以获得其流入装置、流出装置；定义line_list为连接线组成的列表，divice_list为装置组成的列表，-1代表装置流入连接线，1代表连接线流出装置，0代表装置与连接线不相关；则生成关联矩阵cor_list的伪代码如下：
Figure 524284DEST_PATH_IMAGE005
Figure 18850DEST_PATH_IMAGE006
通过关联矩阵，可以进一步获取各个装置相互连接的装置，获取当前装置的流入装置、流出装置的拓扑结构；根据关联矩阵cor_list，装置数组divice_list，得到装置关联拓扑结构cor_divice的伪代码如下：
Figure 20304DEST_PATH_IMAGE007
Figure 891308DEST_PATH_IMAGE008
实施例1，如图1所示，本发明以汽油调合业务为例，包括以下步骤：
首先在前端界面构建工艺流程图，通过后端将装置与数据库的数据绑定起来；
后端自动生成连接线与装置之间的关联矩阵；
然后根据关联矩阵自动生成装置与装置之间的连接关系；
接着利用装置之间的连接关系自动校正模型；
最后后端将模型计算结果存储到数据库中，并发送到前端进行界面展示。
本发明采用MVC设计模式，将流程图、数据和逻辑分开，解耦合，降低模型的复杂度，如图2所示。
在前端进行流程图绘制的时候，采用框架与装置结合的设计模式。定义一个矩形框为绘制装置的框架，所有针对装置的拖动、缩放等操作都可以处理为针对矩形框架的操作，如图3所示。
本发明在前端进行图形拖动的时候，如图4所示，将矩形框架从O 1拖动到O 2，矩形框的起点分别增加了dx与dy，内部装置的位置与大小跟随矩形框架变化而改变即可。
本发明在前端进行图形缩放的时候，如图5所示，将矩形框架从O 1缩放到O 2，矩形框的宽度和高度分别增加了dw与dl，内部装置的位置与大小跟随矩形框架变化而改变即可。
本发明在前端图形之间的连接线需要发生转换的时候，如连接线上有装置遮挡，或者美化界面，如图6所示。已有的解决方法是：定义每根连接直线由3个点连接，转换前的直线段为O 1 —O m —O2。当需要发生转换后，拖动O m至l s2，当O 1 —l s2 —O2不为直线的时候，自动生成两个点l m2和l m3，重新生成两条线段，分别为O 1 —l m2 —l s2与l s2 —l m3 —O 2，组成新的连接线O 1 —l m2 —l s2 —l m3 —O2，完成连接线路径的转换，实现界面美化。
本发明在工艺流程图绘制完毕后，如图7所示，每一条连接线只可能与两个装置相连接，因此，可以得到每一条连接线的from和to属性。例如，L1-1的from属性为Q1，L1-1的to属性为R1，同理可得其他连接线的相关属性。得到每一条连接线的from与to属性后可以得到连接线与装置构成的关联矩阵，如图8所示。
本发明根据连接线与装置组成的关联矩阵，可以得到各个装置的连接关系。例如，装置Q1标记为-1的连接线分别为L1-1、L1-2、L1-3，而L1-1标记为1的装置为R1，L1-2标记为1的装置为R2，L1-3标记为1的装置为R3，因此装置Q1的流出装置分别为R1、R2、R3。没有连接线被装置Q1标记为1，因此装置Q1没有流入装置。同理可得其他装置相互之间的连接关系，如图9所示。
本发明在得到各个装置之间的连接关系后，可建立模型如下：
对于装置Q1，可建立如下模型：
Figure 294608DEST_PATH_IMAGE009
对于装置Q2，可建立如下模型：
Figure 960075DEST_PATH_IMAGE010
对于装置Q3，可建立如下模型：
Figure 448826DEST_PATH_IMAGE011
对于装置Q4，可建立如下模型：
Figure 857941DEST_PATH_IMAGE012
对于装置Q5，可建立如下模型：
Figure 850168DEST_PATH_IMAGE013
对于装置R1，可建立如下模型：
Figure 14433DEST_PATH_IMAGE014
对于装置R2，可建立如下模型：
Figure 928163DEST_PATH_IMAGE015
对于装置R3，可建立如下模型：
Figure 672128DEST_PATH_IMAGE016
由于各装置间存在公共变量，因此，可以建立综合模型，如下：
Figure 253282DEST_PATH_IMAGE017
Figure 57290DEST_PATH_IMAGE018
式中：
Figure 514773DEST_PATH_IMAGE019
为目标函数，成本最低；
Figure 62429DEST_PATH_IMAGE020
为组分油Q 1的单价；
Figure 232510DEST_PATH_IMAGE021
为组分油Q 2的单价；
Figure 472998DEST_PATH_IMAGE022
为组 分油Q 3的单价；
Figure 892479DEST_PATH_IMAGE023
为组分油Q 4的单价；
Figure 712667DEST_PATH_IMAGE024
为组分油Q 5的单价；为组分油Q 1的最小用量，为组分油Q 1的最大用量，
Figure 117738DEST_PATH_IMAGE027
为组分油Q 1调合成品油R 1的用量；
Figure 210459DEST_PATH_IMAGE028
为组分油Q 1调合成 品油R 2的用量；
Figure 151870DEST_PATH_IMAGE029
为组分油Q 1调合成品油R 3的用量；
Figure 203002DEST_PATH_IMAGE030
为组分油Q 2的最小用量，
Figure 597075DEST_PATH_IMAGE031
为 组分油Q 2的最大用量，
Figure 555803DEST_PATH_IMAGE032
为组分油Q 2调合成品油R 1的用量；为组分油Q 2调合成品油R 2的 用量；
Figure 308176DEST_PATH_IMAGE034
为组分油Q 2调合成品油R 3的用量；为组分油Q 3的最小用量，为组分油Q 3的最 大用量，为组分油Q 3调合成品油R 1的用量；
Figure 805650DEST_PATH_IMAGE037
为组分油Q 3调合成品油R 2的用量；
Figure 667427DEST_PATH_IMAGE038
为组 分油Q 3调合成品油R 3的用量；
Figure 301671DEST_PATH_IMAGE039
为组分油Q 4的最小用量，
Figure 539885DEST_PATH_IMAGE040
为组分油Q 5的最大用量，
Figure 310395DEST_PATH_IMAGE041
为组分油Q 4调合成品油R 1的用量；
Figure 405390DEST_PATH_IMAGE042
为组分油Q 4调合成品油R 2的用量；
Figure 255491DEST_PATH_IMAGE043
为组分油Q 4 调合成品油R 3的用量；
Figure 297396DEST_PATH_IMAGE044
为组分油Q 5的最小用量，
Figure 656834DEST_PATH_IMAGE045
为组分油Q 5的最大用量，
Figure 188309DEST_PATH_IMAGE046
为组 分油Q 5调合成品油R 1的用量；
Figure 469249DEST_PATH_IMAGE047
为组分油Q 5调合成品油R 2的用量；
Figure 377162DEST_PATH_IMAGE048
为组分油Q 5调合成品 油R 3的用量；
Figure 856685DEST_PATH_IMAGE049
为成品油R 1的性质约束最小值；为成品油R 1的性质约束最大值；
Figure 327298DEST_PATH_IMAGE051
为计算成品油R 1性质的函数；为计算成品 油R 2性质的函数；
Figure 310614DEST_PATH_IMAGE053
为计算成品油R 3性质的函数；
Figure 918313DEST_PATH_IMAGE054
为成品油R 2的 性质约束最小值；
Figure 173845DEST_PATH_IMAGE055
为成品油R 2的性质约束最大值；
Figure 830085DEST_PATH_IMAGE056
为成品油R 3的性质约束最小值；
Figure 284200DEST_PATH_IMAGE057
为成品油R 3的性质约束最大值；
Figure 328380DEST_PATH_IMAGE058
为成品油R 1的调和量；
Figure 71208DEST_PATH_IMAGE059
为成品油R 2的调和量；
Figure 593456DEST_PATH_IMAGE060
为成品油R 3的调和量。
本发明实施例2，以精馏塔装置优化为例，工艺流程图如图10所示。C为原料罐，D1、D2为产品罐，E1、E2为精馏塔；该装置用于分离出原料罐C中的B组分，要求D1中B组分的含量越低越好。
本发明根据流程图，可以得到连接线与装置组成的关联矩阵，如图11所示。
本发明根据连接线与装置组成的关联矩阵，可以得到各个装置的连接关系，如图12所示。
本发明在得到各个装置之间的连接关系后，可建立模型如下：
对于装置C，可建立如下模型：
Figure 167657DEST_PATH_IMAGE061
对于装置E1，可建立如下模型：
Figure 320421DEST_PATH_IMAGE062
对于装置E2，可建立如下模型：
Figure 81703DEST_PATH_IMAGE063
对于装置D1，可建立如下模型：
对于装置D2，可建立如下模型：
Figure 836350DEST_PATH_IMAGE065
由于各装置间存在公共变量，因此，可以建立综合模型，如下：
Figure 154155DEST_PATH_IMAGE066
Figure 668313DEST_PATH_IMAGE067
式中y为目标函数，为D1产品中B组分含量的函数，要求最低；L in 为C装置进料L1 的流量；
Figure 815578DEST_PATH_IMAGE069
为最小进料流量；
Figure 575724DEST_PATH_IMAGE070
为最大进料流量；为C装置进料温度；
Figure 244919DEST_PATH_IMAGE072
为C装置最 小进料温度；
Figure 320323DEST_PATH_IMAGE073
为C装置最大进料温度；
Figure 313686DEST_PATH_IMAGE074
为C装置最小进料压力；
Figure 536857DEST_PATH_IMAGE075
为C装置最大进 料压力；
Figure 945973DEST_PATH_IMAGE076
为装置E1到装置E2的进料量L2的函数；为装置E1到装置D2的进料量L3的函数；
Figure 102465DEST_PATH_IMAGE078
为E1装置的总塔 板数；
Figure 750615DEST_PATH_IMAGE079
为E2装置的总塔板数；
Figure 25739DEST_PATH_IMAGE080
为进料L1至装置E1的进料板数；
Figure 138051DEST_PATH_IMAGE081
为进料L2至装置E2 的进料板数；
Figure 145321DEST_PATH_IMAGE082
为装置E1的顶部压力；
Figure 608664DEST_PATH_IMAGE083
为装置E1的底部压力；
Figure 359582DEST_PATH_IMAGE084
为装置E2的顶部压力；
Figure 326401DEST_PATH_IMAGE085
为装置E2的底部压力；
Figure 770152DEST_PATH_IMAGE086
为装置E1的顶部温度；
Figure 455211DEST_PATH_IMAGE087
为装置E1的底部温度；为装置E2 的顶部温度；
Figure 379883DEST_PATH_IMAGE089
为装置E2的底部温度；
Figure 791272DEST_PATH_IMAGE090
为装置E2到装置D1 的进料量L4的函数；
Figure 901311DEST_PATH_IMAGE091
为装置E2到装置D2的进料量L5的函 数；
Figure 259611DEST_PATH_IMAGE092
为装置E1顶部的最小压力；
Figure 466601DEST_PATH_IMAGE093
为装置E1顶部的最大压力；
Figure 986575DEST_PATH_IMAGE094
为装置E1底部的最 小压力；
Figure 646227DEST_PATH_IMAGE095
为装置E1底部的最大压力；
Figure 542639DEST_PATH_IMAGE096
为装置E2顶部的最小压力；
Figure 604136DEST_PATH_IMAGE097
为装置E2顶 部的最大压力；
Figure 560590DEST_PATH_IMAGE098
为装置E2底部的最小压力；
Figure 707538DEST_PATH_IMAGE099
为装置E2底部的最大压力；为装置 E1顶部的最小温度；
Figure 792486DEST_PATH_IMAGE101
为装置E1顶部的最大温度；为装置E1底部的最小温度；
Figure 554085DEST_PATH_IMAGE103
为 装置E1底部的最大压力；
Figure 854617DEST_PATH_IMAGE104
为装置E2顶部的最小温度；
Figure 359547DEST_PATH_IMAGE105
为装置E2顶部的最大温度；
Figure 657805DEST_PATH_IMAGE106
为装置E2底部的最小温度；
Figure 779344DEST_PATH_IMAGE107
为装置E2底部的最大温度。
本发明对于复杂的工艺流程，影响装置建模的只是与其相关联的装置。因此，在得到每个装置相关联的装置之后，即可自动校正单一装置的模型，推广到整个流程，完成整个流程的模型的更新与校正。
基于同一个设计理念，本发明还设计了一种基于web的图形化建模方法，包括在前端运行的用户界面应用向客户提供构建工艺流程图的用户界面；
后端服务器将构建的工艺流程图中的装置与后端数据库的数据绑定起来，然后生成连接线与装置之间的关联矩阵；
后端服务器根据关联矩阵生成装置与装置之间的连接关系，再利用装置之间的连接关系校正模型；
后端服务器将模型计算结果存储到数据库中，并发送到前端进行界面展示。
其中，采用MVC设计模式将流程图、数据、逻辑处理分开，其中，View层为前端流程图绘制，Controller层为后端逻辑实现，Model层实行数据交互；计算结果通过Controller层保存到Model层，同时将计算结果发送给View层进行界面展示。
基于同一个设计理念，本发明还提供给了一种装置，包括前端设备和后端设备；
前端设备运行的用户界面应用向客户提供构建工艺流程图的用户界面；
后端设备将构建的工艺流程图中的装置与后端数据库的数据绑定起来，然后生成连接线与装置之间的关联矩阵；
后端设备根据关联矩阵生成装置与装置之间的连接关系，再利用装置之间的连接关系校正模型；
后端设备将模型计算结果存储到数据库中，并发送到前端进行界面展示。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种炼化行业基于web图像化建模的计算机程序产品，其特征在于：
在前端运行的用户界面应用向客户提供构建工艺流程图的用户界面；
后端服务器将构建的工艺流程图中的装置与后端数据库的数据绑定起来，然后生成连接线与装置之间的关联矩阵；
后端服务器根据关联矩阵生成装置与装置之间的连接关系，再利用装置之间的连接关系校正模型；
后端服务器将模型计算结果存储到数据库中，并发送到前端进行界面展示；
其中，生成连接线与装置之间的关联矩阵具体过程如下：
对于各个连接线，可以获得其流入装置、流出装置；定义line_list为连接线组成的列表，divice_list为装置组成的列表，-1代表装置流入连接线，1代表连接线流出装置，0代表装置与连接线不相关；则生成关联矩阵cor_list的伪代码如下：
Figure 374798DEST_PATH_IMAGE001
Figure 26359DEST_PATH_IMAGE002
通过关联矩阵，可以进一步获取各个装置相互连接的装置，获取当前装置的流入装置、流出装置的拓扑结构；根据关联矩阵cor_list，装置数组divice_list，得到装置关联拓扑结构cor_divice的伪代码如下：
Figure 274938DEST_PATH_IMAGE003
Figure 342251DEST_PATH_IMAGE004
。
2.根据权利要求1所述的计算机程序产品，其特征在于：采用MVC设计模式将流程图、数据、逻辑处理分开，其中，View层为前端流程图绘制，Controller层为后端逻辑实现，Model层实行数据交互；计算结果通过Controller层保存到Model层，同时将计算结果发送给View层进行界面展示。
3.根据权利要求1所述的基于web的图形化建模方法，其特征在于：
校正模型的具体过程包括：利用动量守恒、能量守恒、质量守恒等定律，再结合不同的工艺要求，建立装置的数学模型；利用装置间的公共变量将整个流程联系起来，生成一个大规模的方程组；最后根据具体需要解决的工艺问题，对这个方程组进行处理，如果是优化问题，就将此方程组根据约束条件，分解为等式约束、不等式约束等，然后采用智能优化算法进行优化设计；如果是求解问题，就采用相应的方程组直接求解或迭代求解算法，计算需要求解的变量。
4.一种基于web的图形化建模方法，其特征在于：
在前端运行的用户界面应用向客户提供构建工艺流程图的用户界面；
后端服务器将构建的工艺流程图中的装置与后端数据库的数据绑定起来，然后生成连接线与装置之间的关联矩阵；后端服务器根据关联矩阵生成装置与装置之间的连接关系，再利用装置之间的连接关系校正模型；后端服务器将模型计算结果存储到数据库中，并发送到前端进行界面展示。
5.根据权利要求4所述的基于web的图形化建模方法，其特征在于：采用MVC设计模式将流程图、数据、逻辑处理分开，其中，View层为前端流程图绘制，Controller层为后端逻辑实现，Model层实行数据交互；计算结果通过Controller层保存到Model层，同时将计算结果发送给View层进行界面展示。
6.一种装置，其特征在于：
包括前端设备和后端设备；
前端设备运行的用户界面应用向客户提供构建工艺流程图的用户界面；
后端设备将构建的工艺流程图中的装置与后端数据库的数据绑定起来，然后生成连接线与装置之间的关联矩阵；后端设备根据关联矩阵生成装置与装置之间的连接关系，再利用装置之间的连接关系校正模型；后端设备将模型计算结果存储到数据库中，并发送到前端进行界面展示。
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CN101287743A (zh) * 2004-03-30 2008-10-15 费舍-柔斯芒特系统股份有限公司 用在加工厂中的集成配置系统
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