年产 10 万吨二甲醚工艺模拟与优化开题报告

1. 研究目的与意义

电子计算机是近代科学技术的重要产物，它的出现又反之极大促进了科学技术的跨越式发展。回顾电子计算机出现以来的历史，计算机的开发与利用大大促进了核武器研究、核材料储存仿真、石油勘探、生物信息技术、医疗和新药研究、计算化学、气象、天气和自然灾害预报、工业过程改进和环境保护等诸多领域的发展。

cad是一款计算机辅助设计软件，利用其图形工具和资源来辅助工程师完成设计工作。cad它是人、机结合的系统，工程师的创造思维、判断和推理能力结合上计算机的运算速度快、储存能力大、制图精确能正确无误的重复同一操作造就了cad的强大。八十年代中期，cad技术迅猛发展，1986年在国家计委支持下引进了cad工作站和成套应用软件。九十年代后，cad技术在国内各甲级设计院得到了广泛的应用。计算机专业技术人员对cad软件不断开发，其中有自控cad、设备cad、机运cad、热工cad和总图cad等。而最早由美国autodesk公司研发出的autocad软件版本因其操作简便、精确无误、页面良好的长处，受到了设计工作人员的追捧。autocad的发展过程可分为初级阶段、发展阶段、高级发展阶段、完善阶段和进一步完善阶段五个阶段，为保持用户的良好体验感，autodesk公司几乎每年都会更新autocad软件，在21世纪初期计算机系统由dos系统向windows系统转化后，autocad 2000年版本以后的软件就已经趋于完善了，任何化工行业的化工绘图的工作该软件都可以做到。而现在autocad 软件已经更新到2020版本，其中以autocad 2014版本最为经典。

随着化工行业的飞速发展，人们对化工工艺的要求不断提高，面临这些挑战，利用电子计算机对化工工艺进行设计与改进有助于解决从设计到工艺流程、工艺应用等环节的诸多问题，例如辅助设计计算、模型设计、工艺模拟、图纸绘制等。为满足现代化公司管理，许多公司要求应用更多的数字化设备，以减少工厂人员流动。进行数字化升级需要对其流程图进行修改绘制。想要获得精确的流程设计图纸设计工程师们需要对所设立的项目进行实地考察，然后构建设计方案，对厂布图、流程图、线路图、安装图等进行完善和修改，从而最终设计出最佳的方案。在大数据时代下，如果还是利用传统的手工画图、人工计算的方式，一个公司根本就无法在激烈竞争的行业中站稳脚跟。计算机辅助制图拥有强大的数据库，其简单快捷的操作也解放了双手，高效的工作效率更是提高了公司在行业中的竞争力

2. 课题关键问题和重难点

关键问题：

1、计算机辅助设计的基础就是数据库的建立，因为在工艺设计中需要用到众多的化合物性数据，这些数据一定要具有全面性和权威性，它是数据库开发的重中之重。

2、为满足化工市场快速增长需求，计算机辅助设计cad必须与化工工艺流程设计进行优化，借助技术优化服务化工领域生产与工艺革新。

3. 国内外研究现状（文献综述）

在信息时代的背景下，各学科领域与计算机技术的结合越发紧密，人类社会的发展对计算机的依赖程度也越来越高，化学工程的发展也不例外。无论是通用型软件，还是化学相关专业的专用软件，多样的计算机软件使化学工程从教学到应用[1]，都更加便捷。计算机辅助设计（简称CAD）通过交互式图形显示、实时构造、编辑、变换及修改并储存各类几何和拓扑信息，利用应用程序进行工程计算分析，并对涉及进行模拟、优化、确定产品主要参数，利用图形处理和动画技术对模型进行仿真检验，计算机自动绘图并输出图纸、数据等各种形式的设计结果，以及数据交换，并为CAM(计算机辅助制造)、CAPP（计算机辅助工艺安排）、CAE（计算机辅助工程）、PDM（产品数据管理及CIMS（计算机集成制造系统）以至MRPII（制造资源管理系统）、ERP（企业资源管理系统）、MIS（管理信息系统）等产业信息化系统提供基础数据，CAD是现代产业进步的关键和基础[2]。在图形绘制方面，电脑绘图软件众多。当前全球使用范围最广泛地是美国Autodesk公司研发的软件——AutoCAD,深受广大设计工作人员的欢迎[3]。

（一）文献检索结果

为探讨本课题的研究进展，在文献网检索CAD相关词汇，将得到的文献类型整理如下：

首先检索以“AutoCAD”为检索词，在全文搜索并含“化工”的文献，结果显示相关文献的起止年限为1980~至今。其中学术期刊4787万篇，学位论文1.02万篇，会议论文187篇，报纸5篇，图书51篇。利用中国知网的可视化分析功能对所检索的论文进行分析。

论文发表年限及其对应数量如图1

图1 化工CAD论文发表时间-发表数量关系图

根据文献的主要主题进行汇总，整理的主要主题文献分布如图2

图2 主要主题-发表数量关系图

中国知网可以通过研究层次分组查到相关国家政策研究，工程技术应用成果，行业技术知道等等，实现对整个学科领域全面的了解。不同研究层次对应发文数量如表1

表1 不同研究层次对应论文发表数量

根据中国知网分组功能，统计获得科研资金资助的相关文献为1332篇，只占全部检索论文的8.6% 。

依据知网数据库的检索结果表明，中国从事计算机在化工方面的研究机构有大连理工大学、浙江大学、重庆大学、东北大学、华中科技大学、武汉理工大学等，基本都为国内综合性高校。

从检索出的1.55万多篇论文的文献类型分布来看，硕博士论文以1.02万篇居第一，占总数的66%，期刊论文有4784篇占据第二位，占论文总数的31%。而会议论文、报纸论文、图书等只占据了3%，说明硕博士论文和期刊论文是获取化工CAD相关资源的首先，其他文献则作为重要补充。

根据曲线图1分析，从1982年发表的第一篇关于计算机辅助设计方面的论文到2007年的25年多，论文数量从开始的几十篇到2007年左右，论文每年数量基本呈增长上升的趋势。说明CAD与化工行业结合的早起，广大学者积极开展着辅助设计的理论与实践研究，科技成果丰硕，论文发展数量攀升迅速，极大的促进了计算机辅助设计在化工中的应用。紧接着的5年，论文产出呈波动态势，但幅度不大，波动范围在957~1193篇之间。自2014年后论文数量逐年减少，该阶段关于这方面的研究遭遇困境，说明开展计算机辅助设计的研究可能由于创新程度的原因而遭遇了发展瓶颈。也许正如某些作者所言，AutoCAD在化学中的发展方向正逐步趋于智能化、网络化和多媒体化，这也是AutoCAD发展的重要途径和思路。

在检索论文中发现获得过资金资助的论文很少，这也从某种程度上表现“计算机辅助软件AutoCAD在化工中的发展和应用”这一研究主题，在研究水平和质量上面，都还有待提高。

从事该方面研究的机构多为985、211综合性高校，而该软件作为实际应用性能的工具软件，在生产前线的科研人员应当投入更多的对该课题的研究，在理论与实践中找到平衡。

传统 CAD 软件主要应用在产品的详细设计阶段，作为一个实体造型工具，在化工产品生产中发挥了巨大作用。但通过研究，我发现市场的需求越来越广泛，用户需求越来越趋向于个性化。未来AutoCAD 在化学工程中的应用趋势在于该软件的二次开发，利用二次开发工具或数据接口功能，将各类行业特殊技术研制成 AutoCAD 系统的各类设计程序，使设计更具针对性，从而提高生产效率，缩短化工车间的投产周期[4]。

参考文献

[1]黄国波.《化工制图》与AutoCAD组合教学模式的探讨［J].广州化工，2011,39（20）：146-146

[2]贾杏.CAD应用技术综述[J].上海电机技术高等专科学校学报,2003,6(2):13-15.

[3]AuTo CAD的发展历程回顾[J].软件,2004,(2):124-125.

[4]施少敏、杨倩、王冬明.AutoCAD在化学工程中的应用研究[N].湖北大学学报,2017,37(3):17-

4. 研究方案

1、学习计算机辅助设计CAD的相关理论知识。

2、计算机辅助设计CAD是应用型软件，需要对基本的设计型软件通过视频学习、老师指导、实践操作来熟悉，利用AutoCAD这一绘图软件参与了解其在化工设计绘图过程中车间布置、工艺流程图等的问题和解决方案，并将在过程中的问题和最终绘制的图纸呈现在毕业论文上。

5. 工作计划

第一学期：

第17-18周：确定毕业论文题目，查阅相关文献。

第19-20周：在公司实习了解相关软件，初步阅读文献。