數字化賦能流程工業可持續發展

文/Sabine Mühlenkamp

在能源和氣候危機雙重挑戰下，人們可能會感到不安。盡管如此，自動化專家相信，如果技術得當，雙重危機也將蘊藏著雙重機遇

在保持流程工業競爭力的同時，如何不忽視可持續發展？整個流程行業都在尋找答案，尤其是目前正處于經濟危機和能源轉型雙重壓力下，自動化在其中正發揮著關鍵作用。

施耐德電氣工業自動化執行副總裁Barbara Frei 博士在2023 年Neuss NAMUR 年會上說：“目前雖然能源和氣候危機并存，給大家帶來了雙重壓力，但是機遇也相應是雙重的。當務之急是采取行動，工業企業更應積極應對，因為工業要對全球30%的碳排放負責。”Frei 博士堅信，數字化物聯網技術將重新塑造工業的生產和商業模式，以使其更加環保并保持經濟可持續性。在本屆NAMUR 年會上大約有650 名流程工業自動化專業人士對此進行了進一步的探討。

數字化還能有助于解決當前存在的另一個挑戰，即熟練工人短缺。據相關數據統計，目前僅有12%的公司真正實現了工作流程的全面數字化，因此在這方面還存在很大的潛力值得挖掘。AVEVA 的首席執行官Caspar Herzberg 指出，根據一項調查顯示70%的工業企業在數字化轉型方面都失敗了，因為這些企業面對數字化浪潮并沒有做好準備工作也沒有意識到數字化的重要性。施耐德電氣開發的EcoStruxure?開放自動化平臺展示了如何以不同的方式實現自動化，該系統將自動化應用程序的執行與其硬件解耦，并無縫集成了不同供應商的解決方案，工業企業、系統集成商和原始設備制造商由此將在設計自動化解決方案時獲得最大的自由度。為此，施耐德電氣正在與Universal Automation.org緊密合作。

采用OPA 和Ethernet-APL 技術可提高系統的靈活性

現在許多實際案例表明通過開放過程自動化（OPA），可以提高價值鏈的增值。從2017 年，數字世界中的開放架構愿景首次提出，到目前已有100 多家公司成為OPA 論壇的成員。埃克森美孚、殼牌、沙特阿美、巴斯夫、陶氏化學、馬來西亞國家石油以及信實等公司，已經開發了測試和演示系統，并正在現場部署這些開放式系統。其中包括9 個終端用戶測試系統，6家全球DCS 制造商以及20 多個最終用戶。系統集成商也致力于集成和支持服務。埃克森美孚計劃2024 年將啟動一個示范項目，以展示OPA 系統的性能。

人們也希望通過Ethernet-APL 技術實現更高的靈活性：為了進一步加快生產設施和現場數字化的步伐，一支工作組應運而生。該工作組的目標是在2024 年12 月之前啟動10 個或更多的Ethernet-APL 項目（目前有16 個項目正在進行）。在老舊工廠中，很難滿足特定增值預期。盡管如此，該工作組仍然保持樂觀態度：截至2022 年底，工廠中幾乎沒有Ethernet-APL 現場設備。但根據德國電子電器工業聯合會ZVEI 的說法，現在所有重要的測量方法都已經可用，2024 年還將推出12 個新的傳感器。目前有3 家供應商的基礎設施組件、協議和技術堆棧已準備就緒。

如何保證持續的數據流？

“如何減少對原材料的依賴，需要更多的企業通過循環經濟，增強供應鏈的彈性，以增加競爭力。”Heubach公司的Michael Pelz 指出了目前工業生產另一個尚未解決的問題。盡管許多公司已經在推動回收利用的話題上取得了進展，但與當前的線性供應鏈相比，循環經濟需要更高的數字化程度。這就需要跨公司的標準、模塊化和靈活的概念，尤其需要跨公司和行業的數據交換。

熱烈的交流是NAMUR 年會重要的一部分。許多創新想法都在這里誕生，與會者們在這場自動化領域的聚會上，同時還探討了關于能源和氣候危機的具體解決方案。

在日常工作中，連續的數據流經常會出現故障，比如在夜班更換設備時。即使運行順利，文檔中通常仍然存在一些未解決的問題，例如有關退貨或更換證明的文檔，不過這些文件通常需要幾天甚至幾周的時間才能更新。如果涉及NOA 或PA-DIM，情況就更加復雜了。但是，使用Ethernet-APL，只需要幾分鐘甚至幾秒鐘就能獲得當前的文檔，大大提高了工作效率。

PAT-維護全生命周期數據

除了使用可再生資源或減少熱能的應用之外，化學工業電氣化也備受關注。然而，實現這一目標的途徑十分復雜，因為需要徹底改變其工藝流程。最終，只有在使用綠電的情況下，電氣化才有意義。為了達到所需電力的規模：如果要將當前的工藝電氣化，電力需求將增加4 倍。如果要減少溫室氣體排放，實現碳中和，電力需求將比2020 年增加13 倍。盡管如此，與會者一致認為，化學工業雖然是溫室氣體排放的主力軍，但是也為世界貢獻了很大的力量。現在通過使用MTP或NOA 等關鍵工具，能夠使化學工業生產更靈活，由模塊與控制系統進行通信，從而有效降低生命周期成本。

在過程分析測量技術中，NOA 也被廣泛應用。然而，由于測量值的標注因生產廠家而異，導致解釋困難，因此基于計劃的維護仍然是主流。由于標準化信息模型的應用，PAT 設備的重要數據將成為維護工作的核心要素。這不僅使基于狀態的維護終于成為現實，而且提高了對流程的理解。這一措施的實施是應對熟練勞動力短缺的重要手段。

正如巴斯夫的Deep Thought 項目所展示的那樣，在化工生產中實現工廠自主運行是可能的，該項目2 臺氣相色譜儀和10 個測量點集成了10 多種不同的測量組件。這還產生了一些附帶效果：實驗室樣本減少了80%，報警次數降到了1%以下，操作人員的干預甚至為零，期間沒有一天出現生產損失。因此，提高了生產效率，并且形成了新的運營文化，創造出新的工作內容、想法和創新空間。