張國(guó)強(qiáng)

（河北省天然氣有限責(zé)任公司，河北石家莊，050035）

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機(jī)械自動(dòng)控制技術(shù)在化工生產(chǎn)中的運(yùn)用研究

張國(guó)強(qiáng)

（河北省天然氣有限責(zé)任公司，河北石家莊，050035）

摘要：機(jī)械自動(dòng)控制技術(shù)不斷與信息技術(shù)、通信技術(shù)、智能技術(shù)等融合，機(jī)械自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)于提升化工行業(yè)水平等各方面依然發(fā)揮著重要作用。本文主要對(duì)比國(guó)內(nèi)外化工機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)以及發(fā)展趨勢(shì)。通過對(duì)比研究，找到化工行業(yè)可提升或改進(jìn)的方向，為企業(yè)管理、技術(shù)進(jìn)步、裝備改進(jìn)提出參考建議，為行業(yè)發(fā)展服務(wù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械自動(dòng)；控制系統(tǒng)；化工生產(chǎn)；關(guān)鍵技術(shù)

引言

機(jī)械自動(dòng)控制技術(shù)在化工行業(yè)中的地位依然重要，且應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，其中包括計(jì)算機(jī)控制、數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與調(diào)用等技術(shù)的綜合、智能自動(dòng)控制系統(tǒng)越來越精良，在煤礦生產(chǎn)、石油開采以及化工工業(yè)生產(chǎn)等行業(yè)的升級(jí)改造中發(fā)揮著巨大作用。

化工機(jī)械裝備[1]作為機(jī)械制造業(yè)的重要組成部分，它可提升化工行業(yè)機(jī)械自動(dòng)化水平，促進(jìn)化工企業(yè)在技術(shù)和生產(chǎn)方式上占領(lǐng)制高點(diǎn)；高精尖裝備的使用可以提升我國(guó)化工制造業(yè)的生產(chǎn)水平，從而提高競(jìng)爭(zhēng)力，擴(kuò)大企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，服務(wù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1　化工行業(yè)中機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用

應(yīng)用在化工產(chǎn)業(yè)中的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)主要有四類，按照自動(dòng)化程度依次可以分為：

（1）自動(dòng)化制造單元。自動(dòng)化制造單元組成較為簡(jiǎn)單，規(guī)模小。將數(shù)臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備、數(shù)控設(shè)備、原料運(yùn)輸器材及工業(yè)機(jī)器人集中在一定區(qū)域，即可構(gòu)成自動(dòng)化制造單元，在靈活性和成本上具有極大優(yōu)勢(shì)。

國(guó)內(nèi)研究重點(diǎn)主要在此領(lǐng)域，與國(guó)外的研究差別主要在現(xiàn)代化數(shù)控裝備上。

（2）自動(dòng)化制造系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括多臺(tái)全自動(dòng)數(shù)控設(shè)備、數(shù)臺(tái)人工控制中心等，其中包括數(shù)控機(jī)器及物料傳送設(shè)備，統(tǒng)一受控于中心控制系統(tǒng)管理。這一系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量的連續(xù)生產(chǎn)及管理。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的中心控制系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，故障率較高，而且相應(yīng)研發(fā)人才還比較缺乏，中心控制系統(tǒng)核心技術(shù)仍然掌握在國(guó)外巨頭企業(yè)中。

還有設(shè)計(jì)迭代方面差距大。發(fā)達(dá)國(guó)家能夠具有優(yōu)良的設(shè)計(jì)庫(kù)，能夠在原來的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)上面進(jìn)行迭代優(yōu)化，進(jìn)而選出最好的設(shè)計(jì)方法。而我們數(shù)據(jù)庫(kù)不完善，沒有建立共享資源，甚至部分還沒有。在實(shí)際工作中，大部分都是從無到有的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，起點(diǎn)差距較大。

（3）自動(dòng)化制造線。自動(dòng)化制造線既非是生產(chǎn)單一種類或較少種類大批量零部件非自動(dòng)化生產(chǎn)線，也非生產(chǎn)中小批量多種類生產(chǎn)的生產(chǎn)線，而是在兩者之中的生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線能使效率得到極大提高，可降低自身對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)的需求。國(guó)內(nèi)自動(dòng)化的制造水平和國(guó)內(nèi)制造業(yè)的水平發(fā)展直接相關(guān)，存在制造工藝落后，造成精度差，相關(guān)工藝完善之后還沒有形成自動(dòng)化設(shè)備。

在先進(jìn)制造技術(shù)上，先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造企業(yè)在微納制造、增材制造以及精加工等方面已經(jīng)具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，我國(guó)這方面的研究還是停留在實(shí)驗(yàn)室階段。

我愛菊花，正因它婀娜多姿，香味芬芳；正因?yàn)樗晃穱?yán)寒，傲視寒霜。我們做人就要像菊花那樣不怕困難，知難而進(jìn)，不斷地把自己磨成一個(gè)有用的人。

（4）自動(dòng)化制造工廠。將多條柔性制造系統(tǒng)中的各部分進(jìn)行合理分配，結(jié)合立體自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，通過控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化管理制造系統(tǒng)和儲(chǔ)存系統(tǒng)。將計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)投入到自動(dòng)化制造工廠的實(shí)際應(yīng)用中，不僅實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)，還將生產(chǎn)管理、制造加工、儲(chǔ)存運(yùn)輸納入自動(dòng)化控制體系，具有極高的自動(dòng)化水平。

我國(guó)在這方面主要差距是在管理方面，先進(jìn)的跨國(guó)企業(yè)的化工生產(chǎn)對(duì)智能控制的使用較為廣泛，機(jī)器人、自動(dòng)操作手等使用普遍；同時(shí)在組織架構(gòu)和管理制度上具有先進(jìn)的方法和理念。在國(guó)內(nèi)，只有部分企業(yè)采用了比較完善的管理理念，大多數(shù)還是按照傳統(tǒng)的管理方式進(jìn)行。

1.2關(guān)鍵技術(shù)

新技術(shù)如雨后春筍般涌出，如模糊控制、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、人工智能以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為化工生產(chǎn)向智能化、集成化、虛擬化、便利化的方向發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

模糊控制技術(shù)利用模糊數(shù)學(xué)理論[2]，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械控制與人類思維的有機(jī)結(jié)合，該技術(shù)借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作方法，并且應(yīng)用到了模糊處理器中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的自動(dòng)控制和調(diào)整，能夠滿足化工生產(chǎn)的需要。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)智能控制集成控制，需要引進(jìn)豐富數(shù)據(jù)庫(kù)的專家系統(tǒng)。微機(jī)控制的增材制造為計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)開拓了更多空間，增材制造可以減低設(shè)計(jì)樣品的研發(fā)周期、提高材料利用率。激光掃描的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化為實(shí)體，降低測(cè)量難度和模擬復(fù)雜度，極其精確的得到產(chǎn)品的實(shí)體。

人工智能系統(tǒng)多添加具有柔性制造的專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)依托強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬤\(yùn)算，使系統(tǒng)能夠?qū)＜抑R(shí)和一般的推理規(guī)則結(jié)合起來，將生產(chǎn)實(shí)踐中的問題模型與理論研究相結(jié)合，通過預(yù)設(shè)答案和專家系統(tǒng)邏輯分析解決常見問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)遇到問題的智能化解決，完成自動(dòng)化。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[3]是通過模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息進(jìn)行并行處理的一種方法，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反饋網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)想存儲(chǔ)，能夠通過自學(xué)習(xí)，克服了傳統(tǒng)人工智能方法在模式識(shí)別、非結(jié)構(gòu)化信息處理方面的缺陷，成功應(yīng)用到智能控制、多目標(biāo)優(yōu)化、結(jié)果預(yù)測(cè)等領(lǐng)域。

雖然國(guó)外先進(jìn)企業(yè)在上述技術(shù)中的研究和應(yīng)用已久，但是國(guó)內(nèi)也取得不錯(cuò)的進(jìn)展。模糊控制領(lǐng)域已經(jīng)研發(fā)出易于控制，并且能消除靜態(tài)偏差的PID控制器；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)引進(jìn)新的專家系統(tǒng)也已經(jīng)在富士康部分工廠投入使用；人工智能方面，基于階PRO-LOG、LISP或基于框架與規(guī)則的集成環(huán)境或工具的智能系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境已經(jīng)投入實(shí)用，機(jī)器學(xué)習(xí)的研究日益廣泛。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在人工神經(jīng)領(lǐng)域中的關(guān)于學(xué)習(xí)方法和認(rèn)知記憶中的雙向聯(lián)想記憶中也取得不錯(cuò)進(jìn)展。隨著“中國(guó)制造2025”的推進(jìn)與實(shí)施，相信未來一定會(huì)實(shí)現(xiàn)從“中國(guó)制造”向“中國(guó)智造”的轉(zhuǎn)變。

2　未來化工機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展前景

化工機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要經(jīng)過不斷的創(chuàng)新探索，努力在技術(shù)上尋求突破?；て髽I(yè)在進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)和生產(chǎn)線改良時(shí)，應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)變化、企業(yè)自身需求和硬件條件，穩(wěn)中有進(jìn)的改進(jìn)，需要考慮成本和實(shí)用性能等因素，防止過度注重技術(shù)開發(fā)而忽略了成本管控，或因技術(shù)上的需求對(duì)管理產(chǎn)生不必要的改變。

2.1智能化

化工生產(chǎn)中的智能化就是將機(jī)械自動(dòng)化與智能控制等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，利用人工智能和專家系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全過程的智能控制。智能化的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)利用人工智能中的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行分析、邏輯推理以及方案判斷，最終在化工生產(chǎn)中進(jìn)行模擬，找出最優(yōu)解決方案。智能化系統(tǒng)的模塊化處理方法具有較大的靈活性，能機(jī)動(dòng)解決化工生產(chǎn)中的問題，并有效提高生產(chǎn)中的原材料利用率，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2集成化

集成化程度的提高，是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各種技術(shù)進(jìn)行整合和優(yōu)化，提升化工生產(chǎn)的機(jī)電一體化程度，進(jìn)而減少冗余的進(jìn)程，提高化工生產(chǎn)的效率。集成增加，可以降低運(yùn)輸?shù)然ㄙM(fèi)，節(jié)約化工生產(chǎn)的成本，促進(jìn)化工生產(chǎn)的整體化發(fā)展。利用計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，整合化工生產(chǎn)中的研發(fā)系統(tǒng)、加工生產(chǎn)系統(tǒng)、質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)和管理維護(hù)系統(tǒng)下，使其更好的進(jìn)行資源配置，提高化工生產(chǎn)的整體效率。

2.3虛擬化

化工生產(chǎn)過程中存在一些比較危險(xiǎn)的化學(xué)反應(yīng)過程，如爆炸、危險(xiǎn)品泄漏等。虛擬化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)過程中各個(gè)參數(shù)的模擬，調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)，從而模擬出生產(chǎn)實(shí)際情況，便于給出優(yōu)化方案，降低減少企業(yè)的生產(chǎn)成本，一定程度上避免機(jī)械設(shè)備在化工生產(chǎn)中的故障，提高了產(chǎn)品的研發(fā)的速度和安全性。

2.4便利化

機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)充分借助了現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了化工生產(chǎn)的集成化和便利化，在新時(shí)期機(jī)械設(shè)備的智能化得到了有效的提高，使化工生產(chǎn)更加方便，能夠?qū)崿F(xiàn)化工生產(chǎn)人與設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，對(duì)實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的人員和設(shè)備的合理布局、協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的裨益。如化工產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)的通過機(jī)械自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合，減少了產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的耗費(fèi)時(shí)間。同時(shí)還能夠根據(jù)產(chǎn)品的庫(kù)存以及銷售情況等，合理配置機(jī)械自動(dòng)化的進(jìn)度和效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和銷售的緊密聯(lián)結(jié)，對(duì)于降低成本，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率具有重要作用。機(jī)械自動(dòng)化能夠幫助企業(yè)人員更好地了解和掌握產(chǎn)品的性能，能夠快速對(duì)市場(chǎng)做出反應(yīng)，做出適應(yīng)市場(chǎng)的產(chǎn)品，降低冗余生產(chǎn)和研發(fā)，避免不必要的浪費(fèi)。

3　結(jié)束語

機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展和實(shí)際運(yùn)用，為化工生產(chǎn)中的安全性提供保障，為降低研發(fā)和生產(chǎn)周期提供技術(shù)支撐，提升經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于化工企業(yè)來說應(yīng)當(dāng)重視對(duì)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，加強(qiáng)對(duì)化工生產(chǎn)設(shè)備的改造等，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

國(guó)家應(yīng)該加大對(duì)機(jī)械自動(dòng)化的研發(fā)投入，創(chuàng)建可共享的機(jī)械控制軟件數(shù)據(jù)庫(kù)，建立知識(shí)產(chǎn)權(quán)價(jià)值評(píng)估和轉(zhuǎn)移應(yīng)用體系，大力發(fā)展數(shù)字制

（下文移至p93）

Study on the Use of Machinery Automation Technology in Chemical Production

Guoqiang Zhang
(Hebei Natural Gas Company,Shijiazhuang,050035,China)

Abstract:With the development of science and technology,machinery automation technology have constant improvement,as it plays an important role in enhancing all aspects of chemical production automation,intelligence,integration level.The paper reviews the difference in the advances in chemical machinery automation technology at home and abroad.By comparing the results,we can get our shortcomings and deficiencies in order to give some guidance on the ideas in the future of scientific research and business management.

Key words:Machinery automation;Control system;Chemical production;Key technology

DOI:工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL:http//www.china-iti.com10.14103/j.issn.2095-8412.2016.01.021

中圖分類號(hào)：TH165

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-8412(2016)01-644-03