磷化工技术评价决策支持系统开发*

汤建伟，张洋洋，化全县，刘咏，江振西，刘丽，何凤斌

（郑州大学化工与能源学院，国家钙镁磷复合肥技术研究推广中心，河南郑州450001）

化工装备与设计

磷化工技术评价决策支持系统开发*

汤建伟，张洋洋，化全县，刘咏，江振西，刘丽，何凤斌

（郑州大学化工与能源学院，国家钙镁磷复合肥技术研究推广中心，河南郑州450001）

根据决策支持系统理论，以微软SQL Server 2005数据库管理开发系统软件和J2EE技术为开发工具，构建了磷化工技术评价决策支持系统。描述了该系统构建的基本框架、流程、功能和运行步骤，并提供了电炉制黄磷工艺实例。该系统将为磷化工技术评价提供辅助决策和评判功能。

磷化工；决策支持系统；技术评价；电炉制黄磷

中国于20世纪80年代中期开始开发计算机辅助专家决策支持系统（DSS）［1］。20世纪90年代初，笔者开发了磷肥工业数据库和钙镁磷肥工艺软件，该系统对磷矿做出能否用于钙镁磷肥生产的评价，对可用性磷矿给出磷矿、溶剂和燃料之间的配料比，并同时进行工艺物料、热量衡算，为用户提供评价报告［2］。目前在区域发展规划、管理工程中，中国已有许多DSS研究成果。如，郭旭文［3］于21世纪初开发了长株潭地区生态构架调控决策支持系统。然而，在磷化工领域，DSS还没有得到充分开发和应用。“磷化工工艺微观决策支持系统”是郑州大学主持的“十一五”国家科技支撑计划课题的组成部分，分为技术评价、经济评价、环境评价和安全评价4个评价功能子系统［4］，其中的“磷化工技术评价决策支持系统（DSS-TAPI）”是该系统的基础功能性评价子系统。笔者描述了DSS-TAPI的构建方法及过程，展示了电炉制黄磷工艺实例。

1 DSS-TAPI组成框架

DSS-TAPI能够实现磷化工工艺流程模拟、物料和热量衡算、技术评价等目标。该系统由决策支持系统的人机交互、模型库管理和数据库管理3个系统构建［5］，各系统设置相应的对话部件、模型部件和数据部件。DSS-TAPI结构图如图1所示［6］。

图1 磷化工技术评价决策支持系统结构图

1.1 人机交互系统

DSS-TAPI人机交互系统的对话部件是与磷化工用户间的交互界面，包括登录系统、程序驱动菜单、数据修改接口、数据录入接口、评价结果保存和打印等。磷化工用户输入工艺相关信息并录入相应参数后，DSS-TAPI向用户显示系统运行的最后结果。其功能如下：1）提供友好恰当的前台界面显示和对话形式；2）实现系统数据信息输入向执行和显示输出转换；3）控制系统的人机交互、模型库管理和数据库管理综合集成和有效运行。

1.2 模型库及其管理系统

模型库及其管理系统是DSS-TAPI的核心，包含磷矿评价模型、动态工艺流程图模型、物料和能量衡算模型、设备选型模型和报告生成模型。模型采用模块化独立设计编制，模型数增减、程序代码修改等互不影响，系统具有良好的通用性和扩展性［7］。

1.3 数据库及其管理系统

DSS-TAPI数据库系统存储磷化工工艺技术信息及模型运行中的所有数据，方便人机对话和模型数据处理调用。该数据库管理系统完成数据库建立、删除、修改、维护，数据存储、检索、索引、统计等功能。存储数据主要分为5类：用户信息、工艺种类、磷矿基本信息、物料衡算数据和能量衡算数据。用户信息数据库主要记录保存用户名、密码、工作单位和联系方法等；工艺种类数据库储存了磷化工工艺种类、工艺简介等相关信息，供用户进行工艺选择或者系统调用等功能；磷矿数据库用于存储产地、成分以及中国磷矿资源分布等相关信息，用户可以从数据库中直接调用已有资料的磷矿数据或者自己输入磷矿数据并保存入数据库中；物料和能量数据库存储了工艺模拟计算中物料和能量衡算所涉及的输入输出数据，以支撑系统前台页面的运行。

2 DSS-TAPI功能

1）原料适用性评价 磷化工生产主要原料为磷矿，而中国磷矿石种类繁多、品位不同，适用性评价是对所选磷矿给出初步判定：该磷矿是否适用于某磷化工加工工艺，并推荐该磷矿加工的最佳适用工艺。

2）物料衡算 工艺流程确定以后，根据原料与产品之间的定量转化关系，计算出主要原料消耗定额，各种中间产物、产品和副产物的物流量，生产过程中各阶段的消耗量以及组成，进而为热量衡算和设备选型打基础。

3）能量衡算 以物料衡算为基础，对工艺过程进行能量衡算可确定达到一定物理或化学状态须向设备传出的热量，从而为设备选型提供基本数据支持。

4）设备选型 设备选型是工艺设计的基础，是项目投产以前的必要环节。技术评价中的设备资料是系统进行经济、安全和环境评价的基础。

5）动态工艺流程图 工艺流程图可以更直观地帮助用户了解工艺的生产流程，在流程图上加载动态浮动窗口数据，可以使用户更清晰地了解主要物料及能量消耗或产出。该系统设计是面向用户的，动态工艺流程图可以向用户提供清晰、生动、明了的视觉感受。

3 DSS-TAPI开发过程

3.1 需求分析

1）评价目标。磷化工产品分为磷酸、磷复肥和磷酸盐3大类，在磷酸、磷复肥和磷酸盐生产工艺中选取典型工艺作为评价目标，并做出工艺树。2）选择评价模型。评价模型包括矿石可用性评价、物料衡算、能量衡算和设备计算模型。通过该模型和人机对话平台即前台页面的交互，用户输入工艺相关信息和操作参数后，系统进行一系列后台运算，将各项结果以报表形式反馈给用户。3）整理磷矿评价资料。对评价目标工艺进行物料、能量衡算和设备计算，并做相应的物料、能量及设备数据字典，绘制动态工艺流程图［8-11］。4）确定评价报告形式。评价结果最终以评价报告的形式输出，供用户查看或者下载保存。技术评价报告包括工艺可行性分析、物料衡算数据分析、能量衡算数据分析和设备分析4部分，数据录入以后，系统自动将工艺可行性资料和物料、能量、设备计算结果报表按此格式组合生成工艺评价报告。

3.2 软件编制

1）搭建系统整体框架 以决策支持系统理论为基础，以微软SQL Server 2005数据库管理开发系统软件和J2EE技术为工具，建立各个功能模块［12-14］。将相关需求文档分类填充到对应位置。2）调试运行系统 对各部分内容进行有机整合，并解决兼容性问题。3）完善人机对话平台 系统构建基本完成后，检查前台页面存在的问题和不足之处，及时修改完善。

4 软件运行

4.1 主页面

主页是人机交互系统中最重要的页面，使用户对该系统的大概功能有所了解。磷化工微观决策支持系统主页上包括登录系统接口，个性化的LOGO设计、常用磷化工相关网络链接和各功能模块入口。

4.2 技术评价的详细流程

a.进入主页，点击技术评价进入技术评价界面。

b.选择工艺（以电炉制黄磷工艺［15］为例），进入电炉制黄磷工艺的技术评价页面。通过工艺树可以对更多工艺进行评价。

c.选择磷矿。选择工艺以后进入到地图选矿界面。将主要矿区的矿石信息标注到Flash地图上，可以方便用户快速选择自己所需要的矿石进行测评，鼠标移至某矿点即显示该矿点矿石的组分。如果在图上没有用户所需要的内容，还可以自行输入矿石组分。选择某矿点矿石以后系统会根据矿石组分及各种工艺用磷矿石国家标准对磷矿石进行初筛。比如现在做的是电炉制黄磷工艺技术评价，如果矿石评判结果不符合黄磷用磷矿石国家标准，则用户可以返回选矿页面重新选择磷矿石。

d.基本工艺操作参数的录入。磷矿选择完成以后，页面跳转到数据录入界面。录入参数分为两类，一是原料流量及组成，二是工艺操作参数。每一个工艺技术评价中都设置了一组默认值，用户可以直接用该组默认值进行工艺技术评价，也可以另行输入数据。数据录入页面上设置了“数据清零”和“恢复默认值”按钮，可以方便用户快速录入数据。数据录入页面如图2所示。

图2 数据录入界面

e.动态工艺流程图和报表单元。

1）动态工艺流程图 根据文献中的工艺简图和详细的工艺流程介绍，绘制了动态工艺流程图，点击“开车”按钮Flash文件开始播放，模拟实际工艺生产过程。鼠标滑过某一设备时流程图上显示出相应的设备名称。数据录入之前流程图上只显示物流名称，物流量为空。数据录入完成以后，系统自动将主要物料和能量衡算数据加载到动态工艺流程图上，使用户可以清晰地看到工艺流程、工艺主要原料消耗和产品量。电炉制黄磷工艺流程如图3所示。

图3 电炉制黄磷工艺流程图

2）报表单元 报表单元包括主要原料消耗定额以及工艺流程中各部分物料衡算和能量衡算的详细报表，用户可以通过报表单元看到工艺过程中各主辅物流的产生量。电炉部分输出报表如图4所示。输出报表采用了多种多样的表现形式，首先在表格中列出各部分输入和输出物料（能量），还用饼状图和柱状图分别对输入和输出物料（能量）进行分解，使用户对该部分输入物料（能量）和输出物料（能量）比例清晰明了。

电炉部分输出报表

图4 电炉部分输出报表

f.保存评价。用户查看完报表以后可以保存评价，以便下次调用。该工艺技术评价完成以后还可以继续进行经济评价、环境评价和安全评价。用户可以自由选择，如果本次只做技术评价，保存完成以后，下次做该工艺的经济、环境或安全评价时，可以通过输入评价名称，调用此次技术评价数据。

g.输出报表。整个工艺的技术评价完成以后系统自动生成PDF格式技术评价报告，供用户查看或者下载保存。

5 结论

DSS-TAPI评价软件的开发，为磷化工行业技术人员提供各类工艺技术评价相关信息，同时结合经济、安全和环境评价等功能，将提供较为完整的磷化工工业综合评价信息。将现代DSS技术运用到磷化工领域，扩展了计算机信息技术在磷化工领域的应用，推动了中国磷化工产业的技术水平提升。

［1］ 邓苏，张维明，黄宏斌.决策支持系统［M］.北京：电子工业出版社，2009：1-13.

［2］ 汤建伟.磷肥工业数据库与钙镁磷肥工艺软件开发［D］.郑州：郑州工学院，1992.

［3］ 郭旭文.长株潭地区生态架构调控决策支持系统的研制［D］.长沙：中南林学院，2005.

［4］ 张贤明，李雪柏，李川.废润滑油再生决策支持系统的研究［J］.环境科学与技术，2010，33（9）：201-204.

［5］ 张跃进.环境评价决策支持系统研究［D］.阜新：辽宁科技大学，2005.

［6］ 刘项，汤建伟，化全县，等.磷化工工艺决策支持系统的构建［J］.计算机与应用化学，2010，27（8）：1-4.

［7］ 霍利，刘晓涛.灌区管理DSS系统的开发与应用［J］.民营科技，2009（6）：15.

［8］ 吴志泉，涂晋林，徐汛.化工工艺计算（物料、能量和火用衡算）［M］.上海：华东化工学院出版社，1992：1-412.

［9］ 吴德荣.化工工艺设计手册［M］.4版.北京：化学工业出版社，2009：1-890.

［10］ 王静康.化工过程设计［M］.北京：化学工业出版社，2006：1-506.

［11］ 程凤娟，王定，陈笑，等.中文版FlashMX2004实用培训教程［M］.北京：清华大学出版社，2004：1-218.

［12］ 尚峰，张瑞娟.Photoshop 7.0基础教程中文版［M］.北京：北京希望电子出版社，2003：1-267.

［13］ 邓宁.网页设计与制作Dreamweaver MX 2004［M］.北京：人民邮电出版社，2007：1-273.

［14］ 周奇，余桥伟.SQL SEAVER 2005数据库及应用［M］.北京：清华大学出版社，2010：1-290.

［15］ 江善襄.磷酸、磷肥和复混肥料［M］.北京：化学工业出版社，1999：561-612.

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

汤建伟（1964—），男，博士，博士生导师，教授，主要研究方向为生态化工技术研究与开发。

“十一五”国家科技支撑计划课题（2007BAE58B07）。

联系方式：tangjw@126.com