Aplikácia paralelných výpočtov pri identifikácii nebezpečenstiev v chemických procesoch [vedanadosah.sk]

Vývoj inteligentného systému na posudzovanie bezpečnosti komplexných výrobných procesov je témou práce Ing. Mateja Danka, Fakulta chemickej a potravinárskej technológie, Slovenská technická univerzita v Bratislave. Ide o projekt, ktorý výrazne prispieva k inovácii doteraz zaužívaných štandardných teoretických postupov identifikácie nebezpečenstva v snahe predísť situáciám, ktoré môžu viesť k havárii či zníženiu produkcie skúmaných chemických jednotiek. Práca je zameraná na zostrojenie prototypov softvérových nástrojov schopných využiť detailné matematické modely chemických jednotiek na automatickú – softvérovo riadenú identifikáciu nebezpečenstiev. Pri riešení autor projektu úzko spolupracuje s kolektívom odborníkov z oblasti bezpečnostného inžinierstva s dlhoročnou praxou v tomto obore.
Projekt Aplikácia paralelných výpočtov pri identifikácii nebezpečenstiev v chemických procesoch patrí medzi projekty, ktorým bol udelený grant Slovenskej technickej univerzity v Bratislave (STU).
Náplňou projektu je preskúmať možnosti využitia paralelných výpočtov pre potreby chemického a bezpečnostného inžinierstva za účelom mnohonásobného zrýchlenia a zefektívnenia výpočtových postupov. Aplikácia paralelných výpočtov má byť demonštrovaná na konkrétnych prípadových štúdiách riešených v rámci výskumu identifikácie nebezpečenstva modelovým prístupom, ktoré boli doteraz riešené klasickým sekvenčným spôsobom. V prvom rade ide o testovanie paralelizácie výpočtu na jednoduchých fundamentálnych procesoch z oblasti chemického inžinierstva, ale aj efektívne modelovanie destilačnej kolóny ako príklad riešenia veľkej sústavy nelineárnych rovníc a taktiež presný opis rovnováhy kvapalina – para. V ďalšom kroku sa má testovať implementácia týchto postupov do širšej bezpečnostnej analýzy prístupom matematického modelovania. „Ako nosná metodológia procesu identifikácie nebezpečenstva sa použije HAZOP technika, ktorá sa vďaka svojej systematickej povahe vníma ako najefektívnejšia a najlepšie algoritmizovateľná. Poslednou časťou projektu je testovanie kombinovania paralelných výpočtov s už pripravenou metodológiou identifikácie nebezpečenstva modernými Monte Carlo metódami, ktoré svojou heuristickou podstatou taktiež umožňujú paralelizáciu. V širšom kontexte sa uvedené postupy ďalej použijú vo výskumnom projekte tvorby robustného softvéru na automatickú HAZOP analýzu. Takýto nástroj využívajúci paralelné výpočty môže výrazne prispieť k skráteniu času potrebného na vykonanie bezpečnostnej analýzy komplexných chemických jednotiek a tak prispieť v budúcnosti k dynamickejšej implementácii modelového prístupu v priemysle,“ uvádza sa v anotácii projektu.
Medzi ciele projektu patrí paralelným programovaním zostrojiť algoritmy modelov na detailný opis rovnováhy kvapalina – para pre systém dietylamín a etanol z nameraných experimentálnych údajov; ďalej prevádzkový výpočet priemyselnej destilačnej kolóny systému voda a amoniak; porovnať a prezentovať výsledky dosiahnuté paralelizáciou (namerané zrýchlenia výpočtu) s výsledkami dosiahnutými klasickými sekvenčnými postupmi, ale aj už pripravenými, ktoré boli dosiahnuté čiastočnou paralelizáciou na CPU pre vyššie spomínané prípadové štúdie. Ďalej sa autori projektu snažia previesť implementáciu vytvorených postupov paralelizácie do širšej bezpečnostnej analýzy prístupom matematického modelovania, kde prípadovými štúdiami budú produkciou alkylpyridín N-oxidov a propylén glykolu, vykonať sériu paralelných Monte Carlo simulácii na vyššie spomínaných prípadových štúdiách výrobných procesov, prezentovať výsledky z experimentov na konferenciách SSCHI 2018 v Tatranských Matliaroch (SR), ICCT 2018 v Mikulove (ČR) a CISAP v Miláne.
Ako uvádza Ing. Matej Danko veľa z naplánovaných výziev je už splnených. Aktuálne posielajú CC článok do zahraničného žurnálu na recenzné konanie. „Výstupom širšieho výskumu Identifikácie nebezpečenstiev v chemických procesoch by mala byť ucelená metodológia pripravená na následné algoritmizovanie do softvérového prostredia a vytvorenie tak robustného softvéru na automatickú identifikáciu a hľadanie procesných rizík,“ uvádza realizátor projektu.
V rámci výskumnej skupiny vedecký tím spolupracuje s odborníkmi z priemyslu, ktorí sa aktívne a pravidelne venujú bezpečnostným analýzam v slovenských podnikoch. Osobne taktiež Ing. Matej Danko spolupracoval s výskumným tímom na Dánskej technickej univerzite v Kodani počas polročnej výskumnej stáže. Projekt, na ktorý získal grant STU, je súčasťou väčšieho výskumu dizertačnej práce a taktiež výskumu vedecko-výskumnej skupiny bezpečnostného inžinierstva na Oddelení chemického a biochemického inžinierstva FCHPT; celkovo tu pôsobí 5 členov – vedcov.