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Unified Engineeringにおけるシミュレーターの位置付け

© 2019 AVEVA Group plc and its subsidiaries. All rights reserved.

Marina Velazquez, PRO/II 製品マネージャー (代理発表：Cal Depew)

Cal Depew, SimCentral 製品マネージャー

ヨーク弘美, シニアコンサルタント

2019年12月3日

ご紹介内容


0101

03

04 Unified Engineering

シミュレーションの将来ビジョン

及びロードマップ

定常シミュレーターPRO/II

新プラットフォームSimCentral

02

AVEVAがご提供するシミュレーションの将来ビジョン


改善、革新そして融合

AVEVA PRO/II Process Engineering

AVEVA SimCentral Simulation Platform

AVEVA Engineering

AVEVA Unified Engineering




ロングセラー商品PRO/IIの継続した改善

AVEVA PRO/II Process Engineering

• 汎用性の高い定常シミュレーター• 1987年に開発を開始以来、世界中の

オイルメジャーなどがご利用• 現在も果敢に新機能開発

5




新技術を駆使したSimCentralの革新的開発

AVEVA SimCentral Simulation Platform

• 2017年発表の新開発シミュレーションプラットフォーム

• シミュレーションとプロセス運転を融合するデジタルツインを通し次世代プロセスエンジニアリングを実現化

• 定常⇔評価⇒非定常モード間を単一モデルで検証可能

6




デザインツールとの融合を実現するUnified Engineering

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AVEVA Engineering

• プラントのデジタル化を推進するPFD、P&ID及び3D設計ツール

• プロセスエンジニアリングツールであるPRO/II及びSimCentralと連携可能


AVEVA PRO/II Process Engineeringのロードマップ2018年 2019年将来計画

2018年の搭載機能数：40以上 2019年：30以上 2020年以降

物性推算

• BVLE線図の拡張

• Fill optionにUNIFACを追加• 熱交換関係の流体物性の改善

• エクセルのマトリックス型Kijデータのコピー/ペースト

• 更なる拡張

単位操作

• LNG熱交換器、蒸留塔、Calculatorユニットの拡張

• INPLANTのPIPEユニットを導入

• ポンプ性能曲線の追加• 新ユニット: 安全弁、加湿器、スチーム

エジェクター• 蒸留塔ユニットの理論段数をケース

スタディーの変数として設定可能

• プラグフロー反応器ユニットの拡張

操作性

• Message、Warning、診断メッセージの改善• Plot機能の向上• Bubble表示の導入などの拡張

• Plotのドックオプション

• 収束状態を自動でファイル保存• 未収束ユニット検索の容易化• ストリーム/ユーティリティープロパティー

テーブルの独立ウィンドウオプションの追加

• Controllerやループの収束性向上• 設定値のサマリー機能

レポート

• ストリーム/ユーティリティープロパティーテーブルの改善と変数の追加

• Heat curvesの拡張

• COM、Excelレポート、ポータル、ストリーム/ユーティリティープロパティーテーブルでの出力内容の拡張

• レポートテンプレートの作成及び活用

• インターフェース上のエクセルギーレポート

• PRO/II limited ElectrolyteデータバンクとOLI Full Electrolyte データバンクの明確な分離

• DIPPR及び KGPackingの各年更新

• 費用推算ツールCleopatraへのリンク• AVEVA Unified Engineeringへのリンク構想

• AVEVAライセンスの追加• DIPPRの各年更新

• AVEVA Unified Engineeringへのリンクの完成

• SimCentralへのモデル移行機能• DIPPRの各年更新• エンジニアが容易に利用できるツール

であるためのクラウド機能などの開発

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AVEVA SimCentral Simulation Platform Roadmap2018年 2019年将来計画

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2018年の主な開発分野 2019年の主な開発分野 2020年以降の主な開発分野

• ユーティリティー：クーリングウォーター及びスチーム

• フレア・安全システム

• ユーティリティー分野の拡張• フレア・安全システム分野の拡張• 化学系プロセス

• 化学分野の拡張• 石油化学分野• 石油精製分野

2018年のﾘﾘｰｽ：ver. 3.0-3.2 2019年のﾘﾘｰｽ：3.3及び4.0 2020年以降のﾘﾘｰｽ：4.1, 4.2, 5.0

物性推算

• SRK、PR、SRKM、NRTL、UNIFAC、UNIQUACの追加 • 液相活量係数型式へ状態方程式型フガシティ―の組み込み設定オプションの追加

• Hayden O’Connell式の追加• ユーザーライブラリの読み込み機能の追加

• 電解質機能の拡充• SRKH及びLee Kessler式の追加

プロセスライ

ブラリ

• 蒸留ユニットの非定常計算の簡便化• 転化率型、平衡、PFR、反応器の追加• サーモサイフォンリボイラーの追加

• 反応蒸留機能の追加• Plate Fin Heat Exchanger、Spiral Would Heat Exchanger

ユニットの追加• 熱・マテリアルバランスのエクセルﾚﾎﾟｰﾄ機能の追加• Rigorous PipeユニットのDynamicsモード対応• Heat、BVLE Curvesユニットの追加

• 速度論型蒸留機能の追加• Gibbs反応器及びRigorous熱交換器の追加• 複数のコンプレッサー性能曲線参照機能の追加• 圧力変動吸着ライブラリ及び

リファイナリー反応器ライブラリの追加

その他のライ

ブラリ

【フレア】• Rigorous PipeユニットのDynamicsモード対応• 圧力損失のMiller式オプション追加

【Transient Flow】• ウォーターハンマーモデルの追加• 熱交換器の配管欠損モデルの追加

• JISなど配管サイズデータベースの拡張

• 冷水系のレポート機能【フレア】• DIERS（米国緊急回避システム研究所）による評価• エクセルレポート• SIEMENS社PSPPMとのインターフェース開発

機能

• Profileプロット、Scenario機能、Table機能の追加• OSI PIデータの取り込み機能の追加

• 設計最適化ツール• Global VariablesとParametersの一部をグローバル化• Variablesのグループ分類及び表示• 式の外部インターフェース機能• Messageウィンドウ及び台形法積分オプションの追加

• 充実したグラフィックを持つサブフローシート• DYNSIMとのインターフェース開発• AI解析とのインターフェース開発• HTRI Exchanger Suiteへのエクスポート機能• スチームバランスのレポート機能

• AVEVAライセンスの追加• AVEVA Unified Engineeringへのリンクの完成

• PRO/II及び社外シミュレーターへのモデル移行機能

AVEVA Unified Engineering概念設計、FEED（基本設計）及び詳細設計を統一されたデータベースから実施可能！デジタルツインを“物理資産のデジタル情報”＋“プロセス挙動解析”で実現！

プロセスｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ

Fluid Flowﾓｰﾄﾞで評価ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ

Dynamicsﾓｰﾄﾞのｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ

PFD PID 3D

エンジニアリング及び

3Dデータベース

プラントの熱・物質収支をシミュレーション

1

プロセスデータを参照して複数の設計ケースを比較

2

機器、配管、計器や制御系の詳細設計

4

機器データをシミュレーションへ上書き5

プラント挙動及び制御性を検証

7

FEED資料の作成3

機器や配管のサイズ検証6

物理資産のﾃﾞｼﾞﾀﾙ情報

プロセス挙動解析

10 © 2019 AVEVA Group plc and its subsidiaries. All rights reserved.

ご紹介内容


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© 2019 AVEVA Group plc and its subsidiaries. All rights reserved.12

【PRO/II】約40年開発継続中の汎用定常シミュレーター

石油精製、石油化学、化学、ガスプロセッシングなど幅広いプロセスのモデリングが可能

石油精製

石油及びｶﾞｽﾌﾟﾛｾｯｼﾝｸﾞ

金属・鉱物

化学石油化学

ﾊﾞｲｵ・次世代燃料

定常シミュレーションの役割

• 新しいプロセスの設計• 複数ケース間の検証• プラントの更新・改良検討• 環境基準に対する査定• トラブル原因の探求・回避• 製造量と利益の把握・最適化

【PRO/II】搭載予定の主な新機能


ver. 10.3: 2020年春以降のリリース予定

物性推算関係

• 二成分間相互作用

ﾊﾟﾗﾒｰﾀｰをﾏﾄﾘｯｸｽ型

でｺﾋﾟｰ＆ﾍﾟｰｽﾄ

単位操作ユニット

• 新ﾕﾆｯﾄ：安全弁、加

湿器、ｽﾁｰﾑｴｼﾞｪｸﾀｰ

• 蒸留塔段数のｹｰｽｽﾀ

ﾃﾞｨｰの変数設定

• 回帰したﾎﾟﾝﾌﾟｶｰﾌﾞ

から吐出圧計算

操作性の改善

• 収束状態の自動保存

• ﾊﾟｽﾜｰﾄﾞによる保護

（物性ﾃﾞｰﾀ、反応ﾃﾞｰﾀ、ﾌｧｲﾙ全体）

• 未収束ﾕﾆｯﾄ及びｽﾄﾘｰﾑの強調表示

• ｽﾄﾘｰﾑ及びﾕﾆｯﾄﾌﾟﾛﾊﾟﾃｨｰﾃｰﾌﾞﾙの

独立ｳｨﾝﾄﾞｳｵﾌﾟｼｮﾝ

•✋ｶｰｿﾙによる表示箇所調整

• ｽﾄﾘｰﾑ更新情報のｳｨﾝﾄﾞｳ表示

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加湿器ﾕﾆｯﾄ

算出した飽和蒸気圧と分圧

→相対湿度を計算

安全弁ﾕﾆｯﾄ

ｾｯﾄﾎﾟｲﾝﾄと背圧設定

→API 520に準拠した

必要面積を計算

ｽﾁｰﾑｴｼﾞｪｸﾀｰﾕﾆｯﾄ

設計ﾓｰﾄﾞ)運転条件

→必要径や面積を計算

検証ﾓｰﾄﾞ)ﾉｽﾞﾙ径や圧力

→吸入・出口流量を計算



単位操作ユニット：新ユニットの搭載

日本のお客様からのリクエストにお応えしました

① 流量-吐出圧のデータを複数セット入力し、性能曲線を回帰

② フィード流量に対する吐出圧を算出


【PRO/II】搭載予定の主な新機能単位操作ユニット：ポンプカーブの回帰及び吐出圧計算




【現状】蒸留塔ユニットの理論段数設定は常にスペック⇒ケーススタディーやコントローラーで段数を変数にはできない（フィード、中間抜き出し及びヒーター段を変数にする検討は可能）

【新機能】ケーススタディーの変数オプションとして蒸留塔の段数を追加（仮定：フィードや製品ストリーム段を初期設定し、理論段数と比例関係）⇒設備費 vs 運転費の経済性解析効果を向上！⇒製品の要求スペックを満たす可能性を向上！


単位操作ユニット：蒸留塔ユニットの理論段数をケーススタディー


【PRO/II】搭載予定の主な新機能操作性：収束状態の自動保存

【現状】一定時間毎にモデルを自動保存するオプション

【新機能】未収束状態になってしまった際に戻れる様、収束状態を自動保存（オプションではない）

⇒収束状態を都度自動保存することで、最終収束状態へ戻れる機能。“Undo”の効果を持つ


ご紹介内容


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SimCentral Simulation Platformデジタルツインで次世代エンジニアリングを実現するために自社開発中

SimSciの物性推算機能

定評のあるSimSciが開発した物性推算機能及び全ての一般的な物性推算手法を精度良くスピーディーに読み込む

ライブラリ型構造

一般的なProcessシミュレーションのみならず、プロセスユーティリティー向けライブラリ(Steam及びCooling

water)やFlareも提供

数式開示型

内部計算式が確認できるため、独自編集し易い

設計、評価そして非定常検討

定常、評価、非定常モード間を潤滑に移行し、プロジェクトサイクルの中で、エンジニアリング領域との連携及びモデルの再活用を推進

数式型ソルバー

最新の数学的知見を用いた計算安定性の高いEquation-

oriented(数式型)ソルバーで、リサイクルの多いプロセスも効率的に解く

高い操作性

対話型で、操作毎に計算解を表示。Undo（戻る）機能によりスピーディーにモデル検証可能

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新たな応用分野

拡張性に優れたプラットフォームを活用し、バッチ、電力供給などの新しい分野のプロセスシミュレーションへ展開

蒸留の非定常解析

SimCentralのモデル例

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冷水系スチームバランス

負圧の配管系熱交換器の管破損水撃

コンプレッサーの非定常解析化学系プロセス

フレア系の非定常解析

シンプルな冷水系から複雑な化学プロセスまで

【SimCentral】化学プロセスの検討


必要機能が搭載済み

【主な機能】• ループの高い収束性をもたらす

リサイクルユニット

• 化学系反応器

• 化学系向け物性推算

• 設計最適化

• ３モード間をまたいだ検討

【2020年の機能拡張】• 速度論型蒸留

• 電解質

【SimCentral】石油精製プロセスの検討


開発中

【主な機能】• 熱・物質収支計算

• 石油系成分の物性推算

• 定常から非定常モードまで

【2020年の機能拡張】• 標準体積ベースの流量設定

• アッセイ及び疑似成分

• VLWE時の水の溶解度

• D86 / TBP曲線

• 硫黄追跡用パラメーターなど

(RIP)

• PRO/IIモデルの移行

• リファイナリー反応器、他開発中のモデル例：石油精製ユニット

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【SimCentral】ガスプロセッシングの検討


【主な機能】• 熱・物質収支計算

• プレートフィン熱交換器

• スパイラル熱交換器

• 定常から非定常モードまで

【2020年の機能拡張】• アミンプロセス

• コンプレッサーの複数曲線設定

• 産業をまたいだLNGプロジェクト向け固液平衡計算

• 他ツールからのモデル移行

モデルの例：LNG液化シミュレーション23

開発中

【SimCentralのモデル例】スチームバランス

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通常シミュレーターで数百個の流量スペックができないため、エクセルを使用

SimCentralは簡便にモデル化し、ベント量の最小化検討や非定常解析が可能


【SimCentralの特徴】ユニットを超えたスペック切り替え


操作例：蒸留塔3の製品スペックを満たす、蒸留塔1の還流比を計算

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シミュレーターによっては、ユニットを超えたスペック設定にはコントローラーが必要

SimCentralはユニットをまたいだスペックが可能

【SimCentralの特徴】最適化機能


操作例：コンプレッサーの消費動力が最小となる混合冷媒の成分比は？

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SimCentralは複数変数最適化機能を活用し、早く効率的に解く

【SimCentralの特徴】リサイクルループの高い収束性


リサイクルユニットのSourceへ初期設定し、素早く収束

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ユニットを順次計算するシミュレーターでは、リサイクルループの収束が困難

SimCentralの数式型ソルバーは、瞬時に解くことが可能

エクセルレポート用Add-in

▲ リボン型メニュータブ

▲ 関数入力型

▲ SCValue()関数

▲ SCDynValue()関数

▲ SCSetValue()関数

▲ SCModelList()関数

▲ その他関数

▲ 対話型関数設定

▲ Snapshot間の比較

▲ ケース間の比較

SimCentralの機能一覧Processモデルライブラリ

▲ Source / Sink

▲ Mix / Split / Header

▲ Drum (2相)

▲ Separator (3相)

▲ Column / Hydraulics

▲ Valve

▲ Relief Valve

▲ Pipe / Rig Pipe (2相)

▲ Pump

▲ Compressor

▲ レシプロ型Compressor

▲ Expander

▲ Motor

▲ Extractor (wip)

▲ Heat Exchanger

▲ Air Cooler

▲ Water/Utility Cooler

▲ Thermosyphon Reboiler

▲ Spiral Wound型熱交換器

▲ Plate Fin型熱交換器

▲ Recycle

▲ Fluid Change

▲ Burner

▲ Equilibrium反応器

▲ Conversion反応器

▲ Stirred Tank反応器

▲ Plug Flow反応器

物性推算法

▲ 産業用蒸気表IF97

▲ Soave Redlich Kwong (SRK)

▲ Peng Robinson (PR)

▲ SRKM / PRM

▲ Wilson

▲ NRTL

▲ UNIFAC (Dortmund)

▲ UNIQUAC

▲ LACTにおいて、気相をEOS設定

▲ Hayden O’Connell

▲ Grayson Streed / 改良型GS

▲ 水素異性体

▲ Span Wagnerの超臨界CO2

▲ Bosen and Engelsの電解質

相平衡計算

▲ VLE

▲ VLWE (beta)

▲ VLLE

成分データ

▲ SimSciデータバンク

▲ 石油成分

▲ DECHEMAデータの取り込み

▲ Thermodynamics Data Manager

(TDM)

2019年10月リリースのVersion 4.0まで

Controlsライブラリ

▲ Alarm (preview)

▲ Transmitter

▲ PID制御器

▲ On Off制御器

▲ Select

▲ Switch

▲ Anti Surge

▲ Wave (preview)

Toolsや特殊機能

▲ Snapshots

▲ Trends

▲ Profile Plots

▲ Heat Curve

▲ BVLE Curve

▲ Scenario

▲ Curve (画像読み込み)

▲ Stream / Equipment Table

▲ OSI PIからのデータ取り込み

▲ グローバル変数

その他

▲ 64 Bit計算

▲ 単一ユーザーアカウントへのインストール

▲ 複数ユーザーアカウントへのインストール

▲ トークン型ライセンス

▲ Calm型ライセンス

モデルライブラリ

▲ Process

▲ Cooling Water

▲ Steam

▲ Flare

▲ Transient Flow

▲ Fluids操作性

▲ 現代的なリボン型メニューバー

▲ Undo / Redo機能

▲ ユニットを超えた複数変数型計算

▲ 継続的な計算更新

▲ 原因箇所にエラーと警告メッセージを表示

▲ 単位系の設定

▲ User Roles（役割）設定

シミュレーションモード

▲ ３つのモード

▲ (1) Processモード

▲ (2) Fluid flow / 検証モード

▲ (3) Dynamicsモード

▲ どのモードへも戻れる

▲ 設計最適化機能

ソルバー管理

▲ 継続的な計算

▲ 自由度の高い変数スペック

▲ スペック解析結果の表示

▲ 素早い数式型解法

▲ 安定性の高いブロック再構築計算

▲ オイラーの陰解法積分による非定常計算

▲ 台形型陰解法積分オプション

▲ スナップショットの再現

Model作成機能

▲ Model Writing Role

▲ Parameters

▲ Conditions

▲ Variables

▲ Equations

▲ Ports

▲ Sub models

▲ Connections

▲ Icons

▲ 瞬時にType変更を反映

▲ APIなどの外部参照式

表記 (beta/preview)：ﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ募集中の機能、 (wip)：開発中機能28 © 2019 AVEVA Group plc and its subsidiaries. All rights reserved.

ご紹介内容


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ご提案：コンセプト検討からデジタルツインへ単一プラットフォームで全てのエンジニアリング業務とデータ管理⇒デジタルツインを実現

プラントのライフサイクルに渡るシミュレーション

• 単一のシミュレーションプラットフォームが、部署を超えた連携を実現

• プロセスエンジニアリングと制御対策の相互検討を可能に

Unified Engineeringと設計業務

単一で、データベースを中枢においたプラットフォーム⇒エンジニア間の協業を可能に⇒すべてのエンジニアリングデータを一括管理

• 基本設計（FEED）～詳細設計間のフィードバック検討を可能に

• 作業状況の自動更新• 効率的な連携• デジタルツインを実現する

データモデル

Unified Engineering

30 © 2019 AVEVA Group plc and its subsidiaries. All rights reserved.

Unified Engineeringにおけるプロセス設計

• 計算データをエンジニアリングデータ

ベースで共有することにより、

想像性の高い設計判断を可能に

• 新設・改良設計に適用可能

• プロセスオーナー：シミュレーション

モデルでプラント運転を再現し、

常時更新して解析に活用

• 設計会社：複数ケース間の最適検討の

迅速化によるサービス向上


PRO/IIとSimCentralのUnified Engineeringへの統合

PRO/IIデータのUnified Engineeringへの出力

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PRO/IIデータをPFDへ上書き

Unified Engineeringにおけるフィードバック検討

① 熱・物質収支データ

をAVEVA Engineering

へ出力

② 制御弁のCvや熱交換

器面積をSimCentralへ

フィードバック

③ 同じモデルで

プラント挙動を確認


SimCentralの活用例

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Unified Engineeringで業務改善を！

素早いプラント設計

• プロセスエンジニアから

熱・物質収支データを取得

• データシート作成機能により、

手作業のデータ移行に伴う

間違いや時間を削減

• 更新データによる影響を

即座に認識可能

迅速なﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ評価

• 設計データをインポート※熱交換器面積、制御弁のCV、

ポンプの性能曲線、蒸留塔のトレイデータ、

配管の3次元データなど

• 圧力基準の状態確認※制御弁の運転開度、ポンプの運転点や

吸込揚程、蒸留塔のハイドロリックスや

フラッディング係数、配管の流動様式、

フレア放出弁の背圧など

• 同一の定常モデルで検討可能

運転前検証

• 制御コンセプトの確認

• タンクの貯蓄時間の検証

• 同じ定常モデルで

３モードを検証可能

熱・物質収支データが共有できるだけではありません

DYNSIMPRO/II

SIMCENTRAL SIMULATION PLATFORM

非定常シミュレーション

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Fluid Flowモード評価ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ

定常シミュレーション

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@avevagroup

ABOUT AVEVA

AVEVA is a global leader in engineering and industrial software driving digital transformation across the entire asset and operational life cycle of capital-intensive industries.

The company’s engineering, planning and operations, asset performance, and monitoring and control solutions deliver proven results to over 16,000 customers across the globe. Its customers are supported by the largest industrial software ecosystem, including 4,200 partners and 5,700 certified developers. AVEVA is headquartered in Cambridge, UK, with over 4,400 employees at 80 locations in over 40 countries.

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