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作者：AVEVA過程與仿真產(chǎn)品副總裁Norbert Jung

大型工業(yè)工廠的復(fù)雜度和集成度都在不斷提高。20世紀(jì)50和60年代繁榮時(shí)期安裝投產(chǎn)的設(shè)備以及雇傭的人員都開始面臨退休。在商品市場(chǎng)中或是在差異化解決方案方面，企業(yè)必須不斷創(chuàng)新才能保持自身競(jìng)爭(zhēng)力。為降低商品市場(chǎng)中產(chǎn)品的成本，一種解決方案是建設(shè)更大規(guī)模的工廠，配備更加先進(jìn)的技術(shù)。通常，分布于多個(gè)地點(diǎn)的各個(gè)工程部門在吸納新一代工程師時(shí)必須對(duì)不斷變化的實(shí)際狀況做出響應(yīng)。而以往的過程仿真器都無法應(yīng)對(duì)此類挑戰(zhàn)。

許多企業(yè)都在推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型項(xiàng)目，然而它們的注意力往往都在運(yùn)營方面，忽略了資產(chǎn)的生命周期過程。過程仿真工具對(duì)于每一名過程工程師來說都是無可取代的工具。自20世紀(jì)70年來以來，過程仿真器在石油天然氣、化工行業(yè)的營運(yùn)公司以及為這些行業(yè)服務(wù)的設(shè)計(jì)公司和設(shè)備制造商中得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)今市場(chǎng)上提供的工具在過去的數(shù)年里經(jīng)過了持續(xù)改善，能夠提供更多的功能和特性。

然而，這些工具始終沒有脫離傳統(tǒng)的架構(gòu)、操作系統(tǒng)和售后市場(chǎng)用戶界面，從而會(huì)產(chǎn)生很多內(nèi)在限制：

無法支持整個(gè)工廠生命周期，因?yàn)樗鼈兪軉我挥猛镜募軜?gòu)所限，例如穩(wěn)態(tài)過程仿真、動(dòng)態(tài)仿真、最優(yōu)化或流程網(wǎng)絡(luò)分析等原始設(shè)計(jì)用途。功能擴(kuò)展僅可由少數(shù)具備化學(xué)工程知識(shí)、軟件編程技術(shù)和/或特定專業(yè)項(xiàng)目知識(shí)的軟件開發(fā)商完成。通常采用老舊的編程代碼，無法對(duì)軟件行業(yè)的諸多最新技術(shù)發(fā)展加以利用。

保持創(chuàng)新性，與不斷變化的需求相適應(yīng)

全球競(jìng)爭(zhēng)、價(jià)格壓力以及創(chuàng)新需求都促生著一個(gè)全新的方法。新一代的員工都希望采用一種現(xiàn)代化、可擴(kuò)展且易于使用的解決方案，他們對(duì)于這樣的技術(shù)早已習(xí)以為常——高速互聯(lián)網(wǎng)訪問、移動(dòng)設(shè)備、觸屏以及虛擬現(xiàn)實(shí)。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）、工業(yè)4.0以及人工智能等全新理念帶來了重大機(jī)遇，新一代平臺(tái)能夠在整個(gè)生命周期提供工廠的數(shù)字雙胞胎，這是當(dāng)前的工具所無法做到的。當(dāng)前的仿真器通常僅能夠支持生命周期中的某一個(gè)階段，并往往基于不同仿真供應(yīng)商的熱力學(xué)以及不同的仿真方法。

如此不僅會(huì)降低結(jié)果的可信度，還會(huì)造成大量返工，因?yàn)椴坏貌粸槊總€(gè)新工具構(gòu)建一個(gè)新的仿真模型，并且所得到的結(jié)果也難以對(duì)比。一體化生命周期仿真意味著一個(gè)過程模型即可覆蓋工廠的整個(gè)生命周期，即從概念階段一直到運(yùn)營階段。

寶貴洞見促進(jìn)更明智的決策

在許多工廠中，每一項(xiàng)仿真活動(dòng)都需要一個(gè)單獨(dú)的解決方案。盡管每一個(gè)軟件都能確保自身的正確性，但在這些軟件過時(shí)淘汰之前，企業(yè)需要花費(fèi)大量精力對(duì)它們進(jìn)行足夠的維護(hù)。

根據(jù)麥肯錫全球研究院統(tǒng)計(jì)，在十億美元以上的資本項(xiàng)目中，53%存在進(jìn)度延誤，37%存在成本超支i。這都是變化性和復(fù)雜性失控的后果。

利用準(zhǔn)確的洞見尋求機(jī)遇是十分重要的。麥肯錫在7個(gè)方面發(fā)現(xiàn)了50%的效率提升潛力，包括：規(guī)章制度改革、協(xié)作與合同簽訂、設(shè)計(jì)反思與工程節(jié)約、采購及供應(yīng)鏈改善、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行改善、技術(shù)與創(chuàng)新的融合，以及員工的技能培訓(xùn)ii。

數(shù)字解決方案現(xiàn)已觸手可及。仿真平臺(tái)能夠在同一個(gè)主仿真——亦稱為系統(tǒng)的數(shù)字雙胞胎中進(jìn)行。比方說，它可能包括各種情境，如熱管破裂、生產(chǎn)能力變化、過程開發(fā)，甚至是與詳細(xì)蒸汽平衡相關(guān)的各種復(fù)雜規(guī)格。

生命周期仿真幫助工廠實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型的7種方式：

可用于設(shè)計(jì)、培訓(xùn)和運(yùn)行的過程模型，能夠?qū)崿F(xiàn)任意切換。能夠改善過程運(yùn)行、啟動(dòng)程序的洞見，通過一體化動(dòng)態(tài)情形確保系統(tǒng)安全性。利用一體化動(dòng)態(tài)仿真快速掌握過程的可控性，從而實(shí)現(xiàn)建模和控制專家之間更好的合作。利用液體流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)仿真排除過程設(shè)施系統(tǒng)中的瓶頸。通過使用相同的工具組更好地分配專家工程設(shè)計(jì)資源，簡(jiǎn)化學(xué)習(xí)曲線。提供針對(duì)操作員培訓(xùn)系統(tǒng)的模型，用于應(yīng)對(duì)工廠人員配置的變化，防止出現(xiàn)人員短缺。單一系統(tǒng)即可支持過程設(shè)計(jì)、操作員培訓(xùn)（OTS）和設(shè)備性能監(jiān)測(cè)。

長久以來，生命周期過程仿真已經(jīng)成為過程仿真供應(yīng)商及其客戶的一個(gè)愿景。然而，出于傳統(tǒng)架構(gòu)的原因，當(dāng)前的仿真器無法對(duì)軟件行業(yè)的快速發(fā)展加以充分利用。

但是，對(duì)于那些尋求數(shù)字化轉(zhuǎn)型、希望減少自身系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)和故障的企業(yè)來說，現(xiàn)在有了從頭到尾全新設(shè)計(jì)的仿真平臺(tái)可供選擇，它能夠滿足新一代工程師的要求并提供數(shù)字雙胞胎的過程側(cè)。

人員是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心所在

在所有企業(yè)中，有三分之二不具備一個(gè)清晰的數(shù)字化愿景和戰(zhàn)略，用以支持?jǐn)?shù)字化轉(zhuǎn)型及文化。僅27%的員工擁有掌控?cái)?shù)字化未來的必要能力iii。人員是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心所在，同樣也是技術(shù)應(yīng)用的障礙所在，這就是當(dāng)前的實(shí)際情況。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是最前沿的創(chuàng)新工具及過程與企業(yè)內(nèi)部專業(yè)技術(shù)之間的融合。這不僅能實(shí)現(xiàn)新數(shù)據(jù)和舊有數(shù)據(jù)的背景化，還能提供可操作的洞見和信息。

科思創(chuàng)（Covestro）是全球最大的聚合物企業(yè)之一。其業(yè)務(wù)活動(dòng)主要圍繞高科技聚合物材料的制造，以及針對(duì)各種日常用品進(jìn)行創(chuàng)新型解決方案的開發(fā)。科思創(chuàng)委托AVEVA部署了仿真平臺(tái)，用以解決在工廠生命周期內(nèi)所使用的各種工具相互之間無法有效集成的難題。仿真平臺(tái)幫助科思創(chuàng)實(shí)現(xiàn)了在同一平臺(tái)上對(duì)工廠整個(gè)生命周期的過程設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，讓其工程師能夠把更多精力投入到創(chuàng)新和復(fù)雜問題的解決之中。初步成果包括：成功地取代了先前的工具；用戶給予積極反饋；成本、耗時(shí)、風(fēng)險(xiǎn)和延誤減少；工程師能夠更加專注于創(chuàng)新。

盡管數(shù)字化轉(zhuǎn)型給所有企業(yè)都帶來了或多或少的影響，但總體來看，過程設(shè)計(jì)學(xué)科目尚被排除于此趨勢(shì)之外。因此，傳統(tǒng)仿真器無法勝任過程的精確仿真，也無法適用于整個(gè)工廠生命周期。