自动化与丝丽雅.doc

自动化与丝丽雅-用自动化改造传统产业的成功范例海丝特电仪 董华金摘要本文全面回顾了自动化技术在粘胶制造过程中的发展历程，以及丝丽雅集团公司用“高技术改造传统产业”发展战略所取得的成绩：在公司新的生产基地的建设中，大量采用了国际上各先进厂商（如SIEMENS、FOXBORO、HONEYWELL、FISHER、ABB、ROSEMOUNT、山武、横河等）的自动化设备和控制技术，使企业的自动化水平处于行业领先的地位；在生产实践中，通过对各种先进技术的消化吸收，将DCS、变频控制、计算机控制、智能检测、网络通讯等技术进行以实现柔性制造为目的的融合并广泛应用于生产过程的各个环节，极大地提高了装备的自动化水平。本文还结合信息经济时代自动化技术和管理科学的发展规律，论述了企业实施MRP、MRPII及ERP的必要性和方法，强调应以建设柔性化制造过程为特征的核心竞争力，不断满足市场变化的需要。关键词自动化柔性制造ERPMRPMRPII从发现竞争规律的时段看，有关“战略管理”的理论以钱德勒的首先研究为发端，经历了从安德鲁斯提出的以环境为研究出发点的古典战略管理理论，即制定企业战略的过程模型SWOT分析。到80年代迈克尔波特以产业结构为基础的竞争战略，再到强调企业应善于应用企业的核心资源以提升企业竞争能力的以哈默尔和普拉哈拉德为代表的企业核心竞争能力学派，共经历了四个阶段。其中企业核心竞争能力学派认为：“核心竞争力是组织中的积累性学识，特别是关于如何协调不同的生产技能和结合多种技术流的学识”、应将企业的资源更有效地集中于战略目标、更有效地累积资源、以及整合互补资源以创造高层次的附加值等。从这个角度看，丝丽雅就是核心竞争力的杰出实践者。作为在市场竞争中最有杀伤力手段的低价格，要求生产者在生产的各个环节都应进行严格的成本控制，高效、可靠的自动化装备就是当然的选择之一。它能在不断提高产品的生产效率和产量、质量的同时，也不断地降低生产成本和劳动强度，这符合价值工程的一个显著的规律-就是功能越强，投入越少。丝丽雅先进的自动化技术不但降低了生产成本，更成为公司的核心竞争力之一。进入新世纪，新经济所引发的新的竞争浪潮已向我们滚滚涌来：市场竞争日趋激烈，消费者的消费理念日趋理性，导致竞争的强度和速度前所未有；用户需求更加多样化，要求个性化产品（服务）彰显个性的消费理念深入人心；产品的市场生存周期越来越短，流行节奏越来越快；对产品质量的要求越来越高，产品性能更加完善等。这些知识经济时代的特征无一不向我们这样的传统制造业提出严峻的挑战，我们应该如何生存和发展？以笔者看，用高新技术改造传统产业是一条必由之路。纵观丝丽雅这几年由小到大、由弱到强的发展历程，就是坚持以 “高技术改造传统产业”的一条奋斗路，正是“科学创新经营”使我们成为了行业的领跑者。丝丽雅新的生产基地海丝特在短短的一年时间内建成投产，并在当年产生效益就是这一理念的成功范例。笔者也是在这个过程中对丝丽雅的自动化应用与实践有了更新的认识：一、化纤生产工艺以1905年米勒尔发明的用一种稀硫酸和硫酸盐组成的凝固浴，实现了粘胶纤维的工业化生产为发端，近百年来，除了在工艺过程中使用连续脱泡技术和连续纺丝机对生产进行优化外，其生产过程都是基本相同的，没有出现什么根本性的变化。从应用自动化技术的角度看，粘胶长丝连续纺技术是粘胶长丝生产中的一次革命，是粘胶长丝行业高新技术的体现。它集纺丝、牵伸、再生、水洗、烘干、上油、卷绕各个工序于一体，产品可直接送丝绸厂使用。产品具有卷筒大、无接头、毛丝少、染色均匀性好的优点，特别适用于无梭织机、高速织造的生产应用，同时也适用于针织、制线等行业。在降低成本的同时也大大地提高了劳动生产率。笔者认为，连续纺丝机的产生与发展是以自动化技术为基础的。我们知道连续纺丝机是集多个工序于一体的先进纺织机械，工艺过程必然十分复杂，需要进行监控的参数也是多种多样，如果还是使用传统的靠手工操作、凭经验操作，将不能有效地保证了生产的连续性和稳定性，因此在生产过程中对不同种类的过程参数进行严格检测和控制，才能保证整个生产过程的一致性和产品的产质量并不断降低成本。今后纺机的发展将更注重柔性化、数字化和智能化。从今年举办的各大纺机展及技术研讨会上，都明显地流露出今后纺机发展将更加注重柔性化和数字化这个信息： 第一，基于网络连接的柔性化、数字化产品是今后纺织机械的发展趋势。为适应纺织品向多品种、小批量、短周期、时尚化的发展趋势，纺织机械必须实现柔性化。柔性化的含义是产品具有自适应性，如纺织设备能方便地适应不同种类的纤维，设备能满足多种工艺的要求，在变换品种时能做到方便快捷。同时产品能根据用户的要求而为用户度身定制的能力。如果不能对用户的需求做出迅捷的有效的反应，那么就有可能失去用户，从而在竞争中处于不利地位。自动化水平的不断提高，使这种理念得以实现。这也使模块化设计成为可能。不仅机械部分，电气控制部分也采用模块化的设计思想，各功能单元都采用插槽式的结构，不同功能模块的组合，就能满足千变万化的用户需求。模块化的产品设计，是今后技术的发展趋势。第二,纺织测试仪器的不断发展也从另一个侧面勾勒出了自动化不断飞跃前进的曲线：从原来精度较差的机械式强力机到现在高精度电子式的单纤维强力仪、从原来的目测产品外观到用普通光学显微镜再到放大倍数更高的金相显微镜、从原来的人工手持秒表测量粘胶粘度到现在用数字式粘度仪进行检测等等。再从国际纺织仪器乃至通用检测仪器的发展趋势来看：标准化、规模化的控制技术和采用库函数形式的数据统计、处理和分析软件包正日益成为主流，标准化、模块化的控制技术可以使一台计算机通过多块标准化模块控制相应的同类或不同类的检测仪器。标准化模块对于用户来说，可以用一台计算机控制多台设备，大大降低使用成本。采用库函数形式的数据统计、处理和分析软件包，采用函数库的形式，极大地强化了软件的数据处理和分析功能，在不增加硬件成本的条件下，提高了仪器的技术含量。计算机图像处理技术在纺织仪器中的应用前景也非常广阔。计算机技术不仅已经被广泛地用于常规纺织仪器的改造上，而且在开发新技术、新产品上也表现出强大的生命力。例如，计算机图像处理技术的应用正成为相当一部分新型纺织仪器的核心技术之一，像光电式条干均匀度仪、电子黑板、纤维细度仪等等。这些仪器在国际上已有产品出现。由此可见，高新技术特别是自动化技术和检测技术的发展引领着我们不断地向物质的微观领域进行探索，对产品的优缺点也有了更深入的了解，以此为指导，产品质量得到了不断提高。第三，作为自动化技术核心的检测技术和自动控制技术是随着微电子技术、材料科学、新工艺制造技术和4C技术（CONTROL测控技术、COMPUTER计算机技术、COMMUN1CATION数字通讯技术、CRT图像显示技术）的不断发展而发展的，自动控制系统和工业控制仪表几乎每隔35年就会出现以先进控制理论为指导的新一代装备。这些新技术、新工艺在各行各业的广泛应用使我们的生产和生活方式发生了巨大的飞跃。下面从几个方面简要谈一谈本专业的现状与发展。（一）、控制理论以“根轨迹法”和“频率法”为核心主体的经典控制理论已获得广泛成熟地应用。但它只能（或主要）解决单输入单输出定值调节系统的分析与综合问题。随着工业的发展和过程控制水平地提高，出现了多变量系统和现代控制理论。这些理论主要有：1、 状态空间分析理论：这个理论用于处理多变量系统尤其方便。2、 系统辨识和参量估值理论：利用这一理论可以将过去化工动态学的主题,仅仅是解决各通道的传递函数转而要求得出整个系统的状态议程。3、 最优和自适应理论：过去实现最优的方法是靠经验准则或凑试，缺乏理论分析。现在有了明确的目标和完整的计算方法。自适应是指在过程控制中不断进行辨识，不断修正控制算法以达到最优控制。4、 大系统理论：这是近几年来才发展起来的现代控制理论的一个分支。 (二)、网络化测试技术网络测试的本质是把测试任务分散化，测试功能本能化。1、以太网技术：以太网在工控和仪表领域已获得了的广泛应用。其传输的性能、速度、质量是其它现场总线、DCS系统无法比拟的。TCP/IP 协议通用性好。CSMA/CD机制（兼听多路访问/冲突检查）光纤以太网全双通信，逐级控制解决通信不确定性，最大限度的满足实时性的要求。2、网络化仪器和传感器技术：网络化仪器服务于客户在任意时间任意地点获得及测试数据，实现设备资源和数据资源共享的一系列软硬件合。传统传感器是一种数值测量传感器。网络化传感器是一种智能化传感器，是有自检测、自修正、自保护功能，它带有模糊处理单元，具有人的某些功能如：自学习、自处理、自判断。3、DPC技术传统的现场总线技术模型不统一，通信协议互不兼容，仪器之间、网络之间互操作性差。基于微软组件对象模型的DPC技术是测试仪器之间通信、交换数据、进行互操作和客户实现远程操作仪器的新一代技术规范。4、分布式计算技术：组播和移动代理技术代表着分布式计算的一个发展方向。通过让发送器先移动到接收器的地址空间，在那是作本地计算，然后将结果返回地址空间从而实现了Internet通讯，并使通信量最小。5、网络安全技术：数据安全，指网络上传输的数据不会被截获，不会被篡改；系统安全指测控网络不会被匿名用户登陆和攻击；介质安全，指系统设备稳定性好，故障率低。二、为保证海丝特的产品产量和质量，并为今后的快速发展打下坚实的基础，公司领导高瞻远瞩，在引进国际先进的粘胶制备工艺的同时，引入了世界各著名自动化设备厂商的控制设备和产品。从工艺及设备看，海丝特原液粘胶生产工艺技术有着不可比拟的巨大优势：首先从工艺来看，由于我公司属于连续性生产较强的企业，生产环节多，生产周期长，控制要素复杂。以前的生产线一直沿用几十年来的传统工艺，加之检测手段落后，自动化水平较低，人为干扰因素很多，使得整个生产过程中难以得到有效控制，产品的品质始终难以得到实质性提高。这极大地阻碍了企业的生存和发展，根本无法面向国际、国内残酷的市场竞争。有鉴于此，公司领导班子下决心改变现状,在认真分析了制约产品生产和质量的要素后,决定在海丝特的生产过程中全面采用先进的化纤生产技术，引进了先进具有世界先进水平的意大利SNIACO公司的生产工艺、设备和控制理念，其先进性首先就在于这种技术在生产的全过程实现了柔性化和精细化生产。海丝特在引进了意大利SNIACO的原液粘胶制造间歇式干法黄化技术，其特点是：黄化过程在2635温度下进行，大部分CS2处于气相，反应充分，黄化程度易于控制，副反应较少，易操作，各批次粘胶的熟成度较接近，一致性较好。碱纤维素加入后即对设备抽真空，再加入氮气至一定压力，以防止形成易爆介质，此后计量加入占碱纤一定比例的CS2 ,这个时间段约为2035min，其化学反应时间为7090min，这一反应的结束是以第二次真空的出现为标志。此后再加碱和氮气，排出CS2余气。黄化过程结束后排出粘胶并用水清洗设备，这一时间约需4090min。生产效率较高，安全性好。在粘胶制备的其它工艺环节，比如自动配碱控制系统、自动喂粕系统、浸渍压榨控制系统、脱泡控制系统等。精细化的生产理念贯穿于生产整个生产的始终。先进的生产工艺对自动化技术和设备提出了严格的要求，因此我厂在引进意大利SNIACO公司粘胶长丝生产工艺的同时，也引进了其先进的自动化控制系统。该系统设计为德国西门子公司PCS7 DCS冗余控制系统，采用S7-417-4H CPU作为系统控制的核心部件。充分运用强大的网络通讯技术将整个系统紧密的结合在一起，运用先进的网络技术建立与现场变频器的适时通讯，在保证对现场设备准确控制的条件下，大量节约工程建设费用。不仅使我厂的粘胶生产工艺技术走在了世界前沿，也使我厂的自动控制技术达到了世界先进水平。海丝特的主要的自动化设备及其特点如下表：序号设备厂商及设备类型使用范围系统特点1德国西门子PCS7 DCS PLC美国FOXBOROI/AS DCS系统美国霍尼威尔 HDC9000 DCS系统德国西门子PLC日本三菱 PLC原液、酸站、电站、精练、污水处理场、新烘干、制冷机组、KKF滤机、著色小车自动控制系统电气系统切换系统及压洗电气控制系统质量稳定可靠、硬件成本低廉、适宜的分级系统、用户界面友好的操作员控制、监视、功能强大的工程师工具集、模块化程序设计方法、基于事件调用的组织块程序结构方式、连续功能图、顺序功能图、兼容管理计算机和工业控制计算机系统及生产自动化和过程自动化、采用PROFIBUS-DP作为现场总线，冗余的总线结构能提高总线系统的可靠性，从而保证了系统能长周期稳定地运行。2德国威卡、飞马压力表德国E+H流量计和压力开关德国SSK流量计罗斯蒙特压力、液位、一体化温度变送器ABB压力、液位、流量、一体化温度变送器日本横河EJA压力、温度、流量、液位日本山武.霍尼威尔调节器德国PS电动执行机构奥地利西贝电动执行机构美国费希尔气动调节阀德国FESTO电磁阀上海仪表集团吴忠仪表厂气动调节阀原液、酸站、纺练生产过程压力、温度、流量检测水暖、物管生产过程流量检测原液、酸站、纺练生产过程单回路控制系统纺练、电站关键工序执行机构原液、酸站生产过程控制机构电站、纺练工艺工序检测运行稳定、控制精度较高、动作可靠灵敏、无故障时间长、维护较为方便三、再看锅炉，沸腾炉是德国人温克勒于1921年发明的，其缺点是：使用贫煤燃烧，燃料的适应性不好，其燃烧方式为层燃、煤粉颗粒较小，但燃烧不充分，热效率较低，排放的废气中含硫量大，对环境污染较严重，能耗较大且负荷调整范围小。海丝特公司的锅炉采用了先进的循环硫化床锅炉，它的特点为：、燃料适应性广，不仅可以燃烧烟煤、无烟煤选、贫煤、褐煤，而且对造气炉渣、煤矸石等劣质 燃料也能很好地燃烧。、锅炉的效率高，由于该炉具有循环分离装置，加之国内生产厂家对分离装置的不断改进和完善，使得分离器 的效率高达99%以上，该炉型的锅炉热效率也达到了85%以上，燃烧效率在98%以上。、锅炉负荷调节范围宽，该炉型在30-110%负荷范围内运行，汽温、汽 压均能保持在正常范围。、锅炉的密封可靠，由于国内的生产厂家大多采用全密封的膜式水冷壁，取消了原有的膨胀缝，这样既提高了锅炉的效率，又大大改善了操作人员的工作环境。、可以通过向炉内添加石灰石进行脱硫由于循环流化床锅炉是低温燃烧，对脱硫非常有利，且循环流化床锅炉的分离器效率高，脱硫剂石灰石可以很细，因此石灰石利用率高。当Ca/S=2时，脱硫效率在85%以上。这样就大 大降低了SO2的排放，符合环保要求。、返料可靠现在国内循环流化床锅炉大多采用了U型阀，它是一种自动调整的非机械式返料器，是国内 最好的一种返料装置，有的厂家还采用了水冷料腿等技术，保证了锅炉的可靠运行。、床内不布置埋管受热面循环流化床锅炉的床内不布置埋管受热面，因而不存在鼓泡流化床锅炉的埋管受热面易磨损 的问题。此外，由于床内没有埋管受热面，启动、停炉、结焦处理时间短，同时长时间压火 之后可直接启动。、易于实现灰渣综合利用循环流化床燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣含碳量低，灰渣活性好，可作为水泥的掺和料或建筑材料，同时低温烧透也有利于灰渣中稀有金属的提取 。为充分发挥循环流化床锅炉的优点，必须对锅炉运行中的各种参数进行检测和控制。以 75t/h为例，其工艺检测点和控制点就达到1800余个，如果还是采用原来的一个点对应一台仪表的显示和控制方式，操作人员根本无法对锅炉运行过程实施有效的监控，锅炉根本无法实现安全运行。因此采用DCS控制就成为必然，动力锅炉引进的DCS控制系统是FOXBORO I/AS 51 DCS控制系统。I/AS系统是1987年由美国FOXBORO公司研究开发的一种先进的开放性工业控制系统，是新一代的集散控制系统，系统的特点：1、控制分散、信息集中；2、高度的灵活性和可扩展性；3、较强的数据通信能力；4、友好而丰富的人机联系；5、极高的可靠性。2002年6月公司根据当时电力供应紧张状况果断决策上马3#抽凝式汽轮发电机。其控制系统HC900是HONEYWELL公司最新推出的中小型控制系统。HC900控制系统的特点：1、将连续、顺序、逻辑控制的组态方案集成为一体；2、基于视窗技术的图形化功能块组态（FBD），软线连接使各种控制组态方案的实现变得形象直观；3、采用标签数据库，快速完成本地操作员盘画面的编制；4、在线同步组态与监控，局部组态修改和下载（RUN-PROGRAM模式），提高系统调试和故障诊断效率，减少设备停机时间；5、自动生成完善的组态注释文本，轻松存档；6、整个系统采用星形拓扑结构；7、符合开放性系统互连的参考模型（OSI），可与其它第三方设备进行数据通讯；8、软件和硬件的模块化结构使系统的扩展和重组变得灵活、简单。从打造企业核心竞争力的高度而言，将计算机控制技术应用到生产中的各个环节是其中一个非常重要的措施。在海丝特的电气系统中，充分利用变频技术实现恒压、恒液位控制，以实现生产过程的一致性要求；对重要机群，引进国外的最先进变频器和切换系统，将电仪设备对生产的干扰降到最小；对重要工艺环节均由DCS和计算机进行控制；在所有涉及产品质量的关键工艺环节，都全面实现了计算机自动控制。作为采集各种现场工艺信息并对之进行精确控制的仪表设备，它们的精度、可靠性、功能等都必须能适应海丝特的生产实际，必须能适应先进控制系统的要求。因此国际先进的检测和监控设备成为首选。在海丝特各个现场广泛应用的这些仪表设备保证了数据的准确、工艺和控制系统的稳定。这些先进的装备不但使海丝特的自动化水平远远领先于国内同行。并且成为了丝丽雅的主要核心竞争力之一，为海丝特在短时间内建成投产并产生良好经济效益的提供了有力保障。四、在信息经济时代，传统制造业的生存和发展之路的一个重要前提是必须用高水平的自动化装备提升传统产业，它已被先觉的领导者们认识到是今后赢得市场竞争胜利的重要途径，自动化技术特别是与计算机及网络系统相结合，在过程工业中的普及应用，已被实践证明对产品的质量提高，增产挖潜，确保安全生产，改善和加强企业管理水平有明显的提升效能。当然，我们也应该意识到，对于海丝特这种生产过程复杂，工艺过程相互关系密切，品种众多的大型企业实现自动化必须先要有合理的规划和设计方案，夯实基础数据源的建设。先进的自动化技术引发了对传统观念的强烈冲击。首先是在生产保障方面，在过去，由于自动化水平不高，生产上出现了问题，工艺部门为抢时间，宁愿甩开自动化设备用人工手动继续生产，直接的后果就是产品的品质根本无法保证，生产周期也很不准确。现在在海丝特，由于大量采用了先进的自动化技术和设备，工艺生产和操作都以自动控制系统为核心，严格执行的控制程序和现场先进的传感器使产品质量的均一性和生产周期都有了可靠的保证，生产上只要出现问题，工艺部门都会首先从控制系统上调看故障信息并分析原因，查找、处理故障和恢复生产的时间都大为缩短，生产准备周期更短也更充分，工艺流程的各种参数得到了良好的控制，在短时间内大幅度提高了产品的产量和质量；提高了企业的经济和社会效益。第二是在人员方面。以前存在“头痛医头，脚痛医脚”，出了系统性的问题就有点找不着北，查故障找问题的时间比较长不说，有时候处理问题还不彻底。现在可不行了，电仪工不但必须掌握电气、仪表知识，还要掌握计算机知识、网络知识和机械原理。第三是实现了生产的柔性化，以原