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能源管理與協(xié)同過程自動化系統(tǒng)(CPAS)

http://007sbw.cn 2011-12-19 14:02 來源:美國ARC顧問集團中國區(qū) 董繼鑫

   協(xié)同過程自動化系統(tǒng)是ARC提出的一個理念,這個理念與能源管理及提高能效具有密切的關系。ARC是一家工業(yè)領域的咨詢公司,在全球發(fā)達經濟體如北美、日本、歐洲等,以及中國、印度、巴西等新型經濟體下都有正式機構。服務的客戶分為兩種類型:一種是制造廠商,一種就是提供技術的公司,他們提供的技術能夠幫助這些制造廠商去提高生產效率。ARC所研究的領域涉及工業(yè)的方方面面,有專業(yè)的分析師和顧問針對專一領域來提供研究和分析,然后為業(yè)內的客戶提供服務。提供的服務包括:市場營業(yè)報告,指出各個產品和技術的發(fā)展趨勢,市場的規(guī)模以及各個廠商在這個領域所扮演的角色或者客戶的需求在哪里。除了這種標準的市場報告以外,我們還會提供一些定制化的服務,根據客戶的需求提供研究服務,以及一些戰(zhàn)略性的顧問服務。

   在過去的一些年里,自動化的發(fā)展非常迅猛?,F在很少會有人去做勞動密集性的工作了,雖然在一些落后的國家這還是很常見的,但在發(fā)達國家基本沒有了——這些就是自動化帶來的福利。ARC作為一個研究機構,發(fā)現這種發(fā)展是一種緩慢的、漸進的過程;而非常巨大的、顛覆性的發(fā)展在自動化領域并不是十分明顯。因此,ARC提出了協(xié)同自動化這種概念。

   在20世紀90年代,資產設備在整個投資領域所占的比例非常高,這就意味著廠商的投資具有非常大的風險。因為如果花費很多的錢進行投資,一旦市場出現變化,這個成本收回會很難?,F在,廠商的投資比例沒有以前那樣高,但是要在有限的投資里盡最大可能地提高回報率,要實現更高的效率,目前還是很大的挑戰(zhàn)。對生產績效我們提出至少六七種方法,不同的企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)不同。

   此外,還要考慮業(yè)務模式的問題。以前一個工廠要提高績效,會考慮如何提高工廠和車間的績效;而現在,企業(yè)要考慮的是多個工廠間績效的提高,還有與上游和下游企業(yè)的協(xié)同效益。挑戰(zhàn)不一樣,意味著對自動化廠商提出更多不同的需求。推動企業(yè)業(yè)務增長的推動力在哪里?可能在十年前提高效率、降低成本是推動力;而現在光做到這兩點是不夠的?,F在一些企業(yè)可以將成本和效率做到極限,但是這些企業(yè)的毛利率和一些創(chuàng)新性的企業(yè)比起來是非常不足的。

   我們下一步要推動對于價值鏈的一種協(xié)同作用的優(yōu)化。以前ARC提出的理念是協(xié)同制造管理模型,一個管理企業(yè)要以很高的效率去運作,需要從業(yè)務系統(tǒng)到生產系統(tǒng),再到現場控制系統(tǒng),這是縱向的協(xié)同;橫向的協(xié)同如企業(yè)的業(yè)務單元,上游的工藝制造,下游的客戶協(xié)同等?,F在,我們又發(fā)現網絡變得更加復雜,價值鏈變得更加的多樣化,而且企業(yè)之間的競爭也達到了極限。我們會發(fā)現,企業(yè)典型的幾個部分第一是設計,第二是制造,第三是把產品銷售和發(fā)布在客戶手里,這是比較重要的。這三部分又可以分為很多細分的環(huán)節(jié)。一個企業(yè)想要在市場上獲得生存而且得到很高的利潤,不僅僅在于本身的運營效率的問題,而且要不斷地找到合作伙伴,形成一個協(xié)同的生態(tài)系統(tǒng),然后再和市場上其他企業(yè)去競爭——這是企業(yè)未來生存發(fā)展的方向,就是加固自己的核心競爭力,找到最好的合作伙伴,然后與合作伙伴形成一種非常好的協(xié)同,這種競爭今后會是一個常態(tài)。

   ARC一直在觀察行業(yè)的發(fā)展,最早是在2002年提出的協(xié)同過程自動化系統(tǒng)這種概念。提出這種概念是由于網絡IT技術的發(fā)展作為驅動力,IT技術在自動化廠商中的應用開始逐漸普及,那么提供的技術也應該將這些技術融入進來,以便于和其他的系統(tǒng)形成數據交換。就是這些驅動力,讓自動化廠商開始重新思考他們的產品和解決方案應該開發(fā)什么。將這些東西融入進去,就會出現新的產品的革新。ARC協(xié)同過程自動化系統(tǒng)主要描述在典型的一個流程工業(yè)中,如何去生產實現一個管理和控制系統(tǒng)。這個理念提出之后供業(yè)內人士參考,使他們的技術向這個方向發(fā)展,這是ARC提出這個理念的初衷。很多企業(yè)已經開始陸續(xù)接受我們的理念。

   CPAS是過程領域中大型的系統(tǒng),它所要實現的目的都是一樣的,就是將我們所研究的這種模型理念讓所有用戶都知道,使大家都朝著這個方向去發(fā)展。CPAS所要實現最終目的是實現值產的回報,實現利潤最大化。究竟如何實現呢?首先基于一個非常好的運營,具有卓越的運行,可以持續(xù)提高。企業(yè)的生產運營非常有效,非常靈活,非常具有適應性的。比如現在我需要的產能不是特別高,我要有辦法讓產能降低下來,我的系統(tǒng)又可以比較高效的運行??冃У目沙掷m(xù)化使得績效可以實時反映出生產系統(tǒng)的狀況,績效不能變成一筆糊涂賬。要實現這些又需要以下組成的支持:比如讓大量的過程都實現自動化、信息化,都變成用一個系統(tǒng)去管理的這樣一個過程。還有就是工作人員具有非常好的支持,我的系統(tǒng)可以為我的工作人員提供各種各樣的決策支持,不需要我自己去憑借經驗,系統(tǒng)則會告訴你,這個時候需要做什么樣的操作,這個系統(tǒng)也要實現這樣一個功能。之后就是最底層的,要實現這些功能需要自動化,數據交換和相互操作。邏輯關系是非常簡潔的,數據是確定的,所有的信息數據是相關聯(lián)的。最后會看到整個系統(tǒng)在一個真實的環(huán)境中運行。

   CPAS的架構乍看之下和DCS有些相同,其實還是有本質的區(qū)別。比如說DCS和PACs,我們會發(fā)現過程控制系統(tǒng)是整個PACs的一個單元,而不是全部。這個系統(tǒng)非常典型,數據共享都會在一個通用的網架上表示。這里面會有生產管理系統(tǒng),也是整個系統(tǒng)中的一部分,和上層的業(yè)務系統(tǒng)也是無縫的銜接,數據可以共享。這是CPAS描述的系統(tǒng)的一個搭建的方式,與傳統(tǒng)的方式不一樣。我們發(fā)現,現在很多廠商提供的過程控制系統(tǒng)都已經開始強調這種趨勢,就是我的DCS系統(tǒng)不僅僅是提供一個流程控制系統(tǒng),更多的是提供優(yōu)化,管理生產模式,甚至可以將供應件的信息都整合到整個過程控制系統(tǒng)之中。

  CPAS總體細分可以分為兩部分:一是底層的過程控制和監(jiān)控系統(tǒng),下面會有一系列的模塊實現流暢的生產過程;上面會有生產管理系統(tǒng),生產管理系統(tǒng)也細分各種模塊,比如歷史數據、先進控制、維護、實驗室的數據分析等。CPAS的要求就是一個很大的系統(tǒng),這個系統(tǒng)中包含方方面面的功能,包括底層流程的控制,包括生產過程的優(yōu)化,或者先進控制,或者實驗室數據的分析;這些解決方案要來自于不同的生產廠商,大家要以一個標準去實現,可以實現各個子系統(tǒng)的無縫銜接,這就是CPAS系統(tǒng)所描述的一個概念,所以CPAS包含一些最基本的功能。要獲得很高的客戶需求,例如說豐富的網絡通訊的服務,數據實時的程度等這樣一些基本的功能塊,組成了CPAS系統(tǒng)。用CPAS所營造出來的一個企業(yè),一個公司的市場專員,不像以前為生產提供服務的這樣的系統(tǒng),而是會發(fā)展成為為整個業(yè)務提供服務的系統(tǒng)。

  在2010年,ARC又將這個系統(tǒng)升級成為CPAS 2.0系統(tǒng),在原有的基礎上又提出了一些新的觀點。很多時候,工廠檢修或是對一些環(huán)節(jié)的不確定,所反饋的數據如何,就是所有這些問題的出現,一個很大的原因就是現場設備的自動化不夠,無法確定設備現場測量的數據是否準確,準確率有多高;或者現在使用的設備占該設備的整個生命周期的百分比。這些不確定性不得不讓用戶不停地去定期檢測設備儀表,但是最后發(fā)現90%的時候,設備是完好無損的。正是由于出現這種智能性的不夠,讓我們的績效大大打了折扣,所以我們要求這個設備一定要足夠智能。它有足夠的數據和信息能夠直接反饋到CPAS系統(tǒng)中,因此原來很多的檢修工作就不必要了,效率會獲得很大的提升。還有就是DCS要真正變得分散,原來的DCS系統(tǒng)的編程都采用IEC 61131-3標準,我們倡導在CPAS里面要符合標準,所以CPAS中描述了大量的標準,這些標準是作為各個系統(tǒng)中所要符合的。我們認為,現在一個新的標準可以讓系統(tǒng)變得更加分散,所以IEC 61499這樣一個標準就是它所提供的這種理念,可以讓系統(tǒng)分散。

  CPAS強調的是一種控制的策略或者管理的策略。首先能源管理是當下非常熱門的一個話題,包括能源稀缺,環(huán)境變化,地球溫度上升等這些大背景不得不讓我們去非常嚴肅地討論能源管理的問題。在能源領域中,工業(yè)領域的消耗比重是最大的,中國尤甚。中國約70%的能源都是在第二產業(yè)中消耗的,在工業(yè)領域我們就會發(fā)現,重型的流程工業(yè)能源消耗最大,能源密度是最高的。例如石化、鋼鐵、造紙、化工這種行業(yè)都是能源高度密集的行業(yè),CPAS績效的提高對能源管理的意義是非常重大的。在過程工業(yè)領域我們會發(fā)現,加熱、電機、空調系統(tǒng)等是能源消耗最厲害的地方。

  CPAS系統(tǒng)希望改善流程領域最直接的是績效的提升。ARC也對能源的使用企業(yè)做過調研,比如能源成本在運營中占多大比例,在能源管理中是否有最高的一個領導者,自動化在能源管理的隊伍中發(fā)揮多大的作用?這些在一些企業(yè)中的比例是非常低的。我們的現狀不是很理想,對能源的實時監(jiān)控基本都是月度或者年度的,基本沒有實時的能源監(jiān)控。CPAS整體非常強調能源效率,例如對效率系統(tǒng)模塊理念要優(yōu)化,要包含熱回收,包含過程技術的提升,以及對一些能源成本的監(jiān)控。它和能源管理是密切相關的一個系統(tǒng),非常強調作為一個企業(yè)要實時監(jiān)控市場需求的狀態(tài)以及能源價格的波動,把這些數據采集進來做為系統(tǒng)決策的依據。當一個企業(yè)具有非常好的測量能源能力,監(jiān)控能源并且預見能源的消耗,今后會在市場中顯現出非常強的競爭優(yōu)勢。要設立能源未來優(yōu)化的目標,從現在的狀態(tài)到未來的狀態(tài),要設置一個路徑,要知道通過這個路徑怎么走。舉例來說:提高能源效率,比較強調的是對負載的優(yōu)化,如MES系統(tǒng)和市場管理系統(tǒng)就在做這些,還有對一些高耗能的燃燒系統(tǒng),以及對漏氣的監(jiān)控處理。電力系統(tǒng)和自動化系統(tǒng),都能夠實現數據的共享。

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