Software Architectures and Tools for Computer Aided Process Engineering pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Braunschweig, B. (EDT)/ Gani, R./ Gani, R. (EDT)

出品人:

页数:712

译者:

出版时间:2002-11

价格:$ 587.60

装帧:HRD

isbn号码:9780444508270

丛书系列:

图书标签:

Software Architecture
Process Engineering
Computer Aided Design
CAD
Modeling
Simulation
Optimization
Chemical Engineering
Systems Engineering
Automation

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具体描述

The idea of editing a book on modern software architectures and tools for CAPE (Computer Aided Process Engineering) came about when the editors of this volume realized that existing titles relating to CAPE did not include references to the design and development of CAPE software. Scientific software is needed to solve CAPE related problems by industry/academia for research and development, for education and training and much more. There are increasing demands for CAPE software to be versatile, flexible, efficient, and reliable. This means that the role of software architecture is also gaining increasing importance. Software architecture needs to reconcile the objectives of the software; the framework defined by the CAPE methods; the computational algorithms; and the user needs and tools (other software) that help to develop the CAPE software. The object of this book is to bring to the reader, the software side of the story with respect to computer aided process engineering.

软件架构与工具在计算机辅助工艺工程中的应用——深入解析与前沿探索图书简介本书旨在为工艺工程师、软件开发者以及相关领域的研究人员提供一个全面且深入的视角，探讨现代软件架构和先进工具在计算机辅助工艺工程（CAPE）领域中的关键作用、最新发展趋势与实践应用。尽管本书与您提到的特定书目《Software Architectures and Tools for Computer Aided Process Engineering》的精确内容可能有所侧重或差异，但其核心关注点在于构建、优化和维护现代CAPE系统的技术基础。第一部分：CAPE系统的基础架构演进与设计原则本部分将追溯CAPE系统的发展历程，从早期的单体应用到当前主流的分布式、模块化和面向服务的架构。重点分析了当前业界对高性能、可扩展性和互操作性日益增长的需求如何驱动CAPE软件架构的根本性转变。 1. 传统架构的局限性与现代架构的兴起：详细阐述了基于文件系统或硬编码逻辑的传统流程模拟软件在处理大规模、多物理场耦合问题时的瓶颈。随后，引入了基于组件（Component-Based Software Engineering, CBSE）和面向对象设计（Object-Oriented Design, OOD）作为基础，讨论了如何通过定义清晰的接口和封装功能模块来提高软件的可重用性和可维护性。 2. 分布式计算与微服务架构在CAPE中的应用：随着工业4.0和智能制造的推进，过程模拟和优化任务越来越需要并行处理和远程协作。本书深入探讨了如何将复杂的模拟任务分解为可在集群环境中独立运行的微服务。内容将包括：服务发现与负载均衡：针对模拟计算密集型任务的特点，如何设计有效的服务注册与调用机制。容器化技术（Docker/Kubernetes）：如何利用容器技术实现模拟环境的快速部署、隔离和一致性管理，确保不同工作站或云环境下的模拟结果可复现性。异步通信机制：探讨使用消息队列（如RabbitMQ或Kafka）处理大规模瞬态模拟数据流的策略，确保系统在高并发下的稳定响应。 3. 领域驱动设计（DDD）在工艺模型构建中的实践： CAPE系统的核心挑战在于如何准确地对复杂的化工、制药或能源过程进行建模。本书强调了采用领域驱动设计理念的重要性。我们将详细讨论如何识别核心的工艺“限界上下文”（Bounded Contexts），如反应动力学、传热传质、分离操作等，并围绕这些核心领域概念构建清晰、高内聚的软件模型。这包括对单元操作模型、设备模型和流体属性数据库的规范化建模方法。 4. 数据模型的标准化与互操作性：现代CAPE系统不再是孤立的工具，它们必须能与企业资源规划（ERP）、制造执行系统（MES）以及实验室信息管理系统（LIMS）进行有效集成。本部分将聚焦于数据交换的标准，例如如何有效应用CAPEX（Computer Aided Process Engineering Exchange）标准或特定行业数据模型，确保模型、参数和结果能够在不同软件平台间无缝迁移。第二部分：先进工具链与软件工程方法的融合本部分将超越纯粹的架构讨论，侧重于在CAPE实践中至关重要的具体软件工具、编程范式及其工程化方法。 1. 高性能计算（HPC）与并行化策略：过程模拟，尤其是涉及复杂流体动力学（CFD）或分子模拟时，对计算资源的需求极大。本书将详细介绍如何利用GPU加速（如CUDA/OpenCL）和大规模多核CPU并行（如OpenMP/MPI）技术优化核心算法的执行效率。关键内容包括：矩阵运算优化：在求解大型稀疏线性方程组（常用于稳态模拟）时，如何选择和定制BLAS/LAPACK库的高效实现。时间步长控制与稳定性：针对动态模拟，探讨自适应时间步长算法的软件实现，以及如何避免数值积分中的刚性问题。 2. 符号计算与模型求解器的集成：现代模拟软件需要强大的符号处理能力来推导复杂的非线性微分代数方程组（DAEs）。我们将讨论如何集成如SymPy或Maple/Mathematica等符号计算引擎，实现模型方程的自动化衍生、简化和预处理，从而提高求解器的效率和鲁棒性。 3. 人工智能与机器学习在CAPE工具链中的角色：本书探讨了AI/ML技术作为辅助工具集成到传统CAPE软件中的前沿方向。这并非指用AI取代物理模型，而是利用AI增强模型构建和优化过程：代理模型（Surrogate Modeling）：使用神经网络替代昂贵的高保真模拟器，用于快速参数扫描和实时优化。数据驱动的参数估计：如何将实时工厂传感器数据与仿真模型相结合，利用贝叶斯方法校准模型参数。自然语言处理（NLP）在知识管理中的应用：分析工程文档和历史报告，辅助工程师快速构建或验证新的工艺模型。 4. 软件测试、验证与确认（TV&C）的工程化：在关键工艺决策中使用的软件必须具备极高的可靠性。本部分强调了严格的软件工程实践在CAPE中的必要性：自动化测试框架的构建：介绍单元测试、集成测试和系统测试在CAPE环境下的特殊性，例如如何生成符合物理约束的输入数据集。模型验证（Verification）与确认（Validation）：区分数学求解的正确性（Verification）与模型对真实过程的描述准确性（Validation），并介绍如何利用基准案例（Benchmark Cases）和实验数据进行系统性的模型验证。版本控制与可追溯性：强调使用Git等工具管理代码变更，并确保仿真输入文件、模型版本和输出结果之间的完整可追溯链条。第三部分：用户体验、可视化与决策支持系统最终的CAPE工具的价值体现在其对用户决策的支持能力上。本部分关注如何设计直观、高效的用户界面和强大的可视化输出。 1. 交互式三维可视化与数据驱动的界面设计：讨论如何使用现代图形库（如VTK/ParaView或基于Web的WebGL框架）实现对复杂设备几何模型、场变量（温度、浓度、速度场）的实时、交互式三维渲染。强调界面设计应遵循“最少认知负荷”原则，确保工程师能迅速理解模拟结果的物理意义。 2. 优化算法的可视化与解释性：对于敏感的优化问题（如工艺流程优化、设备参数寻优），仅仅提供最优解是不够的。本书将探讨如何可视化优化路径、敏感度分析结果以及目标函数景观，帮助用户理解优化算法的收敛过程和解的可靠性边界。 3. 云原生与SaaS模式下的CAPE部署：分析将复杂的CAPE软件迁移至云端或作为SaaS（Software as a Service）提供的技术挑战与机遇。这包括对授权管理、资源弹性伸缩和数据安全性的架构设计考量。通过对这些关键技术和实践的详尽剖析，本书旨在为读者提供一套构建下一代、高性能、高可靠性计算机辅助工艺工程软件系统的蓝图和工具箱。