以創新之力，加速流程工業數字化轉型

2024-03-07 07:28:50胡靜

流程工業 2024年1期

本刊記者胡靜

隨著新一輪科技革命和產業變革的突飛猛進，流程工業的生產方式和發展模式正在經歷重塑，發展新質生產力，為推動“中國制造”向“中國智造”的變革注入源源不絕的澎湃動能。一座流程工業的智慧工廠是如何建成的?數字化和低碳化“雙輪驅動”如何引領產業變革?在“2024西門子流程工業‘燃擎之旅’”北京站現場，本刊記者與西門子股份公司數字化工業集團過程自動化首席執行官Axel Lorenz先生，西門子（中國）有限公司數字化工業集團高級副總裁兼過程自動化事業部總經理劉力康先生進行了深入的交流。

1 數據為基石，構建全生命周期孿生工廠

數字化轉型對企業的重要性正在日益提升，作為流程工業數字化轉型的“領航者”，西門子在流程工業領域擁有豐富的數字化轉型經驗和一體化軟件解決方案，涵蓋了從設計、制造、物流、管理到運維等各方面，構建起覆蓋全生命周期的數字孿生工廠。

“基于數字孿生技術，西門子將物理世界和虛擬數字世界有機地結合在一起，使得我們能夠跨越時光，去了解這些工廠或生產工藝過程的過去、現在以及將來?！盇xel Lorenz表示，西門子提供PlantSight和gPROMS等軟件系統，構建起工程設計階段的數字孿生。同時，西門子仿真平臺SIMIT能夠對自動化應用進行全面測試，并在實際系統投入運行前為操作人員提供真實的培訓環境，為流程優化和知識保留創造了機會。工廠運行之后，這些軟件能夠進一步優化整個生產過程，把數字孿生技術應用到實際生產當中，提高工廠運行全生命周期的效率?！?/p>

隨著5G、大數據、區塊鏈、人工智能、云計算以及邊緣計算等新技術的快速發展，新的產業形態和工作方式逐步涌現，作為IT和OT融合交匯的關鍵點，邊緣計算將云端優勢帶到了現場層，可以在工業現場層進行很多數據計算，使工業控制領域得到進一步延伸和拓展?！巴ㄟ^云部署和邊緣計算的同步，邊緣側的軟件升級和現場部署變得更加方便，西門子為企業生產帶來了成本和效率上的改進，使得集群式管理成為可能。”Axel Lorenz表示。

西門子推出的基于人工智能的軟件平臺SiePA（Siemens Predictive Analytics），正是西門子人工智能在工業場景下產品化設計的成功嘗試，集成了工業人工智能與工業大數據分析技術，將預測功能從 “預測性維護”擴展到 “預測性優化”，并內置眾多行業知識與經驗，整合了130余個模型模板和1200多個標準故障解決方案，有助于幫助企業控制風險、提高設備可靠性、優化生產效率、增強數據洞察力。

西門子股份公司數字化工業集團過程自動化首席執行官，Axel Lorenz

如今，SiePA的最新版本V3.0 SP1提供了一系列標準化的專業模型模板，可幫助中小型企業直接應用固化在SiePA中的行業經驗，降低數字化轉型門檻，實現對關鍵設備的基于工業AI的預測性維護，助力下一代智能化資產管理升級。Axel Lorenz介紹，基于SiePA與DCS系統（如Simatic PCS 7/Simatic PCS neo）的結合，“AI+DCS”加強控制得以實現，這種加強控制可結合歷史生產數據和專家經驗，一方面減少對專家資源的高度依賴，大大提高自動化投用率；另一方面幫助突破傳統P&ID控制在“長時延”場景下的局限性，實現預測性控制優化。例如通過AI模型，系統在生產過程中即可預測最終產品的質量，使DCS控制系統及時采取措施，大大提高產品質量穩定性，提升生產效率，實現降本增效?！癆I+DCS”加強控制對已經應用驗證的場景（例如工業硅礦熱爐控制、水務行業泵站控制優化等），用戶可輕松享受AI加強控制所帶來的智能化應用。“我們期待與生態合作伙伴一起，拓展更多的應用場景，幫助更多行業實現‘下一代過程自動化’升級?！盇xel Lorenz表示。

2 持續加速前沿技術的產業落地

當前，數字化技術已然成為推動產業經濟形態不斷迭代的內生力量。面對上下游市場波動，嚴苛的環保要求，低碳生產趨勢等新挑戰，西門子持續加速前沿技術在產業領域的落地應用和融合創新，賦能企業提升創新力和生產力。

“多年來，西門子通過其逐步完善的數字化企業解決方案，幫助中國過程工業客戶不斷優化工廠及工藝性能，實現可用性、穩定性乃至生產力的大幅提升?！眲⒘当硎??！霸疚鏖T子的強項在于為底層自動化提供全套解決方案，隨著數字化、智能化技術的部署，軟硬件結合是客戶一致的需求，例如虛擬調試、數字孿生和SiePA軟件，它們在傳統行業和快速增長型的行業都有廣泛的應用。

劉力康介紹，在中國第一個單系列千萬噸級煉油項目——中國石化青島煉化項目上，西門子助力其完成了整個DCS 平臺Simatic PCS 7系統的穩定更新，實現了全廠軟件平臺統一，數據共享和通信更便捷。西門子使用COMOS軟件平臺幫助客戶用信息化手段輔助或指導開展日常設備改造，實現了全公司10類、4000多臺轉動設備運行狀態監測、故障管理、KPI 分析、主要耗能設備能效以及易損件壽命的自動計算等，機泵平均無故障時間及機械密封平均壽命得到提升，轉動設備故障維修率、緊急搶修工時率逐步下降，效果顯著。西門子還提供和實施了基于大數據的預測性分析系統SiePA，為工廠提供基于機器學習的設備健康分析服務，使得青島煉化煥發了新的數字化生命力。青島煉化2022年實現利潤在中石化煉油企業中排名第一，煉化行業全國人均產值排名第三，成功實現了全國“能效領跑者”10連冠，始終保持引領行業的標桿地位。

此外，西門子與巨化技術中心對接開展“數字模擬輔助科研項目”，以高難度、高風險“卡脖子”特種原料為合作點，通過數字化機理建模技術結合部分基礎實驗數據進行數字孿生技術開發。該項目運用西門子工藝數字孿生軟件gPROMS，合作建立業內首套相關反應體系物性模型，核心反應模擬偏差低于0.5%，可直接用于實驗或生產指導，顯著提高實驗或生產過程的安全性和經濟性，優化提升目標產物產量超過12%。

在制藥行業，西門子與北京民海生物在產線數字化建設方面展開了深入合作。民海生物是國內疫苗生產制造的龍頭企業，西門子為其提供了工業網絡及安全、BMS-EMS、SCADA、MES的完整的落地解決方案及工程實施服務，助力民海實現生產過程全流程數字化追溯體系。此外，西門子還助力民海生物加強數字化人才培育，使得民海生物從一線生產技術人員，到中高層的管理者，再到決策層均對數字化平臺如何在疫苗生產中發揮提升質量一致性，生產規范性和生產效率上有了更深的理解，讓數字化技術能夠更好的服務于制藥行業對質量的需求。

在一些新興領域，尤其是氫能、電池、材料和半導體技術領域，西門子亦有積極布局?！霸陔娊馑茪湓O備方面，利用西門子的數字化手段，可以實現設備的能效優化和設計優化。在制氫工廠，通過一體化的解決方案實現整體工廠的生產效率實時監控和綠電到綠氫的柔性生產。”劉力康表示，“數字孿生技術可以幫助企業從小的生產體量開始，通過模塊化應用獲取一系列經驗，為之后的工藝放大和生產優化打下基礎。例如，Mobile Worker Lite等一系列軟件產品能夠幫助在氫能生產中提升資產狀態的透明度，解決傳統現場工作中的痛點，將DCS和PLC的實時運行數據，以及工程設計數據、圖樣、文檔、三維模型等設備的圖文資料通過增強現實AR技術推送到現場工作人員的手持終端，提高生產過程的可靠性。”

西門子（中國）有限公司數字化工業集團高級副總裁兼過程自動化事業部總經理，劉力康

3 數智賦能中小企業發展

在發展新質生產力過程中，除了技術和設備的創新，人力資本的投入同樣重要，這樣才能使勞動、技術、管理、數據等全要素生產力得到全面提升?！皵底仲x能創新的底氣，來自于集聚在中小企業中的海量數據和要素，也來自于中小企業人力資源市場中的創新。西門子在為行業發展注入創新動力的同時，成就了更多中國企業，尤其是中小企業的加速成長?！眲⒘当硎尽?/p>

“布局數據完整性是數字化轉型的第一步，西門子將會以OT/IT側的優秀實踐經驗，助力中小型企業不斷完善生產過程中數據的利用。對于中小型企業面臨的挑戰和需求，包括來自技術適配、資源限制、成本預算和市場競爭等諸多方面的轉型壓力，西門子提供了一系列小型化、輕量化的服務方案和產品，幫助實現高效、快速、靈活和精準的數字化轉型?！眲⒘嫡f。

2024西門子流程工業“燃擎之旅”北京站現場

為精準滿足實際需求，西門子Xcelerator致力于為中小企業提供軟硬件產品組合和解決方案，并逐步將組合向模塊化、云端連接和統一標準應用程序編程接口（API）的方向轉型，全面整合從傳感器到邊緣側，再到云端的解決方案和應用，物聯網即服務業務，低代碼的開發能力，以及廣泛的即用型應用程序，打通運營與信息技術，為中小企業提供小型化、快速化、輕量化、精準化和不斷迭代升級的軟硬件產品和解決方案，相比傳統成本高、周期長的方案，對中小企業數字化轉型更友好。同時通過建構動態發展的生態體系、持續迭代的線上商城和復合型創新人才培養體系，助力企業數字化敏捷轉型和成功落地。

劉力康介紹，位于上海的西門子過程行業數字化體驗中心，為中小型企業提供實際場景的演示和體驗，展示數字化技術在過程行業中的典型應用。作為開放的交流和學習平臺，讓企業可以更好地了解數字化解決方案，并找到適合自己業務的創新解決方案。西門子為中小型企業提供了一系列數字化標準場景的用例集，涵蓋了不同的細分行業和業務領域。這些用例集包括了標準方案、最佳實踐和成功案例，可以幫助企業了解如何應用數字化技術來提高效率、降低成本和優化績效。

“通過這些多元化、輕量化的產品和服務方案，西門子致力于幫助中小型企業實現數字化轉型，提升其競爭力和可持續發展能力。我們將繼續投入資源和專業知識，與中小型企業合作，共同推動行業的數字化轉型進程。”劉力康表示。

4 與全球共享創新成果

如今，中國門類齊全的產業體系不僅是跨國企業科技創新的試驗場，更是它們培育未來科技的策源地。在全球本土化的時代，西門子立足本土、放眼世界、開放創新，以前沿科技和數字平臺，助力加速產業的數字化和低碳化轉型。

劉力康介紹，西門子不斷加大中國市場的投入，例如將在西門子大連工廠新建一條生產線，用于生產過程儀表壓力變送器的核心元件，該產線預計將在2025年正式投入使用，屆時產品交付周期將縮短80%以上。“新產線的建設將進一步加強西門子在中國的本地化價值鏈，從而更及時、高效地響應中國乃至全球客戶的需求。”

“另外，西門子在本土產品管理方面也做了變革，將原來總部產品管理的職能轉移到中國。為什么要這么做？因為中國的需求跟全球不一定完全一樣，既然有了中國工廠，就需要把產品管理轉移到本地，戰略產品管理部的任務就是讓本土化的產品盡快面世?，F在，西門子面向市場推出了更多本土研發的優秀產品，例如高性價比的工業交換機‘小翅膀’Scalance XCB004 Smart、先進的工業人工智能軟件產品家族SiePA、經濟可靠的稱重模擬接線盒Siwarex JB CN等等，從而可以更好地服務本土客戶?！?/p>

立足中國，服務全球，這是以西門子為代表的跨國企業深入中國市場多年后的戰略轉型，從輸入者到輸出者角色的轉變，外企正在成為向全球分享中國新質生產力的新窗口。

5 結語

當前，流程工業領域的企業正在積極探索如何在數字化時代實現高質量發展，作為一家推動創新的科技公司，西門子持續加速前沿技術在產業領域的落地應用和融合創新，賦能中國企業提升創新力和生產力。