機械自動控制技術在化工生產中的運用研究

張國強

（河北省天然氣有限責任公司，河北石家莊，050035）

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機械自動控制技術在化工生產中的運用研究

張國強

（河北省天然氣有限責任公司，河北石家莊，050035）

摘要：機械自動控制技術不斷與信息技術、通信技術、智能技術等融合，機械自動控制技術對于提升化工行業水平等各方面依然發揮著重要作用。本文主要對比國內外化工機械自動化技術以及發展趨勢。通過對比研究，找到化工行業可提升或改進的方向，為企業管理、技術進步、裝備改進提出參考建議，為行業發展服務。

關鍵詞：機械自動；控制系統；化工生產；關鍵技術

引言

機械自動控制技術在化工行業中的地位依然重要，且應用范圍還在不斷擴大，其中包括計算機控制、數據信號傳輸、數據存儲與調用等技術的綜合、智能自動控制系統越來越精良，在煤礦生產、石油開采以及化工工業生產等行業的升級改造中發揮著巨大作用。

化工機械裝備[1]作為機械制造業的重要組成部分，它可提升化工行業機械自動化水平，促進化工企業在技術和生產方式上占領制高點；高精尖裝備的使用可以提升我國化工制造業的生產水平，從而提高競爭力，擴大企業經濟效益，服務國民經濟發展。

1　化工行業中機械自動化技術的運用

應用在化工產業中的機械自動化技術主要有四類，按照自動化程度依次可以分為：

（1）自動化制造單元。自動化制造單元組成較為簡單，規模小。將數臺生產設備、數控設備、原料運輸器材及工業機器人集中在一定區域，即可構成自動化制造單元，在靈活性和成本上具有極大優勢。

國內研究重點主要在此領域，與國外的研究差別主要在現代化數控裝備上。

（2）自動化制造系統。該系統包括多臺全自動數控設備、數臺人工控制中心等，其中包括數控機器及物料傳送設備，統一受控于中心控制系統管理。這一系統可以實現多品種、中小批量的連續生產及管理。國內生產的中心控制系統穩定性較差，故障率較高，而且相應研發人才還比較缺乏，中心控制系統核心技術仍然掌握在國外巨頭企業中。

還有設計迭代方面差距大。發達國家能夠具有優良的設計庫，能夠在原來的基礎數據庫上面進行迭代優化，進而選出最好的設計方法。而我們數據庫不完善，沒有建立共享資源，甚至部分還沒有。在實際工作中，大部分都是從無到有的基礎上進行設計，起點差距較大。

（3）自動化制造線。自動化制造線既非是生產單一種類或較少種類大批量零部件非自動化生產線，也非生產中小批量多種類生產的生產線，而是在兩者之中的生產線。該生產線能使效率得到極大提高，可降低自身對運輸系統的需求。國內自動化的制造水平和國內制造業的水平發展直接相關，存在制造工藝落后，造成精度差，相關工藝完善之后還沒有形成自動化設備。

在先進制造技術上，先進設計與制造企業在微納制造、增材制造以及精加工等方面已經具有技術優勢，我國這方面的研究還是停留在實驗室階段。

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（4）自動化制造工廠。將多條柔性制造系統中的各部分進行合理分配，結合立體自動化倉庫，通過控制系統進行自動化管理制造系統和儲存系統。將計算機集成制造系統投入到自動化制造工廠的實際應用中，不僅實現了自動化生產，還將生產管理、制造加工、儲存運輸納入自動化控制體系，具有極高的自動化水平。

我國在這方面主要差距是在管理方面，先進的跨國企業的化工生產對智能控制的使用較為廣泛，機器人、自動操作手等使用普遍；同時在組織架構和管理制度上具有先進的方法和理念。在國內，只有部分企業采用了比較完善的管理理念，大多數還是按照傳統的管理方式進行。

1.2關鍵技術

新技術如雨后春筍般涌出，如模糊控制、計算機輔助設計、人工智能以及神經網絡算法等技術的發展和應用，為化工生產向智能化、集成化、虛擬化、便利化的方向發展提供了堅實的基礎。

模糊控制技術利用模糊數學理論[2]，能夠實現機械控制與人類思維的有機結合，該技術借助人工神經網絡的工作方法，并且應用到了模糊處理器中，能夠實現對信息的自動控制和調整，能夠滿足化工生產的需要。

計算機輔助設計要實現智能控制集成控制，需要引進豐富數據庫的專家系統。微機控制的增材制造為計算機的輔助設計開拓了更多空間，增材制造可以減低設計樣品的研發周期、提高材料利用率。激光掃描的數據通過計算機轉化為實體，降低測量難度和模擬復雜度，極其精確的得到產品的實體。

人工智能系統多添加具有柔性制造的專家系統，該系統依托強大的數據庫和嚴謹的邏輯運算，使系統能夠將專家知識和一般的推理規則結合起來，將生產實踐中的問題模型與理論研究相結合，通過預設答案和專家系統邏輯分析解決常見問題，實現對系統遇到問題的智能化解決，完成自動化。

人工神經網絡[3]是通過模擬智能生物的神經網絡對信息進行并行處理的一種方法，用人工神經網絡的反饋網絡就可以實現聯想存儲，能夠通過自學習，克服了傳統人工智能方法在模式識別、非結構化信息處理方面的缺陷，成功應用到智能控制、多目標優化、結果預測等領域。

雖然國外先進企業在上述技術中的研究和應用已久，但是國內也取得不錯的進展。模糊控制領域已經研發出易于控制，并且能消除靜態偏差的PID控制器；計算機輔助設計引進新的專家系統也已經在富士康部分工廠投入使用；人工智能方面，基于階PRO-LOG、LISP或基于框架與規則的集成環境或工具的智能系統和開發環境已經投入實用，機器學習的研究日益廣泛。中國科學技術大學在人工神經領域中的關于學習方法和認知記憶中的雙向聯想記憶中也取得不錯進展。隨著“中國制造2025”的推進與實施，相信未來一定會實現從“中國制造”向“中國智造”的轉變。

2　未來化工機械自動化技術發展前景

化工機械自動化技術的實現需要經過不斷的創新探索，努力在技術上尋求突破。化工企業在進行技術引進和生產線改良時，應根據市場變化、企業自身需求和硬件條件，穩中有進的改進，需要考慮成本和實用性能等因素，防止過度注重技術開發而忽略了成本管控，或因技術上的需求對管理產生不必要的改變。

2.1智能化

化工生產中的智能化就是將機械自動化與智能控制等技術有機結合，利用人工智能和專家系統的優勢，實現對全過程的智能控制。智能化的機械自動化技術利用人工智能中的數據，并對其進行分析、邏輯推理以及方案判斷，最終在化工生產中進行模擬，找出最優解決方案。智能化系統的模塊化處理方法具有較大的靈活性，能機動解決化工生產中的問題，并有效提高生產中的原材料利用率，增加企業的經濟效益。

2.2集成化

集成化程度的提高，是通過物聯網技術將各種技術進行整合和優化，提升化工生產的機電一體化程度，進而減少冗余的進程，提高化工生產的效率。集成增加，可以降低運輸等花費，節約化工生產的成本，促進化工生產的整體化發展。利用計算機集成制造系統，整合化工生產中的研發系統、加工生產系統、質量監管系統和管理維護系統下，使其更好的進行資源配置，提高化工生產的整體效率。

2.3虛擬化

化工生產過程中存在一些比較危險的化學反應過程，如爆炸、危險品泄漏等。虛擬化技術能夠實現對機械設備生產過程中各個參數的模擬，調節生產過程中的重要參數，從而模擬出生產實際情況，便于給出優化方案，降低減少企業的生產成本，一定程度上避免機械設備在化工生產中的故障，提高了產品的研發的速度和安全性。

2.4便利化

機械自動化技術充分借助了現代信息技術的優點，實現了化工生產的集成化和便利化，在新時期機械設備的智能化得到了有效的提高，使化工生產更加方便，能夠實現化工生產人與設備的有機結合，對實現化工生產的人員和設備的合理布局、協調發展具有重要的裨益。如化工產品研發與生產的通過機械自動化的有機結合，減少了產品生產過程中的耗費時間。同時還能夠根據產品的庫存以及銷售情況等，合理配置機械自動化的進度和效率，實現生產和銷售的緊密聯結，對于降低成本，提高產品的生產效率具有重要作用。機械自動化能夠幫助企業人員更好地了解和掌握產品的性能，能夠快速對市場做出反應，做出適應市場的產品，降低冗余生產和研發，避免不必要的浪費。

3　結束語

機械自動化技術的快速發展和實際運用，為化工生產中的安全性提供保障，為降低研發和生產周期提供技術支撐，提升經濟效益。對于化工企業來說應當重視對機械自動化技術的應用，加強對化工生產設備的改造等，提高企業的生產效率。

國家應該加大對機械自動化的研發投入，創建可共享的機械控制軟件數據庫，建立知識產權價值評估和轉移應用體系，大力發展數字制

（下文移至p93）

Study on the Use of Machinery Automation Technology in Chemical Production

Guoqiang Zhang
(Hebei Natural Gas Company,Shijiazhuang,050035,China)

Abstract:With the development of science and technology,machinery automation technology have constant improvement,as it plays an important role in enhancing all aspects of chemical production automation,intelligence,integration level.The paper reviews the difference in the advances in chemical machinery automation technology at home and abroad.By comparing the results,we can get our shortcomings and deficiencies in order to give some guidance on the ideas in the future of scientific research and business management.

Key words:Machinery automation;Control system;Chemical production;Key technology

DOI:工業技術創新 URL:http//www.china-iti.com10.14103/j.issn.2095-8412.2016.01.021

中圖分類號：TH165

文獻標識碼：B

文章編號：2095-8412(2016)01-644-03