工業(yè)4.0的智能閥門

數(shù)字化技術(shù)賦能閥門，降低工業(yè)閥門的出錯率——在流量優(yōu)化和材料成為新產(chǎn)品開發(fā)中的次要因素之后，閥門的數(shù)字化輔助功能成為工業(yè)4.0閥門研發(fā)中必須考慮的重要因素了。這也給閥門生產(chǎn)廠家們帶來了新的目標(biāo)：希望在大數(shù)據(jù)和智能技術(shù)的幫助下降低工業(yè)閥門的出錯率，節(jié)約流程工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)成本，并有與市場競爭中占據(jù)有利地位。

現(xiàn)在，工業(yè)領(lǐng)域中最常見的閥門也離不開網(wǎng)絡(luò)技術(shù)了。幾乎所有生產(chǎn)閘板閥、球閥和閥門的企業(yè)都在努力追求閥門的智能化。盡管還沒有人能夠準(zhǔn)確地說出智能化旅途的終點在哪里，但所有的閥門專業(yè)廠都希望自己的數(shù)據(jù)流像閥門中的液體介質(zhì)一樣流動起來。專家們認(rèn)為：大型流程設(shè)備制造商都在利用工業(yè)4.0技術(shù)“來增加銷售額、縮短產(chǎn)品開發(fā)時間并降低生產(chǎn)成本”的大趨勢是不會改變的。VDMA協(xié)會流程設(shè)備制造分會的發(fā)言人Jürgen Nowicki先生在介紹《工業(yè)4.0在大型流程設(shè)備制造中的潛力》這份調(diào)查報告時說道：“在這份調(diào)查報告中，72%的受訪者對‘通過數(shù)字化交付和數(shù)字化技術(shù)服務(wù)有機(jī)會提高銷售額和利潤’給出了‘非常有關(guān)系’的評價。還有14%的人希望在未來5年內(nèi)有可能獲得超過10%的額外利潤?！?/p>

現(xiàn)在，傳統(tǒng)的閥門也將成為具有數(shù)字化技術(shù)附加值的高端產(chǎn)品了。Festo公司預(yù)測信息技術(shù)將在未來的制造業(yè)中發(fā)揮重要作用，無論是在生產(chǎn)過程的操作和控制方面。Bürkert公司的自動化產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)理Sebastian Kundel先生證實道：“近幾年來，分散自動化技術(shù)應(yīng)用有了明顯的增長，尤其是在數(shù)字化通信技術(shù)方面?！碑?dāng)前數(shù)字化技術(shù)在流程設(shè)備規(guī)劃設(shè)計和制造方面的優(yōu)勢表現(xiàn)得最為突出，但在這一領(lǐng)域中以故障診斷為目的的分散智能和數(shù)據(jù)的數(shù)字化傳輸仍然很少。

傳統(tǒng)閥門的數(shù)字化

在保證高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的同時，產(chǎn)品生產(chǎn)的自動化程度、流程設(shè)備系統(tǒng)可用性和生產(chǎn)率的普遍提高，在軟件技術(shù)支持下的現(xiàn)場總線儀器設(shè)備的處理越來越先進(jìn)，這也充分說明當(dāng)今用戶可獲得大量數(shù)字化產(chǎn)品。“盡管目前已經(jīng)出現(xiàn)市場飽和的跡象，但數(shù)字自動化的流程控制閥的增長空間仍然很大。對流程工業(yè)企業(yè)非常重要的專業(yè)術(shù)語的定義和技術(shù)規(guī)范，特別是一些與安全功能有關(guān)技術(shù)規(guī)范的制定工作仍在進(jìn)行當(dāng)中。例如實現(xiàn)智能傳感器和執(zhí)行器之間點對點串口通信IO-Link標(biāo)準(zhǔn)尚在開發(fā)之中?！盞undel先生解釋說道。

根據(jù)Bürkert先生的說法：調(diào)節(jié)閥和開關(guān)控制閥的數(shù)字化意味著控制和開關(guān)設(shè)備的集成智能，并將更加有利于實現(xiàn)分布式控制的流程設(shè)備配置方案。典型的例子就是將位置調(diào)節(jié)器、過程控制器和控制按鈕等集成到流程控制閥中，形成一種集成式的閥系統(tǒng)。只有這樣才能將傳感器測定的工藝過程數(shù)據(jù)，例如閥芯位置、流量以及涉及到安全保護(hù)、剩余的使用壽命和維護(hù)保養(yǎng)需求的故障診斷等數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅鞒淘O(shè)備控制中心，并將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從現(xiàn)場總線儀器設(shè)備級高效地即傳送到流程設(shè)備控制級那里。

執(zhí)行器的工業(yè)4.0

“數(shù)字化技術(shù)對自動化程度很高的流程工藝過程來講尤為重要。因為高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品生產(chǎn)需要對各個生產(chǎn)過程進(jìn)行檢驗和控制?！盚undel先生解釋說。在這些檢驗、控制中最重要的就是避免流程設(shè)備出現(xiàn)中斷生產(chǎn)的停機(jī)故障。因為停機(jī)故障不僅會增加生產(chǎn)成本，而且還會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。在自動化程度較低的行業(yè)，數(shù)字化的重要性也較低。但恰恰說明只有開/關(guān)作用的簡單閥門在提高閥的數(shù)字化水平過程中“還有很長的一段路要走”。在這種情況下，集成在定位器中的閥門診斷的數(shù)字化可以提高系統(tǒng)的可用性，能夠提供了解閥工作狀態(tài)非常有用的診斷信息，這樣可以早期發(fā)現(xiàn)和及時糾正執(zhí)行器可能出現(xiàn)的故障。

一致的數(shù)字化可以成為流程工藝自動化的增壓器：原則上可以替代模擬信號傳輸，提高信號的分辨率、可靠性并減少多個現(xiàn)場總線儀器設(shè)備之間導(dǎo)線連接的工作量，也大大降低了流程設(shè)備的制造成本。除此之外還簡化了項目規(guī)劃設(shè)計、減少了流程設(shè)備調(diào)試時間等。

Kundel解釋說:“由于預(yù)防性維護(hù)，設(shè)備快速和安全的更換以及設(shè)備特定信息的文檔，用戶可以從流程設(shè)備更高的透明度和更好的可用性中受益?！?其中，從自動化元器件直至過程控制閥中系統(tǒng)化的、可訪問的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都有著非常重要的作用?！霸谶^程控制變得更加透明之后也可以進(jìn)行更有針對性的優(yōu)化改進(jìn)?！钡@一技術(shù)的真實水平如何呢？從控制閥到過程控制系統(tǒng)之間不同的數(shù)字化通訊標(biāo)準(zhǔn)常常是一個明顯的障礙?！耙环矫?，像Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是目前最先進(jìn)的技術(shù)水平和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，像Prodinet、Enternet IP以及Modbus TCP等工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)也在迅速發(fā)展。” Kundel先生說。在這兩方面的不斷發(fā)展中遇到的挑戰(zhàn)就是合理的處理故障診斷數(shù)據(jù)，其實就是如何解釋和利用故障診斷數(shù)據(jù)。

數(shù)字化的思考

數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展趨勢并沒有在閥門生產(chǎn)廠家的面前停滯不前?！耙郧皢T工使用的是打印的圖紙或者裝配說明書。如今，我們的裝配人員擁有平板電腦就可以查閱最新的裝配說明和零件清單。這樣可以最大程度地減少出錯，避免數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。” SMC公司數(shù)字化技術(shù)經(jīng)理Christian Ziegler先生說。

在他看來，數(shù)字化和工業(yè)4.0既不是產(chǎn)品，也不是服務(wù)，而是一種哲學(xué)。數(shù)字化的閥門，無論是調(diào)節(jié)閥還是開關(guān)閥，都應(yīng)在許多領(lǐng)域中成為標(biāo)準(zhǔn)閥門。因為簡便性和功能可靠性始終要擺在最重要的位置，從信息傳遞來講則要求達(dá)到“更高層次的水平”。

沒有完美的解決方案?！懊總€人都需要考慮，數(shù)字化能夠給自己帶來什么樣的機(jī)遇？可以在自己的產(chǎn)品生產(chǎn)、流程工業(yè)生產(chǎn)過程以及生產(chǎn)工具和技術(shù)服務(wù)中使用哪些數(shù)字化元素？最重要的是要認(rèn)真對待數(shù)字化問題，因為這是一個非常重要的話題。企業(yè)的高層管理者更應(yīng)該創(chuàng)造一定的自由空間，生產(chǎn)出真正的創(chuàng)造力。”SMC公司的Christian Ziegler 先生強(qiáng)調(diào)。