Process Simulation

AVEVA Process Simulation是基于数字孪生内核的经典流程模拟平台，有稳态、核算、动态三种计算模式，可用于物料与能量衡算的一般工艺设计，蒸汽、冷却水等公用工程管网设计，安全泄放系统设计，动态工况分析，控制策略选择与验证、工艺在线优化等，在统一的平台上用同一个机理模型贯穿资产整个生命周期，横跨设计阶段与运营阶段，是物理工厂在工艺侧的数字孪生平台。

【1 产品定位】  

Process Simulation 数字孪生是一类面向“流程工业”全生命周期的虚拟镜像平台，涵盖石化、冶金、制药、食品、造纸、公用工程等多领域。它将工艺流程、设备、控制系统、物流、公用工程等要素建模为可实时驱动的数字对象，通过稳态、动态、离散三种计算模式，实现对设计、运行、培训、优化的闭环管理。

【2 技术架构】  

2.1 数据层  

• 实时数据：通过 OPC UA、MQTT、Modbus、EtherNet/IP 等协议与 DCS、PLC、SCADA、MES、LIMS 对接，秒级刷新工艺参数、设备状态、质量指标。  
• 历史数据：与 PI System、Historian、InfluxDB 等时序数据库无缝集成，用于模型标定与趋势分析。  
• 主数据：物料、设备、公用工程、控制策略、配方、批次号以统一编码进入孪生主索引，保证跨系统语义一致。

2.2 模型层  

• 机理模型：基于质量、能量、动量守恒方程，覆盖流体、热传导、反应动力学、分离过程、固体处理。  
• 数据模型：采用 Python、R、MATLAB 脚本或内置 AI 引擎训练降阶模型（ROM），用于快速预测与实时优化。  
• 混合模型：在同一流程中耦合机理方程与机器学习，既保留物理可解释性，又提升计算速度。

2.3 计算引擎  

• 稳态模式：物料衡算、能量衡算、公用工程平衡、设备选型，支持连续求解与灵敏度分析。  
• 动态模式：压力/流量波动、开车停车、批次切换、故障瞬态，时间步长可自适应调整。  
• 离散事件：物流调度、罐区排队、包装线节拍，支持与系统动力学联合仿真。

2.4 可视化与交互  

• 2D 流程图：PFD、P&ID、公用工程图，可自动生成并随模型更新。  
• 3D 场景：设备、管线、阀门、仪表三维建模，支持剖切、漫游、爆炸图、VR/AR 叠加。  
• 组态大屏：拖拽式仪表盘，实时 KPI、趋势曲线、报警灯、能耗流向，多屏联动。

【3 核心功能】

3.1 设计阶段  

• 概念设计：通过参数化建模快速评估多套工艺路线、原料配比、换热网络，输出 CAPEX/OPEX 对比。  
• 详细设计：自动生成设备规格书、管线表、仪表清单，与 CAD、CAE、CFD 工具双向同步。  
• 可持续设计：内置氢气、CO₂、可再生能源模块，实时计算碳排、能耗、水足迹，支持净零目标。

3.2 运行阶段  

• 实时孪生：与 DCS 数据闭环，分钟级刷新温度、压力、液位、成分，异常工况自动触发仿真回放。  
• 预测优化：基于滚动优化算法，实时给出最佳操作点、催化剂更换周期、公用工程负荷分配。  
• 工艺在线优化：通过模型预测控制（MPC）与实时优化（RTO）引擎，实现质量卡边、能耗最小。

3.3 培训阶段  

• 操作员培训：高仿真实训室，支持开车、停车、紧急工况演练，数据记录用于事后复盘。  
• 维护培训：虚拟拆装、检维修 SOP、故障注入，减少现场实操风险。

3.4 生命周期管理  

• 版本控制：模型、数据、脚本、场景四维 Git-like 管理，支持差异对比、回滚、分支合并。  
• 知识图谱：将设备、工艺、控制策略、维护事件关联为可查询的知识库，实现经验沉淀。

【4 开放与集成】  

• 接口：RESTful、GraphQL、gRPC、OPC UA、MQTT，支持与任何 IoT 平台或 MES 双向通讯。  
• 脚本：Python、VBA、MATLAB、C++ 二次开发，可嵌入自定义反应动力学、控制算法。  
• 标准：支持 CAPE-OPEN、FMI、IEC 63131，可与 Aspen、HYSYS、PRO/II、ANSYS Twin Builder 互操作。

【5 部署形态】  

• 本地部署：单机、私有云、超算中心，满足对数据主权要求高的场景。  
• 混合云：核心模型在本地，弹性计算上云，按需调用 GPU/CPU 资源。  
• SaaS：浏览器即用，自动更新模型库与算法，适合快速迭代与多地协同。

至此，Process Simulation 数字孪生以“机理 + 数据 + 控制”三元融合为核心，贯穿设计、运行、培训、优化全流程，成为流程工业数字化转型的通用底座。

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