在當今全球制造業(yè)加速向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的時代背景下,新材料作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和先進制造業(yè)的基礎(chǔ)與先導(dǎo),其生產(chǎn)過程的精細化、可控化、智能化水平,直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率與市場競爭力。和利時公司攜手杭州聚合順新材料股份有限公司,以“精益求‘精’”為核心理念,通過先進的流程模擬技術(shù)對批次控制進行深度驗證與優(yōu)化,成功探索出一條具有行業(yè)特色的新材料智慧轉(zhuǎn)型之路,為新材料技術(shù)推廣服務(wù)樹立了典范。
一、 項目背景:新材料生產(chǎn)的挑戰(zhàn)與機遇
杭州聚合順作為國內(nèi)尼龍新材料領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè),產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車、紡織等多個關(guān)鍵領(lǐng)域。隨著市場對材料性能一致性、生產(chǎn)穩(wěn)定性和定制化需求日益提升,傳統(tǒng)依賴人工經(jīng)驗與離散控制的間歇式批次生產(chǎn)模式,在質(zhì)量控制、能耗管理、工藝重現(xiàn)性等方面面臨嚴峻挑戰(zhàn)。如何實現(xiàn)從“經(jīng)驗驅(qū)動”到“數(shù)據(jù)驅(qū)動”和“模型驅(qū)動”的轉(zhuǎn)變,成為企業(yè)提升核心競爭力、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵命題。
二、 核心策略:以流程模擬賦能批次控制精進
本項目以“精益求‘精’”為目標,其核心在于引入并深度融合流程模擬技術(shù),對復(fù)雜的聚合反應(yīng)批次生產(chǎn)過程進行數(shù)字化映射與前瞻性驗證。
- 構(gòu)建高保真數(shù)字孿生模型:項目團隊基于聚合順的實際生產(chǎn)工藝、設(shè)備參數(shù)與物料特性,利用先進的流程模擬軟件,構(gòu)建了涵蓋反應(yīng)動力學、熱力學、傳質(zhì)傳熱等關(guān)鍵機理的高保真度數(shù)字模型。該模型能夠精確模擬從投料、反應(yīng)、溫控到出料的全批次生命周期。
- 批次控制策略的虛擬驗證與優(yōu)化:在模型基礎(chǔ)上,對預(yù)設(shè)的先進控制策略(如APC)、配方管理、順序控制邏輯進行仿真運行。這相當于在虛擬空間中進行了無數(shù)次“生產(chǎn)試驗”,提前暴露了控制回路耦合、參數(shù)敏感度、異常工況處理等潛在問題,從而在實物投資前優(yōu)化了控制方案,大幅降低了試錯成本與風險。
- “模擬-實施-反饋”閉環(huán)迭代:將模擬驗證優(yōu)化的控制策略部署到和利時提供的集散控制系統(tǒng)(DCS)及制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)中。實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)持續(xù)反饋至模擬模型,用于模型校正與自學習,形成“虛實互動、持續(xù)改進”的閉環(huán),使得批次控制精度與工藝理解不斷深化。
三、 實施成效:智慧轉(zhuǎn)型的特色成果
通過流程模擬與批次控制的深度融合,項目取得了顯著成效:
- 質(zhì)量躍升:產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量指標(如分子量分布、粘度)的批次間差異顯著縮小,一致性達到行業(yè)領(lǐng)先水平,滿足了高端客戶嚴苛的標準。
- 效率倍增:通過優(yōu)化反應(yīng)路徑與控制參數(shù),平均批次周期時間有效縮短,設(shè)備利用率得到提升,產(chǎn)能實現(xiàn)柔性擴展。
- 能耗與物耗雙降:精確的溫控與物料投加控制,減少了能源浪費與原料損耗,踐行了綠色制造理念。
- 知識沉淀與傳承:將工藝專家經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為可量化、可復(fù)用的數(shù)字化模型與控制邏輯,解決了知識依賴個人的難題,為工藝創(chuàng)新和新產(chǎn)品開發(fā)提供了強大平臺。
- 安全與合規(guī)強化:模擬技術(shù)對極端工況和故障場景的推演,完善了安全聯(lián)鎖與應(yīng)急預(yù)案,提升了生產(chǎn)本質(zhì)安全水平。
四、 推廣價值:打造可復(fù)制的智慧轉(zhuǎn)型范式
和利時與杭州聚合順的合作項目,不僅僅是一次成功的技術(shù)應(yīng)用,更是一次關(guān)于新材料行業(yè)如何實施智慧轉(zhuǎn)型的思想與實踐創(chuàng)新。它清晰地詮釋了“精益求‘精’”的內(nèi)涵:
- “精”于數(shù)據(jù):以全流程、高頻率的數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)。
- “精”于模型:以深入工藝機理的模擬模型為核心洞察工具。
- “精”于控制:以經(jīng)過虛擬驗證的先進控制為精準執(zhí)行手段。
- “精”于協(xié)同:自動化供應(yīng)商(和利時)與工藝生產(chǎn)企業(yè)(聚合順)的深度協(xié)同,是項目成功的保障。
這條“特色之路”為眾多面臨類似挑戰(zhàn)的新材料企業(yè)提供了可借鑒、可復(fù)制的轉(zhuǎn)型范式。它表明,智慧轉(zhuǎn)型并非簡單的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)或系統(tǒng)堆砌,而是需要圍繞核心工藝價值,利用數(shù)字化工具進行深度的流程再造與控制革命。
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在從“制造大國”邁向“制造強國”的征程中,新材料產(chǎn)業(yè)的智能化升級至關(guān)重要。和利時與杭州聚合順“精益求‘精’”的實踐,通過流程模擬技術(shù)這把“金鑰匙”,打開了批次生產(chǎn)智能化、精密化的大門,不僅為企業(yè)自身鑄就了堅實的競爭壁壘,也為整個新材料行業(yè)的技術(shù)推廣與轉(zhuǎn)型升級,點亮了一盞特色鮮明、路徑清晰的引路之燈。這一模式有望在更廣泛的精細化工、生物制藥等批次流程行業(yè)生根發(fā)芽,持續(xù)賦能中國高端制造業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。