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“工業4.0”概念中所描述的智能制造場景著實令人激動。消費者根據個性化需求下單訂購不同配置的產品，同一條流水線可自動裝配不同元件，從而生產出各具特性的產品。制造業的未來顯著特征之一便是產品的定制化和生產的柔性化。 然而這些美妙的場景似乎只能出現在汽車、機械、家電等離散制造業中。醫藥、鋼鐵、化工等過程工業，因為工藝和產品的高度耦合，導致生產線的柔性很低。 如何在過程工業中構建面向“工業4.0”的解決方案？這是賽鼎工程有限公司一直在思考的問題。賽鼎是以工程設計與工程總承包為主的大型綜合性工程公司，也是中國煤化工行業最大的技術服務商。 站在中國工業轉型升級的關口，為了積極支持客戶去應對愈發激烈的市場競爭，賽鼎主要面臨兩大挑戰：一是如何提升工程設計能力，幫助客戶高效運營工廠，降低運營成本并提高產品質量；二是如何順應“綠色、環保”的大趨勢，幫助煤化工企業降低污染排放。 只有對工廠進行全面的改造升級，才能從源頭上解決這兩大問題。因此，賽鼎攜手西門子，共同打造煤化工領域的數字化企業。 引領過程工業數字化 賽鼎的目標很明確，但探索實施之路卻困難重重。可以毫不夸張地說，過程工業的數字化進程比離散行業復雜得多，為什么？ 在離散制造中，原料物質基本不會發生改變，只是物料形狀和組合的變化，工藝對產品質量影響相對較小，即工藝和產品之間的耦合度很低，因此生產線可以做到高度柔性化，實現看似不可思議的定制化生產。 而過程工業則不然。它的生產連續性強，流程規范，產品唯一，原料穩定，生產過程伴隨著物理和化學變化，這就導致工藝對產品質量的影響非常大。 以賽鼎為河南義馬煤業集團設計打造的碎煤加壓氣化爐為例，同樣是用煤和水蒸氣做原料，工藝參數控制的不同就會導致產品組成波動，可能合成預期產品：一氧化碳和氫氣，也可能產生大量的副產物二氧化碳。工藝和產品的高度耦合導致技術人員無法遍歷生產線上的所有要點，所以通過在關鍵要點采集數據來打造柔性產線的方式根本行不通。 離散制造的數字化經驗無法套用，過程工業正面臨著前所未有的壓力。如何整合工廠生命周期內高度碎片化的數據庫？如何利用數據來保證高效工程，以及節能、安全的工廠運行？ 面對這樣的難題，西門子憑借創新技術和對行業的深刻理解，著眼于工廠的整個生命周期，提出了全新的一體化工程到一體化運維的解決方案，從工藝和工廠設計到工程建設和調試，再到后期的運維服務，實現了高度集成和數字化。 通過COMOS工廠工程設計和工廠管理軟件實現一體化工程設計，使用SIMATIC PCS 7集散控制系統實現生產的高度自動化，通過SIMIT自動化及過程仿真系統實現虛擬工廠的仿真調試，借由COMOS Walkinside三維虛擬現實平臺實現3D沉浸式人員培訓，以及通過XHQ工廠智能營運及優化軟件幫助管理人員做出明智的決策。 這樣的全集成解決方案確保工廠全生命周期各個階段的數據一致性。這也是目前全球過程工業最為完整和先進的數字化企業解決方案。 一體化工程 在“碎煤加壓氣化爐技術及改進”的項目中，賽鼎作為EPC首先要考慮如何提升自身的工程設計能力，提高工程效率和質量，西門子的一體化工程方案正是為了解決這個問題。 首先在設計階段，賽鼎運用西門子COMOS軟件實現工廠的端對端工程設計，包括初步設計，乃至整個工廠的詳細設計，設計效率提升20%以上。 有了詳細設計文件，接下來就是工程實施。傳統做法是，工程師先從設計院拿到詳細設計文件，再進行讀取、錄入和分析，效率低下。而現在，DCS控制系統SIMATIC PCS 7和COMOS高度集成，西門子通過一體化工程實現“數字化交付”，設計數據直接應用于DCS工程階段。 COMOS作為設計平臺，里面含有設計的工藝信息、自動化信息、引表信息和控制信息，由信息生成的項目文件可直接適用于包括控制回路組態、基本回路組態和工廠程序在內的PCS 7組態程序，使得系統組態時間縮短近1/4。雙向數據交換，同步變更信息，確保設計數據與自動化系統始終保持一致，形象地說，就是“數據一次性輸入，多次使用”。 工程竣工后，調試是確保工廠正常運轉的關鍵一步。過去，工程師需要在硬件設備完善之后，前往現場完成軟件測試，保證編程邏輯沒有問題。現在，有了自動化及過程仿真系統SIMIT，無需等待真實工廠建立，賽鼎的工程師只需坐在辦公室里就可以進行虛擬調試。SIMIT一方面可以虛擬測試和驗證COMOS系統的設計結果，另一方面可以仿真SIMATIC PCS 7全部的自動化對象。有了真實和虛擬世界的“數字化雙胞胎“，塞鼎得以大大節省調試時間，節約成本，也降低風險，并減少污染排放。 在煤化工行業，工廠開車、運行、停止和對特殊情況進行操作時一旦出現失誤，使得壓力劇增、設備泄露、設備故障等，都有可能導致有害氣體或有毒物質泄露，從而造成嚴重的環境污染。而虛擬調試時，即便出現誤操作，軟件系統模型會出現異常，但不會產生任何實際危險。 另外，在實際工廠中，如果排放標準已依據環保局的標準進行設置，后續一旦要修改控制閥門等設備的參數，將可能導致實際對外排放的波動。而在虛擬工廠中，調節與排放相關的設備參數，將只會影響虛擬系統中的數據模型。操作過程做到真正的零污染、零排放。 在操作員培訓方面，SIMIT也派上了大用場。在以往，只能由老師傅傳授經驗，或是通過書本將操作流程展示給操作員。而現在，操作員能在虛擬工廠中練手，完全掌握了知識技能以后，才真正上崗作業。 有時因為安全因素的考慮，操作員要避免進入危險區域查看設備，通過三維虛擬現實平臺Walkinside系統，可以在工廠建成之前預先設計巡檢路線，避開不便行走的路線，還可以進行緊急情況預案演練。Walkinside不但能展示設備，還能展示設備的運行狀態，可通過標簽將氣化爐的溫度、壓力、或是某根管道的流量標注出來。 一體化運維 工程只是“一次性買賣”，高效運營才能為客戶帶來高附加、可持續的價值。 在工廠建造初期，COMOS就能夠記錄設備、管道、儀表等采購信息，以及廠家信息和設備更換信息。而工廠正式運營時，PCS 7可生成反映生產狀況的實時數據。西門子將這兩個數據庫結合，使得任何一個設備的相關數據都能夠被及時查找，大大提升了客戶的運維效率。一旦某個設備出現問題，PCS 7立即發出報警信號，觸發COMOS，其運維界面上就會顯示問題，然后操作員按照預設流程即可進行維護，保證工廠可靠穩定運行。 得益于一體化運維，賽鼎可以實時獲取設備運行數據，通過與歷史數據和設計數據對比分析，不斷改進優化工藝，提升產品質量。 在管理層面，賽鼎面臨的主要問題是如何追蹤已經在客戶工廠運行的氣化爐的狀態，進而對設備進行持續監測和優化。每臺氣化爐分布在不同的省市，表現不一，如何分辨到底是設備本身的設計問題還是業主的操作問題呢？ 西門子的XHQ智能運營平臺提供了強大的數據接口，可以同常用的數據庫和傳統文件系統進行交互，比如DCS數據庫中的工廠運行數據， MES中的制造執行數據，再加上人力資源數據和財務信息。XHQ整合和分析所有運行和業務數據，從更深層次挖掘工廠運營狀態，輔助管理層進行決策。 賽鼎總經理張慶庚對與西門子的合作給予了高度評價：“我們的目標就是打造面向過程工業未來的解決方案，來幫助我們的客戶進一步提升工程效率、運營效率、降低運營成本、提高質量。與西門子建立戰略合作關系是我們實現這一目標的第一步。不論從當前還是長遠來看，這對賽鼎、西門子，更重要的是對我們的客戶來說都是真正的雙贏。”
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