磷化工技術(shù)評價(jià)決策支持系統(tǒng)開發(fā)*

湯建偉，張洋洋，化全縣，劉詠，江振西，劉麗，何鳳斌

（鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，國家鈣鎂磷復(fù)合肥技術(shù)研究推廣中心，河南鄭州450001）

化工裝備與設(shè)計(jì)

磷化工技術(shù)評價(jià)決策支持系統(tǒng)開發(fā)*

湯建偉，張洋洋，化全縣，劉詠，江振西，劉麗，何鳳斌

（鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，國家鈣鎂磷復(fù)合肥技術(shù)研究推廣中心，河南鄭州450001）

根據(jù)決策支持系統(tǒng)理論，以微軟SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫管理開發(fā)系統(tǒng)軟件和J2EE技術(shù)為開發(fā)工具，構(gòu)建了磷化工技術(shù)評價(jià)決策支持系統(tǒng)。描述了該系統(tǒng)構(gòu)建的基本框架、流程、功能和運(yùn)行步驟，并提供了電爐制黃磷工藝實(shí)例。該系統(tǒng)將為磷化工技術(shù)評價(jià)提供輔助決策和評判功能。

磷化工；決策支持系統(tǒng)；技術(shù)評價(jià)；電爐制黃磷

中國于20世紀(jì)80年代中期開始開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助專家決策支持系統(tǒng)（DSS）［1］。20世紀(jì)90年代初，筆者開發(fā)了磷肥工業(yè)數(shù)據(jù)庫和鈣鎂磷肥工藝軟件，該系統(tǒng)對磷礦做出能否用于鈣鎂磷肥生產(chǎn)的評價(jià)，對可用性磷礦給出磷礦、溶劑和燃料之間的配料比，并同時(shí)進(jìn)行工藝物料、熱量衡算，為用戶提供評價(jià)報(bào)告［2］。目前在區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、管理工程中，中國已有許多DSS研究成果。如，郭旭文［3］于21世紀(jì)初開發(fā)了長株潭地區(qū)生態(tài)構(gòu)架調(diào)控決策支持系統(tǒng)。然而，在磷化工領(lǐng)域，DSS還沒有得到充分開發(fā)和應(yīng)用。“磷化工工藝微觀決策支持系統(tǒng)”是鄭州大學(xué)主持的“十一五”國家科技支撐計(jì)劃課題的組成部分，分為技術(shù)評價(jià)、經(jīng)濟(jì)評價(jià)、環(huán)境評價(jià)和安全評價(jià)4個(gè)評價(jià)功能子系統(tǒng)［4］，其中的“磷化工技術(shù)評價(jià)決策支持系統(tǒng)（DSS-TAPI）”是該系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能性評價(jià)子系統(tǒng)。筆者描述了DSS-TAPI的構(gòu)建方法及過程，展示了電爐制黃磷工藝實(shí)例。

1 DSS-TAPI組成框架

DSS-TAPI能夠?qū)崿F(xiàn)磷化工工藝流程模擬、物料和熱量衡算、技術(shù)評價(jià)等目標(biāo)。該系統(tǒng)由決策支持系統(tǒng)的人機(jī)交互、模型庫管理和數(shù)據(jù)庫管理3個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建［5］，各系統(tǒng)設(shè)置相應(yīng)的對話部件、模型部件和數(shù)據(jù)部件。DSS-TAPI結(jié)構(gòu)圖如圖1所示［6］。

圖1 磷化工技術(shù)評價(jià)決策支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 人機(jī)交互系統(tǒng)

DSS-TAPI人機(jī)交互系統(tǒng)的對話部件是與磷化工用戶間的交互界面，包括登錄系統(tǒng)、程序驅(qū)動(dòng)菜單、數(shù)據(jù)修改接口、數(shù)據(jù)錄入接口、評價(jià)結(jié)果保存和打印等。磷化工用戶輸入工藝相關(guān)信息并錄入相應(yīng)參數(shù)后，DSS-TAPI向用戶顯示系統(tǒng)運(yùn)行的最后結(jié)果。其功能如下：1）提供友好恰當(dāng)?shù)那芭_界面顯示和對話形式；2）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息輸入向執(zhí)行和顯示輸出轉(zhuǎn)換；3）控制系統(tǒng)的人機(jī)交互、模型庫管理和數(shù)據(jù)庫管理綜合集成和有效運(yùn)行。

1.2 模型庫及其管理系統(tǒng)

模型庫及其管理系統(tǒng)是DSS-TAPI的核心，包含磷礦評價(jià)模型、動(dòng)態(tài)工藝流程圖模型、物料和能量衡算模型、設(shè)備選型模型和報(bào)告生成模型。模型采用模塊化獨(dú)立設(shè)計(jì)編制，模型數(shù)增減、程序代碼修改等互不影響，系統(tǒng)具有良好的通用性和擴(kuò)展性［7］。

1.3 數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)

DSS-TAPI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲磷化工工藝技術(shù)信息及模型運(yùn)行中的所有數(shù)據(jù)，方便人機(jī)對話和模型數(shù)據(jù)處理調(diào)用。該數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)庫建立、刪除、修改、維護(hù)，數(shù)據(jù)存儲、檢索、索引、統(tǒng)計(jì)等功能。存儲數(shù)據(jù)主要分為5類：用戶信息、工藝種類、磷礦基本信息、物料衡算數(shù)據(jù)和能量衡算數(shù)據(jù)。用戶信息數(shù)據(jù)庫主要記錄保存用戶名、密碼、工作單位和聯(lián)系方法等；工藝種類數(shù)據(jù)庫儲存了磷化工工藝種類、工藝簡介等相關(guān)信息，供用戶進(jìn)行工藝選擇或者系統(tǒng)調(diào)用等功能；磷礦數(shù)據(jù)庫用于存儲產(chǎn)地、成分以及中國磷礦資源分布等相關(guān)信息，用戶可以從數(shù)據(jù)庫中直接調(diào)用已有資料的磷礦數(shù)據(jù)或者自己輸入磷礦數(shù)據(jù)并保存入數(shù)據(jù)庫中；物料和能量數(shù)據(jù)庫存儲了工藝模擬計(jì)算中物料和能量衡算所涉及的輸入輸出數(shù)據(jù)，以支撐系統(tǒng)前臺頁面的運(yùn)行。

2 DSS-TAPI功能

1）原料適用性評價(jià) 磷化工生產(chǎn)主要原料為磷礦，而中國磷礦石種類繁多、品位不同，適用性評價(jià)是對所選磷礦給出初步判定：該磷礦是否適用于某磷化工加工工藝，并推薦該磷礦加工的最佳適用工藝。

2）物料衡算 工藝流程確定以后，根據(jù)原料與產(chǎn)品之間的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系，計(jì)算出主要原料消耗定額，各種中間產(chǎn)物、產(chǎn)品和副產(chǎn)物的物流量，生產(chǎn)過程中各階段的消耗量以及組成，進(jìn)而為熱量衡算和設(shè)備選型打基礎(chǔ)。

3）能量衡算 以物料衡算為基礎(chǔ)，對工藝過程進(jìn)行能量衡算可確定達(dá)到一定物理或化學(xué)狀態(tài)須向設(shè)備傳出的熱量，從而為設(shè)備選型提供基本數(shù)據(jù)支持。

4）設(shè)備選型 設(shè)備選型是工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是項(xiàng)目投產(chǎn)以前的必要環(huán)節(jié)。技術(shù)評價(jià)中的設(shè)備資料是系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、安全和環(huán)境評價(jià)的基礎(chǔ)。

5）動(dòng)態(tài)工藝流程圖 工藝流程圖可以更直觀地幫助用戶了解工藝的生產(chǎn)流程，在流程圖上加載動(dòng)態(tài)浮動(dòng)窗口數(shù)據(jù)，可以使用戶更清晰地了解主要物料及能量消耗或產(chǎn)出。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是面向用戶的，動(dòng)態(tài)工藝流程圖可以向用戶提供清晰、生動(dòng)、明了的視覺感受。

3 DSS-TAPI開發(fā)過程

3.1 需求分析

1）評價(jià)目標(biāo)。磷化工產(chǎn)品分為磷酸、磷復(fù)肥和磷酸鹽3大類，在磷酸、磷復(fù)肥和磷酸鹽生產(chǎn)工藝中選取典型工藝作為評價(jià)目標(biāo)，并做出工藝樹。2）選擇評價(jià)模型。評價(jià)模型包括礦石可用性評價(jià)、物料衡算、能量衡算和設(shè)備計(jì)算模型。通過該模型和人機(jī)對話平臺即前臺頁面的交互，用戶輸入工藝相關(guān)信息和操作參數(shù)后，系統(tǒng)進(jìn)行一系列后臺運(yùn)算，將各項(xiàng)結(jié)果以報(bào)表形式反饋給用戶。3）整理磷礦評價(jià)資料。對評價(jià)目標(biāo)工藝進(jìn)行物料、能量衡算和設(shè)備計(jì)算，并做相應(yīng)的物料、能量及設(shè)備數(shù)據(jù)字典，繪制動(dòng)態(tài)工藝流程圖［8-11］。4）確定評價(jià)報(bào)告形式。評價(jià)結(jié)果最終以評價(jià)報(bào)告的形式輸出，供用戶查看或者下載保存。技術(shù)評價(jià)報(bào)告包括工藝可行性分析、物料衡算數(shù)據(jù)分析、能量衡算數(shù)據(jù)分析和設(shè)備分析4部分，數(shù)據(jù)錄入以后，系統(tǒng)自動(dòng)將工藝可行性資料和物料、能量、設(shè)備計(jì)算結(jié)果報(bào)表按此格式組合生成工藝評價(jià)報(bào)告。

3.2 軟件編制

1）搭建系統(tǒng)整體框架 以決策支持系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，以微軟SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫管理開發(fā)系統(tǒng)軟件和J2EE技術(shù)為工具，建立各個(gè)功能模塊［12-14］。將相關(guān)需求文檔分類填充到對應(yīng)位置。2）調(diào)試運(yùn)行系統(tǒng) 對各部分內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)整合，并解決兼容性問題。3）完善人機(jī)對話平臺 系統(tǒng)構(gòu)建基本完成后，檢查前臺頁面存在的問題和不足之處，及時(shí)修改完善。

4 軟件運(yùn)行

4.1 主頁面

主頁是人機(jī)交互系統(tǒng)中最重要的頁面，使用戶對該系統(tǒng)的大概功能有所了解。磷化工微觀決策支持系統(tǒng)主頁上包括登錄系統(tǒng)接口，個(gè)性化的LOGO設(shè)計(jì)、常用磷化工相關(guān)網(wǎng)絡(luò)鏈接和各功能模塊入口。

4.2 技術(shù)評價(jià)的詳細(xì)流程

a.進(jìn)入主頁，點(diǎn)擊技術(shù)評價(jià)進(jìn)入技術(shù)評價(jià)界面。

b.選擇工藝（以電爐制黃磷工藝［15］為例），進(jìn)入電爐制黃磷工藝的技術(shù)評價(jià)頁面。通過工藝樹可以對更多工藝進(jìn)行評價(jià)。

c.選擇磷礦。選擇工藝以后進(jìn)入到地圖選礦界面。將主要礦區(qū)的礦石信息標(biāo)注到Flash地圖上，可以方便用戶快速選擇自己所需要的礦石進(jìn)行測評，鼠標(biāo)移至某礦點(diǎn)即顯示該礦點(diǎn)礦石的組分。如果在圖上沒有用戶所需要的內(nèi)容，還可以自行輸入礦石組分。選擇某礦點(diǎn)礦石以后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)礦石組分及各種工藝用磷礦石國家標(biāo)準(zhǔn)對磷礦石進(jìn)行初篩。比如現(xiàn)在做的是電爐制黃磷工藝技術(shù)評價(jià)，如果礦石評判結(jié)果不符合黃磷用磷礦石國家標(biāo)準(zhǔn)，則用戶可以返回選礦頁面重新選擇磷礦石。

d.基本工藝操作參數(shù)的錄入。磷礦選擇完成以后，頁面跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)錄入界面。錄入?yún)?shù)分為兩類，一是原料流量及組成，二是工藝操作參數(shù)。每一個(gè)工藝技術(shù)評價(jià)中都設(shè)置了一組默認(rèn)值，用戶可以直接用該組默認(rèn)值進(jìn)行工藝技術(shù)評價(jià)，也可以另行輸入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)錄入頁面上設(shè)置了“數(shù)據(jù)清零”和“恢復(fù)默認(rèn)值”按鈕，可以方便用戶快速錄入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)錄入頁面如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)錄入界面

e.動(dòng)態(tài)工藝流程圖和報(bào)表單元。

1）動(dòng)態(tài)工藝流程圖 根據(jù)文獻(xiàn)中的工藝簡圖和詳細(xì)的工藝流程介紹，繪制了動(dòng)態(tài)工藝流程圖，點(diǎn)擊“開車”按鈕Flash文件開始播放，模擬實(shí)際工藝生產(chǎn)過程。鼠標(biāo)滑過某一設(shè)備時(shí)流程圖上顯示出相應(yīng)的設(shè)備名稱。數(shù)據(jù)錄入之前流程圖上只顯示物流名稱，物流量為空。數(shù)據(jù)錄入完成以后，系統(tǒng)自動(dòng)將主要物料和能量衡算數(shù)據(jù)加載到動(dòng)態(tài)工藝流程圖上，使用戶可以清晰地看到工藝流程、工藝主要原料消耗和產(chǎn)品量。電爐制黃磷工藝流程如圖3所示。

圖3 電爐制黃磷工藝流程圖

2）報(bào)表單元 報(bào)表單元包括主要原料消耗定額以及工藝流程中各部分物料衡算和能量衡算的詳細(xì)報(bào)表，用戶可以通過報(bào)表單元看到工藝過程中各主輔物流的產(chǎn)生量。電爐部分輸出報(bào)表如圖4所示。輸出報(bào)表采用了多種多樣的表現(xiàn)形式，首先在表格中列出各部分輸入和輸出物料（能量），還用餅狀圖和柱狀圖分別對輸入和輸出物料（能量）進(jìn)行分解，使用戶對該部分輸入物料（能量）和輸出物料（能量）比例清晰明了。

電爐部分輸出報(bào)表

圖4 電爐部分輸出報(bào)表

f.保存評價(jià)。用戶查看完報(bào)表以后可以保存評價(jià)，以便下次調(diào)用。該工藝技術(shù)評價(jià)完成以后還可以繼續(xù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價(jià)、環(huán)境評價(jià)和安全評價(jià)。用戶可以自由選擇，如果本次只做技術(shù)評價(jià)，保存完成以后，下次做該工藝的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境或安全評價(jià)時(shí)，可以通過輸入評價(jià)名稱，調(diào)用此次技術(shù)評價(jià)數(shù)據(jù)。

g.輸出報(bào)表。整個(gè)工藝的技術(shù)評價(jià)完成以后系統(tǒng)自動(dòng)生成PDF格式技術(shù)評價(jià)報(bào)告，供用戶查看或者下載保存。

5 結(jié)論

DSS-TAPI評價(jià)軟件的開發(fā)，為磷化工行業(yè)技術(shù)人員提供各類工藝技術(shù)評價(jià)相關(guān)信息，同時(shí)結(jié)合經(jīng)濟(jì)、安全和環(huán)境評價(jià)等功能，將提供較為完整的磷化工工業(yè)綜合評價(jià)信息。將現(xiàn)代DSS技術(shù)運(yùn)用到磷化工領(lǐng)域，擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在磷化工領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了中國磷化工產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平提升。

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Development of decision support system for technological assessment of phosphorus chemical industry

Tang Jianwei，Zhang Yangyang，Hua Quanxian，Liu Yong，Jiang Zhenxi，Liu Li，He Fengbin
（National Research&Popularization Centre for Calcium，Magnesium，Phosphate&Compound Fertilizer Technology，School of Chemical Engineering and Energy，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China）

Based on decision support system theory，the decision support system for technological assessment of phosphorus chemical industry（DSS-TAPI）was constructed with Microsoft SQL Server 2005 database management development system software and J2EE technique as the development tools.Basic structure，flow，function，and operation of the system were described，and a practical case of yellow phosphorus production with furnace process was provided.System can offer both decision support and evaluation functions for technological assessment of phosphorus chemical industry.

phosphorus chemical industry；decision support system；technological assessment；yellow phosphorus production with furnace process

TQ015.9；TP391.9

：A

：1006-4990（2012）04-0046-04

2011-10-19

湯建偉（1964—），男，博士，博士生導(dǎo)師，教授，主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)化工技術(shù)研究與開發(fā)。

“十一五”國家科技支撐計(jì)劃課題（2007BAE58B07）。

聯(lián)系方式：tangjw@126.com