工業(yè)4.0助力自動(dòng)化大發(fā)展

化學(xué)/藥學(xué)行業(yè)企業(yè)一方面推進(jìn)模塊化工廠建設(shè)，另一方面期望自動(dòng)化技術(shù)(AT)能對過程控制系統(tǒng)(PCS)提供精確的技術(shù)支持。研究表明化學(xué)/藥學(xué)等行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程的模塊化可以實(shí)現(xiàn)并有一定的經(jīng)濟(jì)效益。歐洲的第七框架協(xié)議對F3(靈活flexible、快速fast、未來future)工廠進(jìn)行財(cái)政支持。

目前Namur標(biāo)準(zhǔn) (NE)定義自動(dòng)化必須要滿足模塊化工廠的柔性制造。Namur工作小組AK1.12在NE148標(biāo)準(zhǔn)中描述了對生產(chǎn)商的需求。2013年，ZVEI 的“模塊自動(dòng)化”工作小組成立，歸屬于ZVEI “測試技術(shù)及過程自動(dòng)化”領(lǐng)域，目的是與Namur工作小組AK1.12密切合作并形成與NE148工作組的聯(lián)合反應(yīng)機(jī)制。在實(shí)際工作中，工作小組發(fā)現(xiàn)需要撰寫一本關(guān)于下一步工作的白皮書以便和Namur共同研究。本白皮書重點(diǎn)對控制系統(tǒng)、相關(guān)儀器儀表和標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了分析，旨在梳理各式各樣的需求、回應(yīng)和展望，對現(xiàn)階段制造商實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面還有哪些不足進(jìn)行了分析。

模塊化生產(chǎn)市場容量評估

評估模塊化工廠的市場容量，可用的數(shù)據(jù)很少，Namur工作小組AK1.12也沒有進(jìn)行相關(guān)的評估。本文提出的模塊化概念基于NE148，采用化學(xué)/藥學(xué)企業(yè)的銷售情況來做市場容量評估，所用數(shù)據(jù)來自VCI報(bào)告。計(jì)算時(shí)假設(shè)通貨膨脹率為2%，可得2022年德國相關(guān)企業(yè)的銷售額共計(jì)2280億歐元。

如果按平均6.5%的投資率進(jìn)行計(jì)算，并且假設(shè)10年中有25%的企業(yè)實(shí)現(xiàn)模塊化(從專家采訪中評估得來)，其中自動(dòng)化約占3%的投資比例，那么模塊化工廠的自動(dòng)化比例會越來越高。假設(shè)25%的企業(yè)會自動(dòng)進(jìn)行模塊化改造，其中自動(dòng)化投資比例為6%，得出市場容量大約為2.22億歐元(根據(jù)2013年 ARC的研究，PCS全球市場會達(dá)到116億歐元，其中22億歐元來自于化工領(lǐng)域)。

如果能夠基于模型、標(biāo)準(zhǔn)化地建設(shè)工廠，市場容量會增長更快，因?yàn)檫@樣做會節(jié)約大量成本并且后期將會獲得更多收益。隨著已有產(chǎn)品或新產(chǎn)品的生產(chǎn)，模塊化技術(shù)會取代傳統(tǒng)技術(shù)而成為常態(tài)。同時(shí)新的技術(shù)會產(chǎn)生新的產(chǎn)品模式，并且會挖掘新的市場(如個(gè)性化藥物)。這些發(fā)展并未包含在評估之中。

(基于ISA106標(biāo)準(zhǔn)的自定義狀態(tài)模型示例)

模塊化的自動(dòng)化技術(shù)

基于之前的相關(guān)研究成果和ISA88、ISA95和ISA106等ISA標(biāo)準(zhǔn)，本文提出了模塊化的自動(dòng)化技術(shù)的概念，它能夠滿足模塊化工廠所需的靈活性，支持連續(xù)和批量生產(chǎn)。模塊自動(dòng)化通過封裝工藝過程降低了施工、啟動(dòng)和維護(hù)的復(fù)雜性。