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             化工資訊

            數字化運營的燈塔車間
            2022-04-21
              陽光下的黑盒子
              靠山吃山,靠海吃海,靠著太陽吃太陽,在新疆無邊陽光下,坐落著一個光伏多晶硅王國。通過反復提純,多晶硅從低純度提煉到高純度,而冷氫化則是最為關鍵的工序之一。在數十萬噸冷氫化車間中,有上百臺大型裝置布置其中,蒸汽、液體、晶體在約300條的管線里流動向前。決定它們進退方向的不僅僅是一百多臺氣動閥,更有各種設備數不清看不見的運行邏輯。在約10層樓高的車間內,有數百人上上下下進出其中,照料著這些不知疲倦的銀灰色晶體涌向遠方。
              在這樣一個擁有復雜裝置且是龐然大物的車間里,工廠最基本的要素——人、機、料、法、環、測,都以各自的邏輯穿梭,穿越不同的裝置、縱橫的管線和操作人員不計其數的判斷。每一次操作,都會引發連鎖反應,有的則指向危險的事故。壯觀的現場下,隱藏著蟄伏的風險。
              數字空間的邏輯,本來是連續而完整的,但它藏在黑盒子之中。而這些鑰匙則分布在不同人的手里,人們之間需要完備的溝通技巧,才能明白所有的邏輯。然而每個人都在自己的空間里行動,如果某一刻不能識破其中的漏洞,就可能陷入可怕的誤操作,且到處都可能存在這樣的漏洞。這正是一個工廠最令人擔心的地方。
              采用數字化交付平臺與數字化運營平臺,讓車間的裝備、物料的數據都有了白盒化的管理,現場變得透明起來。
              動靜結合,數字化交付登場
              冷氫化裝置的建設,涉及設計、采購、施工、監理、檢測等多方的數據。在冷氫化車間內的流化床是最重要的反應裝置,也是最昂貴的裝置,其它輔助設備包括壓縮機組、電加熱器、粗分塔等。要管理好這些笨重龐大的家伙,傳統模式下還得依靠堆放在檔案室那厚厚的紙質資料。
              華陸設計院和主裝置廠商為業主提供了工廠運行所必備的初始資料和數據,包括三維模型、儀表圖、工藝包、參數資料等,這些靜態數據,是生產過程中維修、巡檢和技改工程中最常用的數據。
              移交這些資料,是一個笨重而無趣的過程。一般而言,都是紙質交付。業主需要收到近400份文檔,它們有時候是坐著卡車來的,公文袋相互擁擠著。如此笨重的資料,業主也只有在交付之后才能看到它們。至于哪些文檔、哪些數據是重要的,哪些是強關聯的,只有資深技術人員才能勾勒一二。這些文件袋會被統一放到檔案室,當裝置生產遇到瓶頸,或者需要調整驗證時,為了核對數據,工程師才會跑去翻閱。
              達美盛的數字化交付平臺,就是要解決這些不同文檔的內在邏輯問題。供應商按照數字化交付標準規范的要求,交付各種機器參數。各種數據進來后,都要在數字化交付平臺上進行一體化的匯集和展示,包括設計院的工廠設計數據、主機廠裝置的參數數據,以及不同廠家的閥門、流量計儀表等。它們本來在各自數字設計的過程中是存在的,但都是各自割裂的。
              然而,這些數據只是解釋了工廠的過去,即設計的過程。工廠內的機器一旦咆哮起來,大量的運維數據就會源源不斷地涌現出來。這些生產運行過程中實時產生的動態數據,會來自不同的自動化裝置和信息化系統,如分布式控制系統DCS、制造執行系統MES、實驗室系統LIMS等。這些數據的數值動態變化,正是整個工廠健康的指示燈,它們的平穩,保證了產品穩定的質量。然而,這些動態數據,跟設計院的靜態數據往往分隔一方,各自不相見面。
              動態數據,需要跟靜態數據結合起來,才是世界本來的秩序。達美盛的數字化運營平臺就是重建腦回路,讓不同時間下的數據,進行混合編隊。通過和中控公司合作,實現了數字化交付的靜態和控制系統的動態數據聯動。這里有時間戳的動態數據,有三維空間數據,還有工藝參數數據,這些原來各自割裂的數據,匯聚在一起還原了一個透明車間的統一邏輯。
              數字空間的原有邏輯被恢復了,它與物理空間吻合在一起。原來隱性存在的數據空間,變得顯性起來。人們可以用圖表、顏色、聲音重新認識那些本來看不見的邏輯,此后的判斷,有了全新的支撐。
              直觀三維,喚醒休眠數據,決策變得輕松起來。
              強人化:數字化安全作業
              對于流程行業而言,安全是第一位的。根據危險防控領域的瑞士奶酪模型,一個重大傷害事故,往往都是由一連串的偶然所形成的。人為的失誤和操作,往往導致錯中帶錯,使得一連串的屏障機制都連續失效,最終釀成大禍。在這個過程中,人員的風險意識和及時的信息預警將起著關鍵的警醒作用。
              在高危行業中,如制藥、航空、石化等,連續設置的屏障管理是安全管理的核心。也許與很多人想象的不一樣,在這其中,人往往是最薄弱的部分,現場作業操作最容易將狀態擋桿撥向“危險”地帶。
              對于現場故障的發現和排查,國家對于重大危險源的管控,要求1-2小時巡檢一次,并對狀態進行記錄。而現場作業都有著嚴格的審批制度。通常,從風險評估、作業方案確認、發起作業申請、作業屬地部門審批、作業人員資格審批,到安全環保部門審批等,這一連串的流程下來,可能需要一兩天的時間。兩票一證——工作票、操作票、作業許可證,則是必不可少的。
              以前采用紙質作業票的時候,經常跳過流程,先干再報,實行補簽方式。而為了明確人員責任,如今的作業票審批,已經采用了一套數字化作業票系統。它采用射頻條碼RFID,必須到現場刷卡才能批準,而定位地理信息系統GIS則能顯示到現場的人和時間點。通過二維地理信息系統GIS,確認現場作業,包括痕跡化管理(如流程上誰簽字誰審批)和人員定位系統等,從而確保生產管理人員和安全員都要到現場。
              但是這種二維地理信息系統,只能解決人員的平面定位。對于空間位置,依然沒有辦法定位,就像有時汽車導航到了上下多重立交橋時,就會犯暈一樣。
              而達美盛數字化運營平臺的真實立體空間模型,有效地將二維地理信息模型擴展到三維,將二者聯動起來。作業票的三維審批,將變得清晰明了。
              原來是二維平面,大屏幕上有30個畫面顯示,即30個作業點。如果發現問題,需要工作人員主動放大,效率不高。而改成三維模型的作業點之后,如果有問題,會自動彈出對話框,讓設備主動告知現場的不安全行為,工作人員只需要看一下屏幕,出問題會自動切換,也可以在模型上點擊相應點,更直觀。
              同樣,當檢修人員進入到重大危險源,基于定位工卡,中央集控室的內操人員,也能在數字化平臺上清楚地看到現場人員位于的具體樓層和位置。如果出現有毒氣體報警,可以在第一時間知道設備上一共有幾個人、分別在哪些位置上。當裝置上的操作人員對現場風險缺乏感知時(例如有毒、有害、輻射等),內操人員可以通過數字化交付平臺上的完整邏輯所展示的風險報警,第一時間通知現場人員盡快離開。
              在低級別的報警情況下,數字化運營平臺也可以起到簡化工序的作用。沒有數字化交付平臺之前,一般中央控制室人員,是通過查看分布式控制系統來了解模糊的位置,并進行必要報警,而且需要現場人員的支持,F在,報警信息已經和三維模型關聯,可以準確反饋報警的具體位置,也能調取并查看攝像頭,實際查看重大危險源,而不需要人員第一時間跑去現場查看。通過數字化技術,可以避免工作人員暴露于危險場所的風險。
              化工企業很容易給人留下一種印象:有毒、有害、有危險、離市區遠、沉重。實際上,現在的化工現場已經廣泛采用自動化、信息化和數字化的手段,現場人員并不多,而且明顯呈現年輕化趨勢。某新能源公司在新疆工廠有3000多名員工,平均年齡為27歲。一個界面友好、清潔安全的工廠,才是有吸引力的工廠。工廠利用數字化技術,采用了“強人化”的方式,來加快年輕員工的培養,并且讓生產過程并非都是單調無趣。在數十萬噸冷氫化車間,有三分之一的員工,都與操作有關,既有在控制室盯儀表盤的,也有在外部巡檢管線的。該公司采用了三維仿真的培訓系統,讓員工就像打游戲一樣,在浸入式的體驗中,完成對裝置的各種開停機培訓。而在實際檢修中,數字化巡檢平臺,讓一線現場巡檢和后方班長,有了新的交互。例如閥門壓差,需要有開度匯報、凍表匯報等。傳統巡檢,就是外部操作人員帶個對講機,按照巡檢路線走。如果現場發現問題,傳回給中央集控室的班長。對講機是唯一的工具。由于無法確認外操人員的準確位置,班長只能對著對講機吼,溝通效率很低,F在,借助于三維立體模型,二者可以做到心手合一,班長“重見天日”,外操人員“眼疾手快”,二者可以形成非常默契的合作。多人協同,跨越空間,實現心手合一,正是元宇宙最令人向往的地方。而數字化運營平臺,則是搭建未來元宇宙的一個必經之路。
              質量魚缸:跟人性做斗爭
              在流程行業,特別是煉化行業及精細化工行業,每個生產流程都是連續的,溫度、壓力都在不斷波動。有一個流程擱置,都會造成連鎖影響。參數控制及工藝優化的前提就是裝置平穩和安全。
              在實際過程中,產線往往會發生兩種波動。一種是小波動,不怎么影響產品質量和產量,比如閥門誤動作等。一種是大波動,會影響產品質量和產量,比如突然限電停電,裝置部分設備突然異常等。造成的后果是導致裝置停機,企業效益受損。對于現場操作人員而言,一般都會對小波動進行直接處理,往往也不會上報。但是,小隱患處理不好,也會導致大波動。
              那么,上層管理者了解小波動,是否真的有價值?根據美國海因里希金法則,一次重大事故,背后有29次小事故,300次事故癥狀,以及1000次的事故隱患。因此,小事故可能導致大波動,小事故隱患可能正是系統失靈的關鍵起點。
              質量大師戴明一向認為,一個企業的質量首先是由制造系統決定的,而區分波動的種類,對于穩定的質量至關重要。然而,經典的質量管理理論也表明,人員的恐懼會導致質量內在的惡化。一個維修人員可能會向上瞞報或者減輕事故的等級,因為他可能要完成某一個量化的KPI指標。而車間主任也可能為了實現本月的產能,而對于壓縮機設備的軸承故障采用拖延處理。這意味著,現場的質量數據只有成為透明魚缸,人人可見,才能穿越現場人員的恐懼和僥幸,直逼整個制造系統的隱患。這正是領導最需要關心的質量系統。
              現場已經有了各種信息化系統,例如MES是面向生產調度人員使用的,監控物料、產量數據等,以決定裝置滿負荷或者低負荷運行,而LIMS是生產管理人員用的,進行產品質量管理。但都是各自在自己的系統運行,很難交叉分析使用。
              工廠里有不少人最喜歡的管理方式,仍然是excel表格。但excel的數據其實非常不直觀,對于大多數人來說則充滿了各種謎語式的數據。即使經驗豐富的人,也會遺漏一些重要的信息。三維展現,才是人類最友善的形式。
              達美盛的數字化運營平臺,將這些相互孤立的系統,進行打通,建立內在因果分析,重建邏輯和三維化展示。在中央集控車間里,已經有四個關鍵工藝參數(如硅粉等),實現了參數可視化。而這些數據則是分別來自不同的系統,如MES和LIMS;谌S模型監控和可視化,它就像是一只眼睛,注視著現場的每一次波動。
              大平穩,才有大效益,小隱患,需要立即除掉。數字化運營平臺,就是要知微見著,讓質量脫離人性的弱點。
              連接孤島
              企業已經安裝了很多良好的信息化系統,包括生產執行系統、實驗室檢測系統、安全作業管控系統(作業票)、視頻監控系統,也涉及到四大平級部門:安全環保部、質量技術部、機動部、智能制造部,分別管理安全環保、質量、設備、信息化。
              再往前來看工廠的早期建設。設計院的設計數據需要引入到業主的信息化系統中來,而對施工方的約束也同樣重要。施工方每天的項目進度、采用的原材料,也需要進行數字化的綁定,數據隨時上傳。但是,真正在實施過程中,很多時候只是半個月左右進行一次局部階段的上傳,甚至變成一個以月、季度、半年為單位的上傳。在這個過程中,大量的數據會先天性丟失,給后來的工廠運行帶來了巨大的隱患。在文檔交付的年代,業主對于這些知識的管理,有心無力。而有了數字化交付的武器,業主就可以制約設計院、主設備商、施工方,推動多方在同一個數據管道中流動。即使再長的數據鏈條,數字化交付平臺都保證了一種校準機制,讓數據像一道激光一樣,前行再遠也不發散。數字化運營平臺則承接原有的數據,與工廠日常運行的數據有機地結合起來,讓流動的知識成為工廠平穩運行的潤滑劑。
              IT系統是天然的孤島。大多數企業都經過不同階段的項目建設,而且每次來的供應商往往都是不同的廠家。因此,工廠里普遍存在煙囪系統或者是孤島,這是由時代的局限性所決定。沒有人能夠一次就把信息化建設策劃得大而全,這意味著孤島系統無法超越時代。IT發展變化快,但是工廠運行周期很長。所以,煙囪系統是一個循序漸進的過程,信息孤島是時代的贈品,是不能拒絕的附件。
              數字化運營平臺,則給了業主一種全新的信念和沖動,從前端設計、現場運行到設備維護,各個系統的不同邏輯和數據,被重新整合在一個全新的空間進行。數十萬噸冷氫化車間現場各種設備、場地、物料數據,都被重新點亮,熠熠生輝。在這里,人與空間的融合、人與機器的互動、人與人的交流,都讓人豁然開朗,逐步邁向無縫合一。渾然一體的數字化工廠,會綻放出燈塔般的光芒。
              未來會走向元宇宙工廠嗎?某種程度,是。
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