مقایسه نرم افزارهای کامسول Comsol، اسپن پلاس Aspen Plus و اسپن هایسیس Aspen Hysys

در دنیای مهندسی شیمی، نرم‌افزارهای بسیاری هستند که با هدف مدل‌سازی و طراحی فرایندهای شیمیایی در اختیار مهندسان و متخصصان قرار می‌گیرد. با گسترش امکانات و فناوری، این سؤال پیش می‌آید که کدام نرم‌افزار می‌تواند نیازهای ما را بهتر برآورده کند؟ انتخاب نرم‌افزار مناسب نقش کلیدی در دقت، سرعت و کیفیت تحلیل‌ها دارد. در این مقاله به معرفی نرم‌افزارهای COMSOL, Aspen Plus, Aspen HYSYS می‌پردازیم و مزایا و معایب هرکدام را بررسی می‌کنیم. در ادامه، با کنار هم قرار دادن ویژگی‌های نرم‌افزارها و مقایسه آنها به شما کمک می‌کنیم تا بتوانید مناسب‌ترین برنامه را برای خودتان انتخاب کنید. همچنین برای کسب اطلاعات بیشتر راجب رشته مهندسی شیمی می‌توانید مقاله مهندسی شیمی چیست؟ را مطالعه کنید.

معرفی نرم‌افزارها

ابتدا با هر نرم‌افزار آشنا می‌شویم:

معرفی نرم‌افزار کامسول COMSOL

نرم‌افزار COMSOL زیر نظر شرکت نرم‌افزاری Comsol توسعه یافته که در سال 1986 توسط اسوانته لیتر مارک (Svante Littmarck) و فرهاد سعیدی تاسیس شد. نام این شرکت از اول کلمات کامپیوتر (Computer) و راه حل (Solution) گرفته شده است.
کامسول نرم افزار شبیه‌سازی پدیده‌های فیزیکی چندگانه است که با ابزارهای جامع خود به مهندسان این امکان را می‌دهد که بتوانند هر پدیده فیزیکی مختلفی را مدل‌سازی کرده، رفتار آن‌ها را تحت شرایط گوناگون بررسی کرده و طرح‌های خود را بهینه‌سازی کنند. برای آشنایی عملی‌تر با قابلیت‌های نرم‌افزار COMSOL و یادگیری کاربردهای آن در پروژه‌های واقعی، می‌توانید در دوره آموزش کامسول (COMSOL) شرکت کنید.

معرفی نرم‌افزار اسپن پلاس Aspen Plus

Aspen Plus یکی از نرم افزارهای جامع و پرکاربرد در حوزه شبیه‌سازی و طراحی فرآیندهای شیمیایی است که توسط شرکت آمریکایی (Aspen Technology (AspenTech توسعه‌یافته است. این نرم افزار در سال 1981 در پی پروژه تحقیقاتی مشترک MIT و وزارت انرژی آمریکا تاسیس شد. نام ASPEN از حروف اول عبارت (Advanced System for Process Engineering) گرفته شده و به معنای «سامانه‌ی پیشرفته برای مهندسی فرایند» است. اگر دوست دارید از امکانات گسترده‌ی Aspen Plus در طراحی فرایندهای صنعتی به صورت عملی استفاده کنید، دوره آموزش اسپن پلاس (Aspen Plus) می‌تواند شروع خوبی باشد.

معرفی نرم‌افزار اسپن هایسیس Aspen HYSYS

نرم‌افزار HYSYS نخستین‌بار در سال 1996 با عنوان HYSYS 1.1 توسط شرکت Hyprotech ارائه شد. نام HYSYS از ترکیب دو واژه‌ی (Hyprotech) و (System) ساخته شده است. بعدها این شرکت توسط AspenTech خریداری شد و نام نرم‌افزار نیز به Aspen HYSYS تغییر یافت.
HYSYS نرم‌افزاری قدرتمند برای شبیه‌سازی فرایندهای نفت، گاز و پالایش است که با مدل‌سازی فیزیکی دقیق، به مهندسان کمک می‌کند عملکرد تجهیزات و کل واحد عملیاتی را پیش‌بینی و تحلیل کنند. تسلط بر Aspen HYSYS یکی از مهارت‌های مهم در صنایع نفت و گاز است؛ با دوره آموزش اسپن هایسیس (Aspen HYSYS) می‌توانید از مبانی تا شبیه‌سازی دینامیکی را یاد بگیرید. 

معیارهای مقایسه

در این قسمت ابتدا هر کدام از ویژگی ها را توضیح می‌دهیم و سپس ویژگی هر نرم‌افزار را بیان می‌کنیم.

قابلیت‌های شبیه‌سازی

شبیه‌سازی یا simulation، توانایی تقلید رفتار یک سیستم واقعی در محیطی مجازی و تعاملی است. این قابلیت امکان آزمایش و بهینه‌سازی بدون نیاز به انجام آزمایش‌های پرهزینه و زمان‌بر روی سیستم واقعی را فراهم می‌کند.

نرم‌افزارهای شبیه‌سازی ابزارهای مدل‌سازی هندسی پیشرفته فراهم می‌کنند تا ساختارهای پیچیده طراحی شوند.

• COMSOL نرم‌افزاری مناسب برای مدل‌سازی پدیده‌های چندفیزیکی است که امکان تعریف هم‌زمان شرایط گوناگون فیزیکی و بررسی اثرات آن‌ها بر سیستم را فراهم می‌کند.
  
  
• Aspen Plus ابزاری مهم در طراحی و بهینه‌سازی فرایندهای صنعتی است و با ویژگی‌های گسترده‌ی خود نقش کلیدی در مدل‌سازی دقیق، تحلیل اقتصادی و بهینه‌سازی انرژی ایفا می‌کند.
  
  
• Aspen HYSYS بسیاری از فرایندهای رایج در صنایع نفت، گاز و پالایش را پوشش می‌دهد و برای شبیه‌سازی دینامیکی و تحلیل سناریوهای مختلف بسیار کاربردی است.

دقت و صحت نتایج

در مهندسی، «دقت» و «صحت» دو مفهوم متمایز هستند که کیفیت خروجی‌ها را نشان می‌دهند. در نرم‌افزارهای مهندسی، این ویژگی‌ها به تنظیمات مدل، کیفیت داده‌ها و انتخاب روش‌های حل بستگی دارد.

کامسول COMSOL

• دقت بسیار بالایی دارد، ولی به شدت وابسته به تنظیمات مش‌بندی و مشخصات عددی است.
• از روش اجزای محدود (FEM) استفاده می‌کند که در صورت مش مناسب، نتایج دقیق ارائه می‌دهد.
• استفاده از تست همگرایی و مش تطبیقی برای دستیابی به دقت مطلوب ضروری است.
  

اسپن پلاس Aspen Plus

• نتایج در حالت پایدار (Steady-State) بسیار قابل اعتماد هستند، به‌ویژه اگر مدل‌های ترمودینامیکی به‌درستی انتخاب شوند.
• صحت نتایج به انتخاب مناسب مدل تعادلی (VLE) و دقت پارامترهای ورودی وابسته است.
• مقایسه‌های تجربی نشان داده‌اند که تطابق خوبی با داده‌های آزمایشگاهی دارد، ولی گاهی برای ستون‌ها یا راکتورهای خاص، نیاز به اصلاح مدل است.

اسپن هایسیس Aspen HYSYS

• در شبیه‌سازی‌های پایدار و دینامیک، به‌ویژه در فرایندهای نفت و گاز، دقت بالایی دارد.
• از مدل‌های ترمودینامیکی دقیق مانند MBWR بهره می‌برد که برای فرایندهای خاص مانند مایع‌سازی گازها مناسب‌اند.
• موفقیت در دقت دینامیکی بستگی به تعریف دقیق کنترل‌کننده‌ها و زمان‌بندی صحیح دارد.

معادلات و داده‌ها

معادلات اغلب برای مدل‌سازی و تحلیل داده‌ها استفاده می‌شوند و با استفاده از داده‌های موجود، مقادیر پارامترهای معادله را می‌توان تخمین زده.

کامسول COMSOL

• معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE)
• معادلات دیفرانسیل معمولی (ODE)
• معادلات جبری و معادلات دیفرانسیل جبری (DAE)

اسپن پلاس Aspen Plus

• معادلات ترمودینامیکی
• موازنه جرم و انرژی
• معادلات حالت (EOS)

اسپن هایسیس Aspen HYSYS

• موازنه جرم و انرژی
• معادلات حالت
• معادلات ترمودینامیکی
• مدل‌های دینامیکی

سرعت پردازش

سرعت پردازش به مدت زمانی گفته می‌شود که طول می‌کشد تا اطلاعات از محیط دریافت شده، پردازش شوند و به آن‌ها پاسخ داده شود. سرعت پردازش به عوامل مختلفی مانند پیچیدگی مدل، تعداد متغیرها، و الگوریتم‌های حل بستگی دارد.
برای نصب نرم‌افزار باید از سیستم مناسب استفاد کرد،  تا سرعت پردازش کند نباشد. حداقل سیستم مورد نیاز برای نصب نرم‌افزار (تفاوتی بین نرم‌افزارها نیست) :

• سیستم‌عامل: Windows 10 یا جدیدتر (64 بیتی) 
• پردازنده: Intel i5 یا معادل آن (ترجیحاً Intel i7 یا Ryzen 7) 
• حافظه RAM: حداقل 8 گیگابایت (ترجیحاً 16 گیگابایت یا بیشتر) 
• فضای دیسک: حداقل 10 گیگابایت فضای خالی 
• کارت گرافیک: برای پروژه‌های پیچیده، یک کارت گرافیک با 8 گیگابایت VRAM

هزینه‌ها و لایسنس

هزینه‌های اشتراک هر نرم‌افزار در جدول زیر آمده است:

قیمت‌ها مربوط به سال 2025 میلادی هستند و برای مدت یکساله با حداکثر امکانات محاسبه شده‌اند. این قیمت‌ها بسته به نیاز شما می‌توانند تغییر کنند.

کاربردهای رایج و موارد استفاده هر نرم‌افزار

در این قسمت به کاربرد نرم‌افزارها می‌پردازیم. هر نرم‌افزار با ابزارهایی که در دسترس کاربر قرار می‌دهد، کارایی منحصر به خودش را دارد. با توجه به حوزه‌های اصلی کاربران نرم‌افزارها، می‌توان به کاربرهای اختصاصی آن‌ها اشاره کرد. 

کامسول COMSOL

نرم‌افزار کامسول یک پلتفرم قدرتمند برای شبیه‌سازی چندفیزیکی است که بر پایه روش المان محدود (FEM) توسعه یافته. این نرم‌افزار به کاربران اجازه می‌دهد تا مدل‌هایی با تعامل همزمان چند پدیده فیزیکی را طراحی و تحلیل کنند.

کاربردهای رایج:

• شبیه‌سازی همزمان پدیده‌های فیزیکی مانند انتقال حرارت، جریان سیال، الکترومغناطیس، صوت، واکنش‌های شیمیایی و مکانیک سازه
• طراحی و تحلیل تجهیزات پیچیده مانند موتورهای الکتریکی، مبدل‌های حرارتی، حسگرها و میکروسیستم‌ها
• مدل‌سازی فرآیندهای زیستی، پزشکی و نانوفناوری
• توسعه اپلیکیشن‌های شبیه‌سازی سفارشی برای استفاده در تیم‌های طراحی، تولید یا تحقیق
• ارتباط مستقیم با نرم‌افزارهای CAD و MATLAB برای افزایش انعطاف‌پذیری در طراحی

کاربردهای اختصاصی:

• مهندسی برق و الکترونیک: تحلیل میدان‌های الکترومغناطیسی در آنتن‌ها، سنسورها و دستگاه‌های RF (ماژول‌های RF، AC/DC)
• مکانیک سازه: بررسی تنش و خستگی قطعات مکانیکی (پل‌ها، شفت‌ها، اجزای خودرو) با Structural Mechanics
• حرارت و سیالات: مدل‌سازی انتقال حرارت و جریان سیال در خنک‌کننده‌ها، مبدل‌ها، میکروفلویدیک
• مهندسی شیمی: محاسبات واکنش-انتقال جرم و انرژی در فرایندهای شیمیایی (ماژول‌های Chemical Reaction Engineering)

چندفیزیکی بودن و امکان توسعه آپ کاربردی، مناسب پروژه‌هایی با نیاز به شبیه‌سازی همزمان چند حوزه فیزیکی است؛ همین موضوع باعث محبوبیت این نرم‌افزار شده است.

اسپن پلاس Aspen Plus

اسپن پلاس  یک نرم‌افزار تخصصی در زمینه شبیه‌سازی فرآیندهای شیمیایی است که بیشتر در صنایع شیمیایی، پتروشیمی و داروسازی کاربرد دارد. این نرم‌افزار بر پایه مدل‌های ترمودینامیکی دقیق، امکان تحلیل و طراحی فرآیندهای پیچیده را فراهم می‌کند.

کاربردهای رایج:

• طراحی و بهینه‌سازی واحدهای عملیاتی مانند راکتورها، برج‌های تقطیر، مبدل‌های حرارتی و واحدهای جداسازی
• شبیه‌سازی فرآیندهای تولید مواد شیمیایی، پلیمرها، الکترولیت‌ها و داروها
• تحلیل ترمودینامیکی و سینتیکی واکنش‌های شیمیایی
• بررسی رفتار سیستم‌های چندجزئی و غیرایده‌آل
• انجام مطالعات اقتصادی و تحلیل حساسیت برای ارزیابی پروژه‌ها

کاربردهای اختصاصی:

• طراحی و بهینه‌سازی فرآیندهای شیمیایی و نفتی: شبیه‌سازی جریان‌های واسطه، واکنش‌ها، برج‌های تقطیر، جذب و غیره
• فرآیندهای الکترولیتی: شامل بیش از ۶۰۰ واکنش و مدل‌های یونیک (ELECNRTL) 
• بهینه‌سازی رفتار حرارتی و جرم: در صنایع پتروشیمی و انرژی، برای طراحی دقیق و کاهش هزینه

برای مهندسان شیمی و پتروشیمی، اسپن پلاس  یک ابزار قدرتمند جهت توازن انرژی و جرم، تحلیل دقیق واکنش‌ها و طراحی اقتصادی فرایند است.

اسپن هایسیس Aspen HYSYS

اسپن هایسیس  بیشتر در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی شناخته شده است و برای شبیه‌سازی فرآیندهای مرتبط با هیدروکربن‌ها و گازهای طبیعی توسعه یافته. این نرم‌افزار قابلیت مدل‌سازی حالت پایدار و دینامیک را به صورت یکپارچه ارائه می‌دهد.

کاربردهای رایج:

• طراحی و شبیه‌سازی واحدهای پالایشگاهی، فرآورش گاز و تولید سوخت
• مدل‌سازی تجهیزات فرآیندی مانند کمپرسورها، پمپ‌ها، مبدل‌های حرارتی و برج‌های تقطیر
• تحلیل رفتار دینامیکی فرآیندها و طراحی سیستم‌های کنترل
• محاسبه افت فشار، انتقال حرارت و تعادل فازی در سیستم‌های پیچیده
• ارزیابی سناریوهای عملیاتی و بهینه‌سازی مصرف انرژی

کاربردهای اختصاصی:

• تولید و پالایش نفت و گاز: مدل‌سازی کامل تولید، جداسازی گاز، تقطیر، فرآوری و مایع‌سازی
• شبیه‌سازی پایداری و دینامیک: تحلیل وضعیت پایدار و انتقالی برای کنترل فرآیند
• فرایندهای زیست‌محیطی و کاهش آلاینده: مدیریت کربن‌گیری CO₂، تولید هیدروژن، سوخت‌های پایدار
• سازگاری با دیگر ابزارها: ادغام با CAD، داده‌های آزمایشگاه، سایر شبیه‌سازها برای گردش کار یکپارچه

اسپن هایسیس به دلیل رابط گرافیکی آسان، تمرکز بر صنعت نفت و گاز و قابلیت شبیه‌سازی دینامیکی، در این حوزه بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد.

به طور خلاصه در جدول زیر داریم:

نقاط قوت هر نرم‌افزار

کامسول COMSOL 

• قابلیت مدل‌سازی پیشرفته چندفیزیکی (سیالات، سازه، الکترومغناطیس و...) با دقت بسیار بالا و رابط کاربری یکپارچه
• امکان ساخت اپلیکیشن‌های شبیه‌سازی سفارشی با ابزار Application Builder
•   پشتیبانی فنی قوی، مستندات آموزشی گسترده، و جامعه‌ی کاربری فعال برای تبادل تجربه و حل مشکلات

اسپن پلاس Aspen Plus

• برخورداری از کتابخانه‌ی گسترده‌ی یونیت‌اپ‌ها (راکتور، جداسازی، تقطیر و ...) و مدل‌های ترمودینامیکی معتبر
• قابلیت مقیاس‌پذیری از آزمایشگاه تا خطوط تولید، با امکان ادغام در سیستم‌های صنعتی بزرگ
• استفاده‌ی وسیع در صنایع پتروشیمی و شیمیایی، با پشتوانه‌ی تجربی و عملی قابل اعتماد

اسپن هایسیس Aspen HYSYS

• شبیه‌سازی دقیق و یکپارچه‌ی فرآیندهای نفت، گاز و پالایش با تکیه بر مدل‌های ترمودینامیکی پیشرفته
• رابط گرافیکی مناسب با قابلیت طراحی فلوشیت، Drag & Drop و تجربه‌ی کاربری ساده‌تر
• پشتیبانی از بهینه‌سازی مصرف انرژی، طراحی تجهیزات، تحلیل ایمنی و کنترل فرایند با ابزارهای هوش مصنوعی
• بهره‌مندی از مستندات کامل، مثال‌های کاربردی و جامعه‌ی تخصصی فعال برای پشتیبانی کاربران

نقاط ضعف هر نرم‌افزار

کامسول COMSOL 

• منحنی یادگیری نسبتاً دشوار برای کاربران تازه‌کار و نیاز به صرف زمان برای تسلط بر ابزارهای تخصصی
• مصرف بالای منابع سخت‌افزاری (به ویژه CPU و RAM)، به‌خصوص در مدل‌های با درجه‌ی آزادی بالا
• گاهی ناسازگاری نسخه‌ها با یکدیگر گزارش شده که همگام‌سازی پروژه‌ها را دشوار می‌سازد

اسپن پلاس Aspen Plus

• رابط کاربری قدیمی‌تر نسبت به نرم‌افزارهای مدرن
• هزینه‌ی لایسنس بالا و نیاز به دانش تخصصی در مهندسی شیمی برای راه‌اندازی و استفاده‌ی دقیق
• در برخی فرایندهای خاص، نیاز به سفارشی‌سازی یا تعریف مدل‌های جدید توسط کاربر

اسپن هایسیس Aspen HYSYS

• یادگیری دشوار برای کاربران تازه‌کار به‌دلیل مفاهیم تخصصی و پیچیده‌ی مهندسی فرایند
• مصرف بالای منابع در شبیه‌سازی‌های پیچیده یا دینامیکی و هزینه‌ی سنگین لایسنس
• محدودیت در مدل‌سازی برخی واحدهای عملیاتی خاص (مانند جداسازی غشایی)
• در برخی موارد، احتمال بروز خطا یا توقف نرم‌افزار بدون ذخیره‌سازی خودکار

مقایسه نرم‌افزارها بر اساس معیارها

تعداد کاربر هر نرم‌افزار در حوزه‌های مختلف

صنعت نفت و گاز

در این حوزه سهم نرم‌افزارهای اسپن پلاس و اسپن هایسیس بیشتر از نرم‌افزار کامسول هست و بیشتر از 50 درصد از تقاضاهای صنعت نفت و گاز در خصوص نرم‌افزارهای اسپن پلاس و اسپن هایسیس است.

تصویر

صنایع شیمیایی، پتروشیمی و داروسازی

در این صنایع اکثر متخصصان از نرم‌افزارهای اسپن پلاس و اسپن هایسیس استفاده میکنند. کامسول در این حوزه بیشتر برای تحلیل چندفیزیکی سطح جزئی و پروژه‌های تحقیقاتی استفاده می‌شود.

تصویر

دانشگاهی و تحقیقاتی (R&D)

طبق آمار، کامسول در این حوزه با سهم بالایی حضور دارد. در آموزش عالی، پژوهش و مدیریت آموزشی، کامسول نقش پررنگی ایفا می‌کند.

تصویر

بررسی بازارکار نرم‌افزارها نشان می‌دهد که دو نرم‌افزار اسپن پلاس و اسپن هایسیس در صنایع مهندسی فرایندی (شیمیایی، نفت و گاز) کاربرد بیشتری دارند. یادگیری هرکدام از آن‌ها مهارت پایه محسوب می‌شود و تسلط در نرم‌افزارها به خصوص برای مهندسین فرآیند و پتروشیمی، ضروری است. همچنین، کامسول در حوزه‌های تحقیقاتی و دانشگاهی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگرچه کامسول در زمینه‌های چندفیزیکی انعطاف بالایی دارد، اما موقعیت‌های صنعتی آن نسبت به دو نرم‌افزار دیگر کمتر است.

جمع‌بندی

در دنیای امروز، که شبیه‌سازی به بخشی جدایی‌ناپذیر از تحلیل‌های مهندسی تبدیل شده، انتخاب یک نرم‌افزار مناسب بسته به نوع پروژه و هدف کاربر اهمیت بالایی دارد. کامسول COMSOL با توانایی در شبیه‌سازی چندفیزیکی، انتخابی مناسب برای پروژه‌های تحقیقاتی، دانشگاهی، و طراحی‌هایی است که در آن‌ها تعامل چند حوزه فیزیکی (مانند حرارت، مکانیک، و الکترومغناطیس) اهمیت دارد. این نرم‌افزار انعطاف‌پذیری بالایی دارد و برای کاربران مسلط به مدل‌سازی عددی، بسیار کارآمد است. اسپن پلاس Aspen Plus با تمرکز بر شبیه‌سازی دقیق فرایندهای شیمیایی، ابزار قدرتمندی برای طراحی، تحلیل ترمودینامیکی و اقتصادی واحدهای صنعتی محسوب می‌شود. این نرم‌افزار بیشتر برای صنایع پتروشیمی، داروسازی، و فرایندهای تولید مواد شیمیایی مناسب است. اسپن هایسیس Aspen HYSYS نیز به عنوان نرم‌افزار تخصصی در حوزه نفت، گاز و پالایش، با قابلیت شبیه‌سازی دینامیکی و تحلیل تجهیزات فرایندی، در طراحی و بهره‌برداری از واحدهای صنعتی پیچیده کاربرد گسترده‌ای دارد.

به طور خلاصه، هیچ نرم‌افزاری "بهترین برای همه" نیست، بلکه بهترین بودن وابسته به هدف، حوزه کاری، و نوع شبیه‌سازی موردنیاز است. بنابراین شناخت توانمندی‌ها و محدودیت‌های هر ابزار، قدمی مهم در تصمیم‌گیری درست محسوب می‌شود. اگر هنوز مطمئن نیستید کدام نرم‌افزار برای شما مناسب‌تر است، پیشنهاد می‌کنیم نگاهی به دوره‌های آموزشی گروه پارس پژوهان بیندازید و متناسب با نیازتان مسیر یادگیری را شروع کنید.

نویسنده: زهرا کاهه کارشناس مهندسی شیمی