儀器儀表行業(yè)中小企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的途徑
一在線成分檢測(cè)分析的應(yīng)用需求為企業(yè)發(fā)展提供了廣闊市場(chǎng)
化工生產(chǎn)過(guò)程中物料的成分變化要檢測(cè)的種類很多，而現(xiàn)在能夠精確檢測(cè)分析的手段少得可憐，成千上萬(wàn)種化工物料的成分分析有賴于科學(xué)技術(shù)水平不斷突破才能有效檢測(cè)分析，這種現(xiàn)狀從理論上為企業(yè)充分利用高新技術(shù)發(fā)展新的檢測(cè)手段、研發(fā)新產(chǎn)品提供了可能性和必要性。我們知道流程式的化工過(guò)程多為氣體、液體、管道式傳輸，反應(yīng)塔、釜、罐、池、槽、泵類設(shè)備的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，操作人員少，其自動(dòng)化的水平相對(duì)別的過(guò)程高一些，在生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)階段可能都需分別對(duì)溫度、壓力、流量、液位進(jìn)行檢測(cè)和控制，控制好這“四大參數(shù)”的目的歸結(jié)于物料成分質(zhì)量的要求，生產(chǎn)者最直接想了解的是動(dòng)態(tài)成分質(zhì)量的變化，而成分質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化，大多數(shù)企業(yè)還延續(xù)離線的靜態(tài)取樣化驗(yàn)分析傳統(tǒng)工藝，甚至有些企業(yè)還停留在做試樣、用試紙、用人的感官體驗(yàn)——眼看、觸摸、品嘗等原始方式憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)推測(cè)，其結(jié)果是：
(1)分析化驗(yàn)的結(jié)果反饋為“時(shí)過(guò)境遷”的“事后諸葛亮”，如成分質(zhì)量不合格，往往造成整塔、整罐的廢品或等外品，其物料或工時(shí)能耗損失飴盡。
(2)取出的樣液如為有毒、有害、腐蝕性、揮發(fā)性氣、液，將對(duì)人對(duì)環(huán)境都有危害，樣液、樣氣的最終處理也會(huì)造成污染和損失。
(3)分析化驗(yàn)成分異常，已顯露出有爆炸的先兆危險(xiǎn)，再通知改變異常的操作，有時(shí)已晚，造成重大事故，例如去年的吉化硝苯爆炸事故造成污染轟動(dòng)全國(guó)，據(jù)說(shuō)與操作有關(guān)系，如果有實(shí)時(shí)反映成分質(zhì)量異常的檢測(cè)，是不是可把爆炸的先兆預(yù)報(bào)警了呢？
(4)很難想象已用上DCS系統(tǒng)的化工過(guò)程，還沿用人工取樣分析，即不相匹配又難以高效實(shí)現(xiàn)管控一體化。
在自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展到今天，難道還讓現(xiàn)代大工業(yè)生產(chǎn)延用這傳統(tǒng)落后的檢測(cè)工藝嗎？國(guó)外有在線工業(yè)色譜分析儀，但我們知道，每一次色譜分析最少也需要10min左右的分離分析過(guò)程才反饋數(shù)據(jù)，而且還需定時(shí)更換色譜柱等配件，特別是整套設(shè)備價(jià)格昂貴達(dá)數(shù)百萬(wàn)元，一般化工企業(yè)根本用不起，也沒(méi)有必要用這種高精度、高成本的檢測(cè)設(shè)備。
在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)、全球商務(wù)的今天，在國(guó)內(nèi)儀器儀表行業(yè)“四大參數(shù)”產(chǎn)品激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，企業(yè)的發(fā)展活力在于創(chuàng)新產(chǎn)品，而新產(chǎn)品研制的出發(fā)點(diǎn)要以市場(chǎng)需求作為依據(jù)，我們應(yīng)該開發(fā)一些價(jià)格適中，簡(jiǎn)單一些的能起到實(shí)時(shí)監(jiān)控成分質(zhì)量要求的在線成分檢測(cè)分析儀。天津市自儀科貿(mào)有限公司一家名不見經(jīng)傳的民營(yíng)小企業(yè)，正是基于以上市場(chǎng)分析，先從簡(jiǎn)單的但最緊迫的適應(yīng)強(qiáng)腐蝕性、有毒有害的物料生產(chǎn)需求的產(chǎn)品起步，研發(fā)成功了應(yīng)用軟測(cè)量技術(shù)的“化工液體成分濃度智能在線檢測(cè)儀”。該產(chǎn)品一經(jīng)申報(bào)，因符合國(guó)家發(fā)展計(jì)劃精神，立即得到《科技部中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金》的立項(xiàng)無(wú)償資助，2004年該產(chǎn)品研制成功，在科委推薦和成果鑒定時(shí)，受到化工用戶和專家們的一致好評(píng)，認(rèn)為這一基于世界流行的先進(jìn)軟測(cè)量技術(shù)的在線濃度檢測(cè)儀有多處技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，能夠利用創(chuàng)新技術(shù)改造延用了幾十年的傳統(tǒng)工藝，把對(duì)工人健康和環(huán)境有害的手工取樣、離線操作，改為密閉自動(dòng)連續(xù)檢測(cè)、數(shù)字顯示并輸出控制信號(hào)，達(dá)到實(shí)時(shí)在線控制生產(chǎn)的要求。為以成分質(zhì)量為核心的化工自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。該產(chǎn)品適用于多種強(qiáng)腐蝕有毒有害介質(zhì)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，有較高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。最終結(jié)論是：該項(xiàng)目的先進(jìn)性、科學(xué)性和實(shí)用性是顯而易見的，應(yīng)盡快實(shí)現(xiàn)目前這項(xiàng)成果僅以應(yīng)用在化工的氯化產(chǎn)品物料中，每年就有數(shù)百臺(tái)的市場(chǎng)需求，而且此類產(chǎn)品還可在其他類似物料生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用，是個(gè)可延伸的系列化長(zhǎng)產(chǎn)品線的產(chǎn)業(yè)。
二軟測(cè)量技術(shù)是在線成分檢測(cè)分析行業(yè)持續(xù)發(fā)展的法寶
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展而興起的“虛擬儀器”和“嵌入式技術(shù)”正在自動(dòng)檢測(cè)儀器儀表界引起一場(chǎng)變革，所謂軟測(cè)量技術(shù)是把常規(guī)檢測(cè)手段與計(jì)算機(jī)信息處理、科學(xué)運(yùn)算結(jié)合起來(lái)的一種基于過(guò)程辨識(shí)、工藝規(guī)律、控制機(jī)理的間接檢測(cè)技術(shù)。其包含4方面內(nèi)容：
(1)分析過(guò)程機(jī)理、確定主導(dǎo)變量和輔助變量；
(2)計(jì)算機(jī)的采集、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理；
(3)建立數(shù)學(xué)模型或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?
(4)在線校正。
在以往的記載中，軟測(cè)量技術(shù)并沒(méi)有在儀器儀表的研發(fā)上應(yīng)用，實(shí)際應(yīng)用的多在煉油化工常減壓塔、分餾塔、催化裂化、煉油裝置方面，且多在大型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用，如：InferentialControl公司、Setpoint公司、DMC公司等都有以商品化軟件形式推出的軟測(cè)量技術(shù)產(chǎn)品，其價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)有些軟測(cè)量技術(shù)，也多用在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，天津市自儀科貿(mào)有限公司創(chuàng)新性地把在大型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的軟測(cè)量技術(shù)移植到儀器儀表的研發(fā)中，已申報(bào)了發(fā)明專利，提出一個(gè)軟測(cè)量技術(shù)儀表化的研發(fā)技術(shù)工藝路線，并把軟測(cè)量技術(shù)作為在線成分檢測(cè)分析儀的核心技術(shù)。一種化工物料的生產(chǎn)是要由已知成分的原料，也許經(jīng)過(guò)很復(fù)雜的生產(chǎn)工藝流程，在特定的設(shè)備內(nèi)施以各種外界條件(比如壓力、溫度等)，經(jīng)歷從形態(tài)—量變到質(zhì)變的演變，才生成新的物質(zhì)。綜合各種參數(shù)的分析建模計(jì)算無(wú)疑是很復(fù)雜的和不實(shí)時(shí)的，但復(fù)雜的問(wèn)題在一定范圍、一定條件下可以簡(jiǎn)化，我們可有針對(duì)性擇取某一特定階段、特定范圍的主要決定性變量，舍去那些影響不大的參數(shù)和條件，簡(jiǎn)化成2～4個(gè)變量參數(shù)的分析建模。例如化工生產(chǎn)的成分分析在某一階段上，并不是全面分析各種成分組成，而是已知主要成分需檢測(cè)分析這種主要成分的含量，多組分分析在這里簡(jiǎn)化為單個(gè)成分含量或者成分濃度的檢測(cè)分析。再比如，在前道工序已經(jīng)生成，或提純了的半成品或原料，在后一階段決定成分變化的就是一兩個(gè)變量參數(shù)，那么主要決定成分變化的主導(dǎo)變量一個(gè)，主要影響成分變化的輔助變量一兩個(gè)，這樣的軟測(cè)量模型更適合在智能儀表上實(shí)現(xiàn)，(變量參數(shù)多，模型更復(fù)雜，影響采集運(yùn)算的實(shí)時(shí)性)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，常遇到這樣的情形：在某一特定設(shè)備及原料條件下，到了特定的溫度、壓力條件，成分質(zhì)量就在合格的范圍內(nèi)，工藝參數(shù)就是這樣制定的。如果條件向某方向變化，成分質(zhì)量也向某方面變化，有長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工人們說(shuō)，按這個(gè)溫度、壓力等條件，估計(jì)的成分結(jié)果八九不離十，不信拿去化驗(yàn)，果真很準(zhǔn)。
智能儀表的任務(wù)就簡(jiǎn)化為把這種“經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀弊兂煽茖W(xué)計(jì)算、判斷、推導(dǎo)、分析，把成分質(zhì)量預(yù)測(cè)性實(shí)時(shí)反映出來(lái)。當(dāng)然要形成分析儀器產(chǎn)品，這在軟測(cè)量數(shù)學(xué)模型建立前后，還要伴以提取各種量程階段的樣液及在測(cè)量同時(shí)取樣的化驗(yàn)室化驗(yàn)、色譜分析進(jìn)行比對(duì)、校正，最后還要在形成固定數(shù)模程序后投運(yùn)儀表時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)用儀表具有的智能在線修正功能消去誤差。
試想在相對(duì)化驗(yàn)手段健全的化驗(yàn)室和色譜、光譜分析室條件下，再有技術(shù)部門應(yīng)用計(jì)算機(jī)建模仿真工具(目前已有商品化的這類工具譬如NI公司的LabVIEW8.2_DSUM；還有數(shù)學(xué)工具M(jìn)athlab7，MathCAD等)那么，你只要拿來(lái)一種物料，我們就建一種新的模型，形成一種成分分析儀表品種，研發(fā)機(jī)構(gòu)不斷有新的課題，企業(yè)不斷推出新的儀表品種，因此說(shuō)，軟測(cè)量技術(shù)儀表化是成分分析儀行業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的法寶。
