下一代技术为未来制造业铺平了道路

智能制造,包括工业物联网,但也更多,为改善制造业提供了许多机会。

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2008年金融危机之后(以及美国页岩油气繁荣之前),我们经历了一段工业GDP下降的时期。作为回应,欧盟(EU)开始发布制造业竞争力报告,以指导决策者刺激经济。研究发现,制造业对出口的贡献超过了比例,为该地区带来了流动性,加快了复苏,提高了应对未来危机的能力。以德国等工业GDP高于平均水平的国家为基准,可以提高工业GDP的平均水平。

最后,创新是刺激制造业增长的行之有效的方法,这一事实使制造业成为欧盟地平线2020创新计划的重点。离散工业和流程工业的项目均以公私伙伴关系的形式设立,以增加行业所有权并增加公共投资。欧洲的战略激励成员国根据国家需要制定自己的计划。德国的工业4.0是迄今为止最著名的,但英国的高价值制造(HVM)弹射器计划和法国的未来工业也可能产生经济影响。

对于世界经济论坛(World Economic Forum)所称的创新驱动型经济体来说,影响产品价值的举措最能有效地提振增长。然而,与成本相关的流程改进和生产力创新也很有用。

Horizon 2020、工业4.0等政府举措,以及美国智能制造领导联盟(SMLC)在较小程度上关注减少制造业的环境足迹。欧洲倡议也有社会可持续性目标,如工作福利、创造就业机会和生活质量。总的来说,这些举措都代表了增长、环境保护和福祉的明智战略。

智能制造还是工业物联网?

那么,“智能制造”和工业物联网(IIoT)有什么区别呢?智能制造更加全面,包括大幅提高制造结果所需的所有方法、过程和技术,无论是产品价值、数量还是质量;生产力;或者减少环境足迹。有两个主要的改进来源:

  • 先进制造业,涉及基础科学或工程的改进。例如,光电子或化学纳米结构等科学进步,或模块化生产技术、添加剂制造或先进成型等工程改进。
  • 智能制造,包括应用于生产过程并组装成智能制造系统的信息、通信或自动化技术。

在这些技术中,我们不仅可以找到我们称之为IIoT的连接设备、系统、应用程序和诊断,还可以找到在新领域和工业部门具有潜力的成熟技术。例如,应用于流程工业的自主生产优化可以进入离散制造业,精益或拉动式制造可以引入流程工业。

应用实例

当前的制造流程和技术可以通过智能制造或IIoT进行扩充,以快速创造增值。在欧洲,一家综合钢铁公司始终在各个领域和运营中实施工业4.0。该公司能够通过应用拉动式制造以及利用实时信息协调制造和物流来提高工厂的吞吐量。虽然拉动式制造并非新事物,但在新的行业领域应用它的机会很大。工业4.0为实现这一目标创造了动力。

在几家大型化工、聚合物和生命科学公司运行了五年多的七个示范项目中,欧盟赞助的F3工厂项目展示了其在20-40%范围内显著降低资本支出和运营支出的能力。这是通过简化和加速工厂建设、跳过规模扩大和大幅提高可持续性来实现的。解决方案是创建具有相应高生产能力的更小、模块化单元。

这些容器中的小型化、高效化工、制药或聚合物工厂将使供应链更加灵活。但规划和优化它们是一个复杂的过程。有了这些模块化生产单元,可以快速扩大或缩小生产能力,以增加灵活性。生产装置也可运至靠近原材料生产或消费者的地点。今天早期的例子是现场生产液化空气和危险气体作为下游生产的原料。计划利用模块化生产技术实现甲烷裂解的最新发展,即在不产生二氧化碳的情况下产生氢气和碳。这将提供CO2.工业规模的化石燃料免费能源,价格具有竞争力。

在另一个例子中,一家大型食品和饮料公司创建了高度标准化、模块化的包装线。该公司采用基于ISA 88的PackML标准,在实施新机器时大大减少了工程和集成工作。其他公司正在通过这个例子学习如何建立模块化自动化,以实现模块化、撬装式“即插即用”生产装置。

在应用先进制造的另一个例子中,一家大型制药公司在新加坡的新工厂通过将分批过程转变为连续过程,将生产活性成分的时间从12个月缩短到6个小时。

当然,人是任何制造战略的关键要素。先进的制造技术、应用程序和方法可以使各级工厂人员从重复性任务中解脱出来,并提供适当的工具;及时、有关联的信息;以及易于解释的分析,以帮助解决问题,并完全避免或最小化问题的影响。

Valentijn de Leeuw是ARC咨询集团欧洲组织的咨询副总裁。他的经验包括单元过程的知识,模拟和建模,以及使用为制造操作设计的应用软件的业务实践。他拥有代尔夫特理工大学的技术科学博士学位埃科尔国家酒店巴黎矿业大学和IFP,荷兰乌得勒支州立大学化学硕士。

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