過程系統(tǒng)工程專家解析橡膠助劑智能化路徑

　　我國是橡膠助劑生產大國，但是生產方式整體還比較落后。作為過程系統(tǒng)工程方面的專家，清華大學化學工程系過程系統(tǒng)工程研究所袁志宏博士日前在接受記者采訪時，解析了橡膠助劑企業(yè)智能工廠建設的路徑。他表示，充分運用互聯(lián)網、大數據和人工智能等新型信息技術，開啟新的發(fā)展動能，是橡膠助劑行業(yè)實現(xiàn)由市場需求驅動的智能制造、智能決策、綠色發(fā)展目標的必由之路。

　　集成優(yōu)化降能耗

　　在行業(yè)調研中，袁志宏發(fā)現(xiàn)，目前絕大多數橡膠助劑生產線，特別是促進劑生產線采用的還是間歇式生產方式，自動化程度低，生產裝置基本還是手動調節(jié)，由此帶來的能耗高、效率低、安全環(huán)保水平低等問題十分突出。

　　這與我國橡膠助劑占世界總產量80%的生產大國地位極不相符，同時也制約著行業(yè)總體效益和競爭力的提升。袁志宏建議，橡膠助劑企業(yè)可以通過對工藝與過程進行集成優(yōu)化，大幅降低能耗，提高資源利用率。

　　在袁志宏看來，橡膠助劑生產過程中流量、壓力和溫度等控制變量繁多，而這些變量直接影響著生產系統(tǒng)的穩(wěn)定性和底層控制系統(tǒng)的性能，進而影響生產過程的能耗與企業(yè)的經濟效益。而這些變量又是相互耦合的，不能單獨從某一個角度來調控，必須從全局來進行工藝與過程的集成優(yōu)化。

　　以防老劑RD生產為例，通過建立并求解防老劑RD的生產全流程優(yōu)化模型，找出相關優(yōu)化操作參數，就可以大幅降低能耗、減少污染物排放、提高資源利用率等，并為底層控制系統(tǒng)提供可行的執(zhí)行方案，實現(xiàn)生產控制的智能化。

　　閉環(huán)控制穩(wěn)質量

　　產品質量是橡膠助劑生產企業(yè)的生命線和競爭力所在，而其穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)運行水平。

　　傳統(tǒng)的間歇生產過程沒有穩(wěn)定工作點，反應釜溫度一直在變化，這給控制和優(yōu)化帶來了很大的挑戰(zhàn)。比如促進劑MBT反應釜溫度采用手動控制與調節(jié)，其波動幅度高達幾十攝氏度。產品質量控制嚴重依賴于操作人員的經驗。與此同時，產品檢驗普遍采用離線分析，產品質量也無法得到有效保障。袁志宏說。

　　袁志宏經過分析認為，借助新型的在線分析、在線檢測技術，構建過程閉環(huán)檢測和優(yōu)化控制系統(tǒng)是提高產品質量與保障質量穩(wěn)定性的有效方法。通過在PID常規(guī)控制系統(tǒng)上再加一個預測控制，把所有過程單元進行集中管控，同時配置在線檢測系統(tǒng)，可以直接將檢測結果反饋到生產系統(tǒng)，對生產系統(tǒng)進行實時調節(jié)，保證生產系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

　　以閉環(huán)在線檢測和優(yōu)化控制替代傳統(tǒng)的開環(huán)離線檢測和手動調控，來實現(xiàn)生產過程安穩(wěn)長滿優(yōu)運行，是提升各批次產品質量穩(wěn)定性的好路徑。袁志宏表示。

　　敏捷供應控成本

　　與石化行業(yè)有所不同，精細化工及化工行業(yè)實施智能制造，另外一大優(yōu)勢還體現(xiàn)在能夠根據市場需求，實現(xiàn)高度靈活的生產組織和資源配置，以減少小批量、定制化帶來的成本增加。

　　袁志宏表示，在流程工業(yè)智能制造的驅動下，精細化工未來將向定制化、個性化和綠色化方向發(fā)展。為了適應這一市場趨勢，橡膠助劑企業(yè)必須提升快速響應能力，將原有的單品種、大批量生產方式調整為多品種、多批量、高質量、低成本生產模式，通過對供應鏈的優(yōu)化來滿足柔性生產和定制化需求，同時又可以很好地控制庫存成本。

　　以促進劑MBT為例。袁志宏說，大型促進劑生產企業(yè)每家都會有許多條生產線，如促進劑MBT既可以作為產品直接銷售，也可以作為原料繼續(xù)生產促進劑CBS、NS和DM。如何平衡產品和原料的庫存，是一個典型的系統(tǒng)工程問題，但是目前絕大多數助劑企業(yè)還沒有找到合理的解決途徑。通過全價值鏈端到端的系統(tǒng)工程，建立敏捷供應鏈決策系統(tǒng)，計算出最優(yōu)化分配比例和方案，實現(xiàn)多品種產品生產的動態(tài)資源配置，實現(xiàn)資源優(yōu)化、產能優(yōu)化和庫存優(yōu)化，有效降低生產成本。

　　袁志宏強調：在明確了智能工廠的發(fā)展方向和目標后，橡膠助劑企業(yè)當務之急就是要努力實現(xiàn)助劑生產過程的連續(xù)化、自動化，打好生產過程的物理基礎，完善過程分析和傳感系統(tǒng)，為工藝流程優(yōu)化與產品質量自動控制奠定基礎。