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工业4.0革命对自动化的重大影响

导读: 随着模块化和标准化的实施,价值链也会发生变化,企业的责任也会有所不同。运营商、模块制造商和系统供应商之间的任务也将重新分配。这些变化使工作组决定对模块制造商进行调研。

   信息物理系统、数字化、网络化和新的商业模式对流程工业、测量技术制造商和过程自动化等非常重要。鉴于产品生产周期越来越短和柔性制造要求的提升,特别是化学/药学行业,企业开始推进模块化生产。

  化学/药学行业企业一方面推进模块化工厂建设,另一方面期望自动化技术(AT)能对过程控制系统(PCS)提供精确的技术支持。研究表明化学/药学等行业企业生产过程的模块化可以实现并有一定的经济效益。欧洲的第七框架协议对F3(灵活flexible、快速fast、未来future)工厂进行财政支持。

  目前Namur标准(NE)定义自动化必须要满足模块化工厂的柔性制造。Namur工作小组AK1.12在NE148标准中描述了对生产商的需求。2013年,ZVEI 的“模块自动化”工作小组成立,归属于ZVEI “测试技术及过程自动化”领域,目的是与Namur工作小组AK1.12密切合作并形成与NE148工作组的联合反应机制。在实际工作中,工作小组发现需要撰写一本关于下一步工作的白皮书以便和Namur共同研究。本白皮书重点对控制系统、相关仪器仪表和标准等进行了分析,旨在梳理各式各样的需求、回应和展望,对现阶段制造商实现模块化生产,在技术和经济方面还有哪些不足进行了分析。

  (模块化生产中自动化的市场容量评估)

  模块化生产市场容量评估

  评估模块化工厂的市场容量,可用的数据很少,Namur工作小组AK1.12也没有进行相关的评估。本文提出的模块化概念基于NE148,采用化学/药学企业的销售情况来做市场容量评估,所用数据来自VCI报告。计算时假设通货膨胀率为2%,可得2022年德国相关企业的销售额共计2280亿欧元。

  如果按平均6.5%的投资率进行计算,并且假设10年中有25%的企业实现模块化(从专家采访中评估得来),其中自动化约占3%的投资比例,那么模块化工厂的自动化比例会越来越高。假设25%的企业会自动进行模块化改造,其中自动化投资比例为6%,得出市场容量大约为2.22亿欧元(根据2013年ARC的研究,PCS全球市场会达到116亿欧元,其中22亿欧元来自于化工领域)。

  如果能够基于模型、标准化地建设工厂,市场容量会增长更快,因为这样做会节约大量成本并且后期将会获得更多收益。随着已有产品或新产品的生产,模块化技术会取代传统技术而成为常态。同时新的技术会产生新的产品模式,并且会挖掘新的市场(如个性化药物)。这些发展并未包含在评估之中。

  随着模块化和标准化的实施,价值链也会发生变化,企业的责任也会有所不同。运营商、模块制造商和系统供应商之间的任务也将重新分配。这些变化使工作组决定对模块制造商进行调研。

  (基于ISA106标准的自定义状态模型示例)

  模块化的自动化技术

  基于之前的相关研究成果和ISA88、ISA95和ISA106等ISA标准,本文提出了模块化的自动化技术的概念,它能够满足模块化工厂所需的灵活性,支持连续和批量生产。模块自动化通过封装工艺过程降低了施工、启动和维护的复杂性。

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