프로세스 엔지니어링

Process engineering

프로세스 엔지니어링은 인간이 원재료와 에너지를 산업 [1]차원에서 사회에 유용한 제품으로 바꿀 수 있도록 하는 자연의 기본 원칙과 법칙을 이해하고 적용하는 것입니다.공정 엔지니어는 압력, 온도 및 농도 구배와 같은 자연의 원동력과 질량 보존의 법칙을 이용하여 원하는 화학 [1]제품을 대량으로 합성하고 정제하는 방법을 개발할 수 있습니다.프로세스 엔지니어링은 화학적, 물리적 및 생물학적 프로세스의 설계, 운영, 제어, 최적화 및 강화에 초점을 맞춥니다.프로세스 엔지니어링은 농업, 자동차, 생명공학, 화학, 식품, 재료개발, 광업, 원자력, 석유화학, 제약 및 소프트웨어 개발 등 광범위한 산업을 포함합니다.프로세스 엔지니어링을 위한 체계적인 컴퓨터 기반 방법의 적용은 "프로세스 시스템 엔지니어링"입니다.

개요

프로세스 엔지니어링에는 여러 도구와 방법이 사용됩니다.시스템의 정확한 특성에 따라 프로세스는 수학과 컴퓨터 과학을 사용하여 시뮬레이션하고 모델링해야 합니다.상변화와 상균형이 관련된 프로세스에서는 에너지와 효율의 변화를 정량화하기 위해 열역학의 원리와 법칙을 이용한 분석이 필요합니다.반대로, 평형에 가까워질 때 물질과 에너지의 흐름에 초점을 맞추는 과정은 유체 역학과 수송 현상을 사용하여 가장 잘 분석됩니다.기계 분야 내의 부문은 유체 또는 다공질 및 분산된 매체가 있는 상태에서 적용해야 합니다.관련될 [1]경우 재료 엔지니어링 원칙도 적용해야 합니다.

프로세스 엔지니어링 분야의 제조에는 프로세스 합성 단계의 [2]구현이 포함됩니다.필요한 정확한 툴에 관계없이 프로세스 엔지니어링은 프로세스 흐름도(PFD)를 사용하여 포맷됩니다.이 경우 재료 흐름 경로, 저장 장치(탱크 및 사일로 등), 변환(증류 컬럼, 리시버/헤드 탱크, 혼합, 분리, 펌핑 등) 및 흐름의 지정이 이루어집니다.모든 파이프 및 컨베이어와 그 내용물의 밀도, 점도, 입자 크기 분포, 유량, 압력, 온도 및 배관 및 유닛 [1]작동을 위한 건설 재료와 같은 재료 특성.

다음으로 프로세스 흐름도를 사용하여 실제 발생하는 프로세스를 그래픽으로 표시하는 배관 및 계측 다이어그램(P&ID)을 작성합니다.P&ID는 [3]PFD보다 더 복잡하고 구체적인 것을 의미합니다.이 방법들은 설계에 대한 덜 혼란스러운 접근방식을 나타냅니다.다음으로 P&ID는 프로세스의 [4]운용을 개략적으로 설명하는 "시스템 운용 가이드" 또는 "기능 설계 사양"을 개발하기 위한 설계 기준으로 사용됩니다.기계 작동, 설계 안전, 프로그래밍 및 엔지니어 [5]간의 효과적인 커뮤니케이션을 통해 프로세스를 안내합니다.

P&ID에서 프로세스의 제안 레이아웃(일반 배치)은 오버헤드 뷰(플롯 플랜) 및 사이드 뷰(고도)에서 나타낼 수 있으며, 현장 작업(토목 이동), 기초 설계, 콘크리트 슬래브 설계 작업, 기기를 지지하는 구조용 강철 등 기타 엔지니어링 분야가 관련된다.지금까지의 모든 작업은 프로젝트의 범위를 정의한 후 설계를 설치하기 위한 비용 견적을 작성하고 엔지니어링, 조달, 제작, 설치, 커미셔닝, 시작 및 프로세스의 지속적인 생산에 필요한 타이밍을 전달하기 위한 일정을 수립하는 것을 목적으로 하고 있습니다.

필요한 비용 견적 및 일정의 정확성에 따라 일반적으로 고객 또는 요구사항을 피드백하는 이해관계자에게 여러 가지 설계 반복이 제공됩니다.프로세스 엔지니어는 이러한 추가 지침(범위 개정)을 전체 설계 및 추가 비용 견적에 통합하고 자금 지원을 위한 일정을 작성합니다.자금조달 승인 후 프로젝트 관리를 [6]통해 프로젝트를 수행합니다.

프로세스 엔지니어링의 주요 분야

프로세스 엔지니어링 활동은 다음과 같은 [7]분야로 나눌 수 있습니다.

  • 프로세스 설계: 에너지 회수 네트워크의 합성, 증류 시스템의 합성(공생성), 원자로 네트워크의 합성, 계층 분해 플로우시트, 상부구조 최적화, 다생산 배치 플랜트 설계, 플루토늄 생산을 위한 생산 원자로 설계, 핵잠수함 설계.
  • 프로세스 제어: 모델 예측 제어, 제어 가능성 측정, 견고한 제어, 비선형 제어, 통계 프로세스 제어, 프로세스 모니터링, 열역학 기반 제어. 측정 집합, 측정 방법 및 원하는 [8]측정을 제어하는 시스템 세 가지 필수 항목으로 나타납니다.
  • 프로세스 운용: 프로세스 네트워크의 스케줄링, 다주기 계획 및 최적화, 데이터 조정, 실시간 최적화, 유연성 대책, 장애 진단.
  • Supporting 도구:순차적인 모듈형 시뮬레이션,equation-based 프로세스 시뮬레이션, AI/expert 시스템, 대규모 비선형 프로그래밍(도달), uncertainty,[10][11]과 품질 기능 전개(QFD)밑에 차동 대수 방정식(DAEs),mixed-integer 비선형 프로그래밍(MINLP)[9]전역 최적화, 최적화의 최적화.[1.2]
  • 프로세스 이코노미:[13]여기에는 ASPEN, Super-Pro와 같은 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 공장의 [13]열 및 질량 이동 분석 후 손익분기점, 순현재가치, 한계판매, 한계비용, 산업용 플랜트의 투자수익률을 알아내는 것이 포함된다.
  • 프로세스 데이터 분석:프로세스 제조 문제에 [14][15]대한 데이터 분석 및 기계 학습 방법 적용.

프로세스 엔지니어링의 역사

태고적부터 다양한 화학 기술이 산업 공정에서 사용되어 왔다.그러나 1780년대에 열역학과 질량 보존의 법칙이 등장하고 나서야 공정 공학이 적절하게 개발되어 독자적인 학문으로 구현되었습니다.현재 프로세스 엔지니어링으로 알려진 일련의 지식은 산업혁명을 [1]통해 시행착오를 거치면서 만들어졌습니다.

산업과 생산과 관련된 이 용어 과정은 18세기로 거슬러 올라간다.이 기간 동안 다양한 제품에 대한 수요가 급격히 증가하기 시작했고, 공정 엔지니어는 이러한 제품이 만들어지는 과정을 최적화해야 했다.[1]

1980년까지 프로세스 엔지니어링의 개념은 화학 엔지니어링 기술과 실무가 다양한 산업에서 사용되고 있다는 사실에서 비롯되었습니다.이때까지 프로세스 엔지니어링은 "자재가 변화하는 프로세스를 최적의 방법으로 설계, 분석, 개발, 구축 및 운용하는 데 필요한 지식 집합"으로 정의되었습니다.[1]20세기 말까지 프로세스 공학은 화학 공학 기반 기술에서 야금 공학, 농업 공학 및 제품 공학 등의 다른 응용 분야로 확장되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g Process engineering and industrial management. Dal Pont, Jean-Pierre. London: ISTE Ltd. 2012. ISBN 9781118562130. OCLC 830512387.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)
  2. ^ Mody, David (2011). "An Overview of Chemical Process Design Engineering". Proceedings of the Canadian Engineering Education Association. doi:10.24908/pceea.v0i0.3824. S2CID 109260579.
  3. ^ "Learn How to Read P&ID Drawings - A Complete Guide". hardhatengineer.com. Retrieved 11 September 2018.
  4. ^ "Functional Design Specification". Historian on the Warpath. 2 April 2006. Retrieved 11 September 2018.
  5. ^ Barkel, Barry M. "Piping and Instrument Diagrams" (PDF). AICHE. Retrieved 11 September 2019.
  6. ^ Modelling and management of engineering processes. Heisig, Peter, 1962-, Clarkson, John, 1961-, Vajna, S. (Sándor), 1952-. London: Springer. 2010. ISBN 9781849961998. OCLC 637120594.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)
  7. ^ Ignacio E의 프로세스 시스템 엔지니어링에 관한 연구 과제.그로스만과 아서 W.Pittsburgh에 있는 Carnegie Mellon University 화학공학과 Westerberg씨
  8. ^ Kershenbaum, L.S. (2006). "Process Control". A-to-Z Guide to Thermodynamics, Heat and Mass Transfer, and Fluids Engineering. Thermopedia. doi:10.1615/AtoZ.p.process_control. ISBN 0-8493-9356-6. Retrieved 15 September 2019.
  9. ^ Sahinidis, N.V (2019). "Mixed-integer nonlinear programming 2018". Optimization and Engineering. 20 (2): 301–306. doi:10.1007/s11081-019-09438-1.
  10. ^ Sahinidis, Nikolaos V. (2004). "Optimization under uncertainty: State-of-the-art and opportunities". Computers & Chemical Engineering. 28 (6–7): 971–983. doi:10.1016/j.compchemeng.2003.09.017.
  11. ^ Ning, Chao; You, Fengqi (2019). "Optimization under uncertainty in the era of big data and deep learning: When machine learning meets mathematical programming". Computers & Chemical Engineering. 125: 434–448. arXiv:1904.01934. doi:10.1016/j.compchemeng.2019.03.034. S2CID 96440317.
  12. ^ "Building a Better Delivery System: A New Engineering/Health Care Partnership". National Center for Biotechnology Information. Retrieved 15 September 2019.
  13. ^ a b R., Couper, James (2003). Process engineering economics. New York: Marcel Dekker. ISBN 0824756371. OCLC 53905871.
  14. ^ "Processes".
  15. ^ Shang, Chao; You, Fengqi (2019). "Data Analytics and Machine Learning for Smart Process Manufacturing: Recent Advances and Perspectives in the Big Data Era". Engineering. 5 (6): 1010–1016. doi:10.1016/j.eng.2019.01.019.

외부 링크