Waste production, carbon dioxide atmospheric accumulation and dependence on finite natural resources are expressions of the unsustainability of the current industrial networks that supply fuels, energy and manufacturing products. In particular, circular manufacturing supply chains and carbon control networks are urgently needed. To model and design these and, in general, any material networks, we propose to generalize the approach used for traditional networks such as water and thermal power systems by using compartmental dynamical thermodynamics, graph theory and the force-voltage analogy. The key idea is that the compartments and their connections can be added, removed or modified as needed to achieve a circular flow. The generalized modeling methodology is explained and demonstrated using a biomethane supply chain as an example. We also designed a nonlinear controller and evaluated its effect on the network. Finally challenges and future research directions are discussed. The paper source code is publicly available.


翻译:废物生产、二氧化碳大气积累和对有限自然资源的依赖是目前供应燃料、能源和制造产品的工业网络不可持续性的表现,特别是迫切需要循环制造供应链和碳控制网络,为了建模和设计这些网络和一般而言的任何材料网络,我们提议通过使用分节动态热力动力学、图理和力压类比,推广水和热能系统等传统网络所采用的方法,关键思想是,为了实现循环流动,可以增加、删除或修改隔板及其连接。通用模型方法以生物甲烷供应链为例加以解释和示范。我们还设计了一个非线性控制器,并评价其对网络的影响。最后讨论了挑战和未来研究方向。文件源代码是公开提供的。

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