更灵活的工艺,更高效的生产

作者:Gerd Kielburger PROCESS德文版编辑 文章来源:《流程工业》 发布时间:2015-10-22

模块化、智能化、高效化,2015 Achema 展会传达的流程工业行业大趋势—— 能源和资源效率计划和新技术的应用促使德国的流程工业企业追求更高的过程效率,2015 Achema 展会展示了一批技术发展趋势,包括改善能源和原材料利用率,尤其是模块化、集成化的工艺技术创新,另外热炒的工业4.0 也成为了展会的主题。PROCESS 邀请了一些流程设备制造领域的专家,倾听他们的见解。

2015 Achema展会的国际化水平超越了往届,国外参展商的数目首次突破了50%,展会观众在本届展会上获得了哪些信息呢?

过程控制和网络化:流程工艺的集成化设计

从能源和资源效率的角度出发,包括工业用水的管理都要求流程工艺进一步集成化,提出了更高的综合设计要求,热能和原材料的回收利用也越来越成为流程工艺设计的重要前提:在流程设备规划、工艺设计之初就从整体角度考虑原材料和能源回收。这里指的集成化和综合设计并不只是把一个个流程工艺合理地衔接起来,而是整套工艺设设备的“网络化”设计,以及在此基础上对流程设备生产过程中的能源和原材料及时作出反应,以便更好地利用可再生能源。另外,生物质原材料出现为流程工艺带来了原材料可用性和原材料成分在不同时间及地区的变化,例如美国的页岩气,中国的煤炭等,这些均迫使流程设备制造商和运营商要掌握丰富的流程工艺技术。

能源:流程设备的健身

流程设备越来越大,造价越来越贵,然而产品却越来越便宜,怎么做到这些?首先,大型流程设备制造商要在成本控制、技术创新和标准化方面达到平衡,这意味着要迎接巨大的挑战。由于商品价格连续下降,全球的流程设备运营商都尝试着利用规模化经济效益实现成本费用的减少,因而生产设备越来越大,以至于世界级的超大流程设备问世。与此同时,流程设备运营商所在地的价值增值链也成长起来,越来越多的合同发包方,尤其是亚洲的企业希望工程技术服务商、供应商均是自己国家内的企业。因此,一些全球采购的供应商企业,尤其是中型仪器设备制造商和零部件供应商面临着资金和管理方面的挑战。

与此对应的是,大型工程技术服务公司,例如Linde公司已经有50%以上的职工长期驻外,而且还有进一步增加的趋势。“只有这样才能基本补偿亚洲竞争对手的价格优势。”Linde股份公司工程设计部发言人、德国机床设备生产厂协会VDMA大型设备部副发言人,对大型流程设备项目竞争有着丰富经验的Jürgen Nowicki先生解释说道。有足够的员工队伍来对抗进攻性定价的中国企业吗?“很难说。”Nowicki先生说,中国的利器不仅是低廉的价格和,大多数的中国企业在实施大型流程设备项目时都拉上了自己的融资银行,这些也引起了很多西方大型流程设备制造商管理者的担忧 “欧洲的流程设备制造商,长期以来对中国政府的国家扶持艳羡不已。

如何提升竞争力?欧洲的流程设备生产厂家,尤其是德国的供应商们尝试利用“健身计划”提高设计安装优化等方面的能力,实现风险管理、项目管理和索赔管理的目标。另一方面,人们也尝试利用模块化和标准化技术对抗价格压力。然而,从某种层面来说,这些举措被一些专家冠以“大胆的冒险行为”。因为欧洲的流程设备建造巨头们都是按照用户要求来设计和制造设备的,绝大多数可以说都是定制化设备。德国的大型设备制造商们尝试着继续在创新和技术方面保持领先。Nowicki先生说:“这在以前一直都是保持垄断的重要特征,尤其是针对亚洲竞争对手的垄断。”但只有创新一项——正如大型流程设备制造商专家们一致认为的那样——只有创新是不行的,只有在用户那里得到应用和验证,带来更高的价值,这样的创新才有意义。

检测技术和自动化:推广智能技术

很长时间以来,现代化的过程控制自动化技术是化工等流程工业技术领域中的重要词汇。然而在2015年的Achema展会中,“检测、调节和过程控制技术”不再以前那样地位突出,数字化、工业4.0、PAT过程分析技术以及模块化等关键词已经是今天的流程工业所讨论的未来词汇。为了实现更高的生产灵活性,同时提高生产能力,更加畅通无阻的数据社会将到来。

“为了在易变的市场中提高流程工业企业的竞争能力,需要在工业4.0规划下更加灵活和精确的流程工艺技术。”Festo公司总经理Eberhard Veit博士说道。Festo公司在法兰克福展示了最新的模块化设备的自动化解决方案,利用这一技术,可以快速、灵活地构成一套水处理设备,并且在必要时可根据供水需求加以调整,无需对原有方案重新配置。复杂程度的降低不仅便于产品及时投放市场,满足市场变化的需求,而且也简化了流程设备规划设计和制造过程,减少了调试的时间、工作量和成本费用。同时,这类设备均由小型设备组成,因此也有着很高的节能效益。

其他工业领域有关工业4.0讨论的技术大部分也适用于流程工业领域。但在流程工业领域中,产品之间的关联比设备组成部件要少:例如流程泵不仅要向中央控制系统报告工况,还要向控制阀传输数据,以及向加热器、冷却器等下一工艺步骤汇报自己检测到的温度等。据西门子公司的专家Hans-Georg Kumpfmüller先生估计:流程工业领域中的各种实用技术将会为过程控制提供新的创新点,包括安全生产和人员管理等方面。同时,流程设备的生产过程将更加灵活,从实验室研发直至最终成品包装的全过程能够全部覆盖,快捷的解决方案将实现只要按一下按钮,从初级包装到二次包装所有设备参数配置均设定完毕,马上可以开始新产品的生产,这一智能的控制过程包括很多PAT过程分析技术的设计。从流程设备生产运行的角度来看,这一明确的“解决问题”的技术可全面满足客户要求,实现客户希望的效果。

过程控制技术:能源和资源利用率是重点

在过程控制等工艺技术领域中,能源和资源利用率成为关注的焦点。这是VDMA协会流程工艺技术专业委员会主席、Körting Hannover公司首席执行官York Fusch博士的主要工作。他解释道,Achema的展商展示了自己更高效率的解决方案或功能集成方案:模块化的流程设备平台提高了生产灵活性,方便了设备的维护保养和安装调试工作,紧凑的结构减少了空间的占用又可节约资金。“所有的解决方案都降低了用户的生产运行费用,降低了流程设备的维护保养费用,从而提高了经济性。”供应商们把工业4.0视为一个很好的契机——进一步提高德国生产企业竞争力。随着过程自动化的提高,生产厂家们已经能很好地调整生产经营方向。环境和工作运行监控的智能化平台、自我初始化的控制以及机械保护与状态监控的结合等减少了流程设备运营商的生产成本,提高了安全可靠性。

泵技术:从能源利用效率到工业4.0

随着生产企业自动化和网络化程度的提高,流程工业领域对流程泵的要求也在不断提高。比利时和德国通过NAPE新的国家能效实行计划、能耗产品生态化设计指令和机械设备设计指令等进一步推动供应商们生产出更加节能和节约资源的产品。

根据KSB公司负责流程工艺技术的全球执行官Sönke Brodersen先生的预测:市场需要更加节能高效以及拥有更多功能的流程泵,例如高效电机的智能组合,变频器的转速调节,更好的水力学效率等。Brodersen先生说:流程泵是基于水力学的机电一体化系统,由水力学技术、驱动技术、传感器技术、电气技术和控制软件等部分组成,它们都由流程泵的使用者通过现场总线接口与中央控制系统相互连接起来,在那里实现流程泵液体输送的分散式控制和调节。Brodersen先生坚信:“流程泵生产厂研发提供的系统解决方案比过去纯机械式的产品有着更好的性能。”

压缩机:迎接可持续性发展

压缩空气和真空技术领域中的研发情况也与流程泵相似。在这类产品中,生产厂家研发的新产品总是通过更高的效率和可靠技术为用户提供可持续性发展的解决方案。Neuman & Esser集团总经理Alexander Peter先生说:“例如在生物技术过程和技术方法中,压缩机一方面需要对从发酵基质(如玉米、甜菜等)产生的沼气进行清洗干燥,另一方面是提供沼气向公共网络中输送过程的动力,无泄漏的和高可用性是这一传输中的重要保障。除了固定式解决方案之外,现在还出现了一些移动的生物沼气压缩机,它能够在固定式压缩机工作之前及时把生产出来的沼气输送到沼气网络中去,从而保证整套设备更高的效率。”

管道阀门:从无足轻重到肩负重任

能源革命不仅对管道阀门生产厂家提出了巨大的挑战,同时也为他们带来了巨大的商机。Sempell公司总经理Achim Trasser博士就持这种看法。随着德国逐步摆脱对核电的依赖,德国的管道阀门生产厂家们必须寻找能让他们做出更大贡献的新市场,例如天然气发电市场。对管道阀门技术的进一步发展而言,这一领域中让供应商们受益匪浅。VDMA协会管道阀门专业委员会主席Trasser先生说:“今天的管道阀门生产厂应把提高产品及设备使用寿命作为关注的焦点,并不要把整个流程工艺过程割裂开来进行考察。“今天,许多德国供应商已经把相当多的人力资源投入到管道阀门的优化、检验及功能集成中,坚持不懈地开发使用寿命更长、更加安全可靠的产品。”管道阀门在试验台上经过了复杂的测试,模拟了可能发生的故障,以保证管道阀门的可靠性。其中,密封性是关注度最高的一点,其不仅涉及到产品介质的损失,处理不当还会造成有害物质泄露,是管道阀门维护和保养的关键。管道阀门生产厂家常因客户的要求开发具有不停产在线检测阀门的订单,但当前市场出现了一种变化——管道阀门行业已成为一个产品种类和数量极不均衡的产业,究其原因,是流程工业越来越高的工艺灵活性决定了个性化生产的需求。

图注:

P27右上角

“利用FDI仪器设备集成软件包,我们终于有了现场总线仪器设备集成的统一平台。”

Hans-Georg Kumpfmüller先生,ZVEI协会检测和自动化委员会主席

P27左下角

“目前,亚洲人比我们欧洲人更擅长将技术和资金结合在一起。”

Jürgen Nowicki先生,Linde股份公司工程设计部发言人、德国机床设备生产厂协会VDMA大型设备部副发言人

P28左

“为了提高流程工业企业的竞争力,配置更加灵活的生产工艺已成为趋势。使流程工艺技术更加灵活的前提是:有着很高网络集成度的自适应、自配置和自我组织的生产系统。”

Eberhard Veit博士,Festo公司总经理

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P30右上角

“流程泵的生产厂家必须不断开发出更加高效节能的、拥有更多功能的流程泵。”

Sönke Brodersen先生,KSB公司负责流程工艺技术全球执行官

P30左下角

“模块化平台不仅提高了工艺的生产灵活性,还方便了设备的维护保养工作,紧凑的结构节约了场地和资金。”

York Fusch博士,VDMA协会流程工艺技术专业委员会主席、Körting Hannover公司首席执行官

P33上

“流程设备部件间的双向数据交换,例如管道阀门与流程泵之间的数据交换不久将成为标准,我们的产品将更加智能化和高效。”

Trasser先生,Sempell公司负责人、VDMA协会管道阀门专业委员会主席

“从迎接工业4.0的意义上来讲,我们的密封和压缩机供应商们已经做好了充分的准备;例如今天的以状态控制为主导的维护保养。”

Alexander Peter先生,Neuman & Esser集团公司负责人、VDMA协会压缩机和真空技术专业委员会主席

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