CAPE-OPEN 인터페이스 표준

CAPE-OPEN Interface Standard

CAPE-OPEN 인터페이스 표준은 프로세스 시뮬레이션 기술의 적용 범위를 확대하기 위한 일련의 규격으로 구성됩니다.CAPE-OPEN 규격은 주어진 프로세스 모델링 환경과 제3자 프로세스 모델링 구성요소 간의 플러그 앤 플레이 상호 운용성을 허용하는 일련의 소프트웨어 인터페이스를 정의합니다.

오리진스

유럽 연합의 자금 지원을 받는 케이프 오픈 프로젝트는 [1]1997년에 설립되었습니다.이 프로젝트에는 프로세스 산업(Bayer, BASF, BP, DuPont, 프랑스석유연구소(IFP), Elf Aquitane, Imperial Chemical Industries(ICI))의 다수의 기업과 소프트웨어 벤더(Aspen Technology, Hyprotech Quanti)를 포함한 15개 파트너사가 참가했습니다. 런던, 툴루즈 국립 폴리테크닉 인스티튜트(INPT), 그리고 RWTH 아헨 대학교.이 프로젝트의 목적은 모델링 환경과 제3자 모델링 구성요소 간의 플러그 앤 플레이 상호 운용성을 가능하게 하는 일련의 규격 인터페이스의 실현 가능성을 입증하는 것이었습니다.

2001년 CAPE-OPEN 프로젝트의 완료와 플러그 앤 플레이 상호 운용성의 개념 증명의 성공에 이어, 두 번째 프로젝트인 Global CAPE-OPEN은 인터페이스 규격을 업계에서 널리 사용할 수 있는 제품으로 바꾸기 위해 형성되었습니다.이 프로젝트에는 다음과 같은 많은 주요 요소가 포함되어 있습니다.

  • 상용 시뮬레이션 도구에서 CAPE-OPEN의 구현을 점검하기 위한 상호 운용성 태스크포스
  • 소규모 시뮬레이션 벤더가 CAPE-OPEN 인터페이스를 구현하기 위한 보조금
  • CAPE-OPEN 인터페이스의 유지 및 추가 개발을 보장하기 위한 비영리 단체인 The CAPE-OPEN Laboraties Network(CO-LaN)[2]의 결성.

목적

프로세스 산업의 운영 회사는 일반적으로 상용 시뮬레이션 기술에 상당한 재무 투자를 합니다.그러나 모든 시뮬레이션 도구에는 장점과 단점이 있습니다.일반적으로 시뮬레이션 패키지가 처음 개발된 특정 프로세스 산업에 초점을 맞춥니다.예를 들어, 석유 산업용으로 개발된 시뮬레이션 패키지는 특정 특수 화학 시스템의 모델링에 약할 수 있다. 가스 및 석유 시스템에 초점을 맞춘 모델링 환경은 여러 액상 및/또는 고체 형성을 처리할 능력이 없을 수 있다.시간이 지남에 따라 시뮬레이션 벤더는 모델링 기술의 기능을 개선하고 개선하지만, 일반적으로 성능 차이는 남아 있습니다.운영 기업은 선택한 툴의 관련 컴포넌트를 다른 곳에서 개량된 컴포넌트로 교체함으로써 이러한 기능 격차를 해소할 수 있습니다.이러한 개선된 구성요소는 운영 회사 자체에서 비롯되며, 상업적인 모델 공급업체가 쉽게 구할 수 없는 특정 프로세스와 관련된 상당한 지적 재산을 포함하고 있는 경우가 많습니다.또는 열교환기의 엄격한 모델링이나 열역학 및 물리적 특성 등의 틈새 모델링 분야를 전문으로 하는 회사에서 개선된 구성요소를 얻을 수 있습니다.

역사적으로 서드파티제의 컴포넌트를 상업용 시뮬레이션 환경에 통합하는 것은 새로운 컴포넌트를 "감아" 호스트 모델링 환경과 통신할 수 있도록 하는 독점 소프트웨어 인터페이스의 작성을 수반했습니다.그러한 인터페이스 개발의 어려움의 정도는 호스트 모델링 환경이 얼마나 "개방적"이었는지와 관련 통신 프로토콜이 얼마나 잘 문서화되어 있는지에 따라 크게 달라졌습니다.불가피하게 맞춤형 구성요소 인터페이스는 모델링 환경의 새로운 버전이 채택됨에 따라 유지하기가 어려웠습니다.또한 한 환경의 구성 요소 래퍼는 다른 시뮬레이션 벤더의 대체 환경에서는 작동하지 않습니다.서브루틴을 추가하는 것은 유닛 조작과 열역학 모델 양쪽에서 컴포넌트 통합의 대체 방법이지만 서브루틴을 시뮬레이터에서 다른 시뮬레이터로 이동하는 데 있어서도 마찬가지로 어려움을 겪고 있습니다.

따라서 표준화된 플러그 앤 플레이 기능의 개발은 다음과 같은 다양한 비즈니스 [3]이점을 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있었습니다.

  • 인터페이스의 표준화에 의해, operating 기업과 소프트웨어 벤더의 유지 보수 코스트를 삭감합니다.
  • 멤버십 커뮤니티 전체에서 학습한 교훈의 계속적인 수집과 인터페이스에 대한 관련 개선.
  • 모든 CAPE-OPEN 준수 시뮬레이션 환경과 MATLAB 및 Microsoft Excel과 같은 기타 모델링 도구에 일관된 시뮬레이션 구성요소 세트를 적용할 수 있는 기능.
  • 특정 모델링 작업에 필요한 충실도 수준으로 기술적으로 가장 적합한 모델을 선택하고 통합할 수 있는 능력.

개념

프로세스 모델링을 지원하기 위해 다수의 상용 시뮬레이션 프로그램을 사용할 수 있습니다.일반적으로 이러한 상용 도구 중 하나 이상이 특정 운영 회사에 의해 모델링 활동을 뒷받침하기 위해 사용됩니다.또한, 많은 운영 기업들은 자체 소프트웨어를 유지 관리하여 상용 도구로 완벽하게 처리되지 않은 틈새 애플리케이션을 모델링할 수 있도록 합니다.각 시뮬레이션 프로그램은 프로세스 플로우 시트를 구성하고 프로세스 유체 열역학을 통합할 수 있는 환경을 제공합니다.CAPE-OPEN 프로젝트는 PME 사용자가 맞춤형 인터페이스를 개발할 필요 없이 PME를 다른 모델링 도구와 쉽게 연결할 수 있어야 한다는 요구 조건과 함께 그러한 모델링 프로그램을 프로세스 모델링 환경(PME)으로 공식적으로 식별했다.이를 위해 PME에는 모든 [4]케이프-OPEN 구성요소를 모델링 환경에 추가할 수 있는 케이프-OPEN "플러그"가 제공될 것입니다.

모든 PME에는 장치 작동 라이브러리(증기-액체 분리기, 밸브, 열교환기, 증류탑 등)와 다양한 열역학 방법(상태 등가, 활동 계수 모델 등)이 포함되어 있습니다.이러한 라이브러리 컴포넌트는 보통 네이티브 PME 내에서만 사용할 수 있습니다.단, 특정 PME 사용자는 종종 네이티브 환경에서 제공되는 서드파티 유닛 작동 또는 열역학 모델을 대체해야 합니다.CAPE-OPEN 프로젝트는 PMC를 개발할 추가 인터페이스 소프트웨어 없이도 CAPE-OPEN 호환 PME에 배치할 수 있는 표준 인터페이스와 함께 프로세스 모델링 구성요소(PMC)로서 장치 작동 또는 열역학 엔진을 공식적으로 식별했습니다. – 프로그래밍 없음모델링 환경 또는 모델링 구성요소의 핵심에 필요합니다.작업 프로그램을 편성하기 위해, CAPE-OPEN 프로젝트는 시뮬레이션 시스템의 주요 요소를 다음과 같이 분류했습니다.

  • 단위 운영; 원자로, 증류탑, 열교환기 등 특정 프로세스 단위의 모델링.단위 작업에는 재료 스트림 입력 및 출력의 위치를 정의하는 포트가 있으며 재료 객체로부터 물리적 특성을 가져옵니다.
  • 재료 객체.이는 두 개 이상의 장치 작업을 연결하는 프로세스 유체, 에너지 또는 정보 흐름을 나타냅니다.재료 오브젝트는 밀도, 점도, 열전도율 등의 물리적 특성을 반환하는 열역학 패키지에 관련지어진다.
  • 수치 솔버: 프로세스 흐름 시트에 의해 형성된 고도로 비선형 방정식을 풀기 위한 효율적인 반복 수치 방법.반복 방법은 단일 장치 작동 모듈의 방정식을 모두 풀고 상호 연결된 여러 장치 작동을 포함하는 전체 흐름 시트를 풀기 위해 사용됩니다.

장치 작동 또는 열역학 패키지를 위한 케이프-오픈 인터페이스가 있는 모델링 환경은 추가 인터페이스 소프트웨어를 작성할 필요 없이 케이프-오픈 모델링 구성요소와 통신할 수 있다.

CAPE-OPEN 사양은 마이크로소프트 표준 COM/DCOM 및 CORBA(Common Object Request Broker Architecture)의 관점에서 프로세스 시뮬레이션 환경을 위한 소프트웨어 인터페이스를 정의합니다.따라서 COM 및 CORBA 기반 시뮬레이터는 모두 케이프-OPEN 사양에 의해 지원됩니다.사양은 객체 지향 접근법을 따르며 통합 모델링 언어(UML)를 사용하여 개발 및 지정됩니다.정식 사용 사례는 최종 사용자의 요건을 정의하기 위해 개발되었습니다.사용 사례는 케이프-오픈 모델링 환경 내에서 케이프-오픈 구성요소의 설치 및 적용과 관련된 활동과 상호작용을 요약한다.유스케이스가 개발되면 새로운 케이프 오픈 컴포넌트 및 환경을 테스트하기 위한 효과적인 절차를 제공합니다.

지지하다

Global CAPE-OPEN 프로젝트는 2002년에 종료되었으며 장치 작동(정상 상태) 및 열역학 구성요소에 대한 인터페이스 사양을 제공했습니다.이후 기존 규격을 유지 및 지원하고 추가 CAPE-OPEN 인터페이스 규격을 지속적으로 개발하기 위해 비영리 조직인 CO-LaN이 [2]설립되었습니다.

케이프 오픈 사양

현재 3가지 주요 CAPE-OPEN 사양이 프로세스 산업[5] 내에서 널리 사용되고 있습니다.

  • 정상 상태 모델링에 적용되는 장치 작동 규격 버전 1.0
  • 열역학적 및 물리적 특성 인터페이스 1.0
  • 열역학 및 물리 속성 인터페이스 버전 1.1.이 인터페이스는 CAPE-OPEN 구현이 보다 쉽게 수행되도록 설계된 일부 확장 기능 및 향상된 유연성과 함께 열역학 및 물리적 속성 인터페이스 1.0의 완전한 개정판입니다.유감스럽게도 이 인터페이스 버전은 버전 1.0과 하위 호환성이 없습니다.

새로운 CAPE-OPEN 구성 요소의 개발과 지원 적극적으로 지지 CO-LaN[6][7]에 의해 그리고 관심을 새 부대 작전에 위주하는 protecti 쉽게 상업 simulators[8][9]과 독점적 및 물리적적 열역학 특성 모델의 인터페이스에 상업적인 시뮬레이션 환경에 이용할 수 없는 권고를 받아 왔다.ng은inher지적 [10]재산을 획득하다현재 모든 주요 상용 프로세스 모델링 환경은 CAPE-OPEN을 준수하고 있으며 많은 CAPE-OPEN 프로세스 모델링 구성요소를 사용할 수 있습니다.사용 가능한 PME 및 PMC의 전체 목록은 CO-LaN 웹 사이트에서 확인할 수 있습니다.

소프트웨어 도구

CAPE-OPEN 사양을 사용하기 위해 CO-LaN 또는 다른 조직으로부터 라이선스가 필요하지 않습니다.단, CO-LaN은 CAPE-OPEN 인터페이스의 실장을 지원하기 위한 다수의 툴을 개발했습니다.

  • 모델링 구성요소를 위한 CAPE-OPEN 인터페이스 개발을 지원하는 소프트웨어 마법사.
  • 새로운 구현을 위한 템플릿을 제공하기 위한 열역학 컴포넌트 및 유닛 동작의 소프트웨어 코드 예시.
  • 컴포넌트를 접속하여 케이프 오픈 사양에 준거한 테스트를 실시할 수 있는 케이프 오픈 테스트 환경.
  • CAPE-OPEN 모델링 구성요소와 CAPE-OPEN 모델링[11] 환경 간의 모든 통신을 캡처하는 로깅 도구

CO-LaN 소프트웨어 도구와 사용 가능한 다운로드에 대한 자세한 내용은 CO-LaN 웹 사이트를 참조하십시오.

또한, CAPE-OPEN은 COCO 시뮬레이터와 같은 프리웨어, DWSIM과 같은 오픈웨어 및 주요 상용 시뮬레이션 도구에 구현되어 있습니다.

장래의 전개

CO-LaN이 개발 중인 사양은 다음과 같습니다.

  • 동적 장치 작동정상 상태 장치 작동 사양에 대한 이러한 확장에 의해 서드파티 동적 장치 작동 모델을 CAPE-OPEN 준거 동적 시뮬레이션 환경에서 사용할 수 있습니다.
  • 열역학 인터페이스의 확장으로 발행되는 화학 반응
  • 플로우 시트 모니터링 사양
  • A 석유 분율 계면 규격

레퍼런스

  1. ^ M. Jarke, J. Köler, W. Marcardt, L. von Wedel, B. Braunschweig, 1999, "CAPE-OPEN: 화학산업 표준화 노력의 경험", 제1회 IEE 표준화 및 정보 기술 혁신 회의 진행(IT) ISBN0-7803-9935-8
  2. ^ a b 코런
  3. ^ Banks, P.S.; Irons, K.A.; Woodman, M.R. Woodman (2005). "Interoperability of Process Simulation Software". Oil & Gas Science and Technology. 60: 607–616. doi:10.2516/ogst:2005043.
  4. ^ JP. Belaud, M. Pons, 2002, "프로세스 시뮬레이션을 위한 오픈 소프트웨어 아키텍처:CAPE-OPEN 표준의 현황", 컴퓨터 지원 화학 공학, DOI:10.1016/S1570-7946(02)80169-9
  5. ^ Michel Pons, 2009, "프로세스 시뮬레이션에서의 케이프 오픈 테크놀로지 활용", 컨퍼런스: 2009 AIChE 연차총회, ISBN 9781615679133
  6. ^ Michel Pons, 2010, "CAPE-OPEN 사용방법", 2010 AIChE 연차총회, ISBN 9780816910656
  7. ^ Jasper Van Baten, Michel Pons, 2014, "CAPE open OPEN : Industrial Flowsheet Simulation Software", Chemie Ingenieur Technik, Volume 86, 제7호, 1052-1064페이지, DOI: 10.1002/cite.009.
  8. ^ Jasper Van Baten, Cesar G. Pernalete, Juan C.우르비나, 호세 F.Arévalo, 2015, "경질 석유 절감을 위한 HDT 원자로 모델링 도구를 개발하기 위한 분자 재구성 사료 특성화 및 CAPE OPEN 실행 전략", 컴퓨터 지원 화학 공학, 제37권, ISBN 978-0-444-63429-0"
  9. ^ Jasper van Baten, Richard Szzepanski, 2011, "케이프-OPEN 장치 운전으로서의 열역학 평형 원자로 모델", 컴퓨터 & 화학 공학, 제35권, 제7호, 제1251-1256페이지, DOI:10.1016/j.compchemeng.2010.0.16.16.
  10. ^ Gregor Tolksdorf, Erik Esche, Jasper van Baten, Gunter Wozny, 2016, 모듈러 케이프-OPEN 기반 플로우시팅, 컴퓨터 지원 화학 엔지니어링에 의한 새로운 프로세스 유닛의 Taylor-Made Modeling and Solution of New Process Units, vol 38, ISBN 0444634444
  11. ^ Michel Pons, Bertrand Braunschweig, 2007, "CO-LaN에서 CAFE-OPEN 개발자와 사용자에게 제공하는 자료: CAFE-OPEN Logging and Testing Tool(COLTT), 제17회 유럽 컴퓨터 지원 프로세스 엔지니어링 심포지엄, ISBN 0080546315"
  12. ^ Michel Pons, 2003, "반응을 위한 CAPE-OPEN 인터페이스 사양", 컴퓨터 지원 화학 공학, 제14권, DOI:10.1016/S1570-7946(03)80225-0