仪器仪表中小企业可持续发展的重要途径

在工业生产过程控制领域，实时检测工艺参数的仪器仪表作用至关重要。纵观我国检测仪器仪表行业的发展现状，应当承认目前还处于相对低迷时期。当今知识经济时代，企业的高生命力可持续性发展，首要依靠自主创新能力，但是从长期以来占据检测仪器仪表行业主导产品的“四大参数”——温度、压力(含差压)、流量(含重量)、物位(含液位)来看，似乎其发展的空间不太大。因此笔者认为花大力气和投资应着眼于我国目前薄弱环节，应用科技含量更高的产品研发方面，如工业在线分析仪。



　　一 在线成分检测分析的应用需求为企业发展提供了广阔市场



　　化工生产过程中物料的成分变化要检测的种类很多，而现在能够精确检测分析的手段少得可怜，成千上万种化工物料的成分分析有赖于科学技术水平不断突破才能有效检测分析，这种现状从理论上为企业充分利用高新技术发展新的检测手段、研发新产品提供了可能性和必要性。我们知道流程式的化工过程多为气体、液体、管道式传输，反应塔、釜、罐、池、槽、泵类设备的连续运转，操作人员少，其自动化的水平相对别的过程高一些，在生产过程的各个阶段可能都需分别对温度、压力、流量、液位进行检测和控制，控制好这“四大参数”的目的归结于物料成分质量的要求，生产者最直接想了解的是动态成分质量的变化，而成分质量的动态变化，大多数企业还延续离线的静态取样化验分析传统工艺，甚至有些企业还停留在做试样、用试纸、用人的感官体验——眼看、触摸、品尝等原始方式凭经验来推测，其结果是：



　　(1)分析化验的结果反馈为“时过境迁”的“事后诸葛亮”，如成分质量不合格，往往造成整塔、整罐的废品或等外品，其物料或工时能耗损失饴尽。



　　(2)取出的样液如为有毒、有害、腐蚀性、挥发性气、液，将对人对环境都有危害，样液、样气的最终处理也会造成污染和损失。



　　(3)分析化验成分异常，已显露出有爆炸的先兆危险，再通知改变异常的操作，有时已晚，造成重大事故，例如去年的吉化硝苯爆炸事故造成污染轰动全国，据说与操作有关系，如果有实时反映成分质量异常的检测，是不是可把爆炸的先兆预报警了呢？



　　(4)很难想象已用上DCS系统的化工过程，还沿用人工取样分析，即不相匹配又难以高效实现管控一体化。



　　在自动化技术发展到今天，难道还让现代大工业生产延用这传统落后的检测工艺吗？国外有在线工业色谱分析仪，但我们知道，每一次色谱分析最少也需要10min左右的分离分析过程才反馈数据，而且还需定时更换色谱柱等配件，特别是整套设备价格昂贵达数百万元，一般化工企业根本用不起，也没有必要用这种高精度、高成本的检测设备。



　　在市场经济、全球商务的今天，在国内仪器仪表行业“四大参数”产品激烈的竞争中，企业的发展活力在于创新产品，而新产品研制的出发点要以市场需求作为依据，我们应该开发一些价格适中，简单一些的能起到实时监控成分质量要求的在线成分检测分析仪。天津市自仪科贸有限公司一家名不见经传的民营小企业，正是基于以上市场分析，先从简单的但最紧迫的适应强腐蚀性、有毒有害的物料生产需求的产品起步，研发成功了应用软测量技术的“化工液体成分浓度智能在线检测仪”。该产品一经申报，因符合国家发展计划精神，立即得到《科技部中小企业技术创新基金》的立项无偿资助，2004年该产品研制成功，在科委推荐和成果鉴定时，受到化工用户和专家们的一致好评，认为这一基于世界流行的先进软测量技术的在线浓度检测仪有多处技术创新点，能够利用创新技术改造延用了几十年的传统工艺，把对工人健康和环境有害的手工取样、离线操作，改为密闭自动连续检测、数字显示并输出控制信号，达到实时在线控制生产的要求。为以成分质量为核心的化工自动化奠定了基础。该产品适用于多种强腐蚀有毒有害介质的工业现场，有较高经济和社会效益。最终结论是：该项目的先进性、科学性和实用性是显而易见的，应尽快实现目前这项成果仅以应用在化工的氯化产品物料中，每年就有数百台的市场需求，而且此类产品还可在其他类似物料生产过程中应用，是个可延伸的系列化长产品线的产业。



　　二 软测量技术是在线成分检测分析行业持续发展的法宝



　　随着计算机技术的高速发展而兴起的“虚拟仪器”和“嵌入式技术”正在自动检测仪器仪表界引起一场变革，所谓软测量技术是把常规检测手段与计算机信息处理、科学运算结合起来的一种基于过程辨识、工艺规律、控制机理的间接检测技术。其包含4方面内容：



　　(1)分析过程机理、确定主导变量和辅助变量；



　　(2)计算机的采集、存储、数据处理；



　　(3)建立数学模型或经验模型；



　　(4)在线校正。



　　在以往的记载中，软测量技术并没有在仪器仪表的研发上应用，实际应用的多在炼油化工常减压塔、分馏塔、催化裂化、炼油装置方面，且多在大型计算机控制系统内应用，如：Inferential Control公司、Setpoint公司、DMC公司等都有以商品化软件形式推出的软测量技术产品，其价格昂贵，国内有些软测量技术，也多用在计算机控制系统中，天津市自仪科贸有限公司创新性地把在大型计算机控制系统中应用的软测量技术移植到仪器仪表的研发中，已申报了发明专利，提出一个软测量技术仪表化的研发技术工艺路线，并把软测量技术作为在线成分检测分析仪的核心技术。一种化工物料的生产是要由已知成分的原料，也许经过很复杂的生产工艺流程，在特定的设备内施以各种外界条件(比如压力、温度等)，经历从形态—量变到质变的演变，才生成新的物质。综合各种参数的分析建模计算无疑是很复杂的和不实时的，但复杂的问题在一定范围、一定条件下可以简化，我们可有针对性择取某一特定阶段、特定范围的主要决定性变量，舍去那些影响不大的参数和条件，简化成2～4个变量参数的分析建模。例如化工生产的成分分析在某一阶段上，并不是全面分析各种成分组成，而是已知主要成分需检测分析这种主要成分的含量，多组分分析在这里简化为单个成分含量或者成分浓度的检测分析。再比如，在前道工序已经生成，或提纯了的半成品或原料，在后一阶段决定成分变化的就是一两个变量参数，那么主要决定成分变化的主导变量一个，主要影响成分变化的辅助变量一两个，这样的软测量模型更适合在智能仪表上实现，(变量参数多，模型更复杂，影响采集运算的实时性)。在生产实践中，常遇到这样的情形：在某一特定设备及原料条件下，到了特定的温度、压力条件，成分质量就在合格的范围内，工艺参数就是这样制定的。如果条件向某方向变化，成分质量也向某方面变化，有长期实践经验的工人们说，按这个温度、压力等条件，估计的成分结果八九不离十，不信拿去化验，果真很准。智能仪表的任务就简化为把这种“经验模型”变成科学计算、判断、推导、分析，把成分质量预测性实时反映出来。当然要形成分析仪器产品，这在软测量数学模型建立前后，还要伴以提取各种量程阶段的样液及在测量同时取样的化验室化验、色谱分析进行比对、校正，最后还要在形成固定数模程序后投运仪表时，现场用仪表具有的智能在线修正功能消去误差。



　　试想在相对化验手段健全的化验室和色谱、光谱分析室条件下，再有技术部门应用计算机建模仿真工具(目前已有商品化的这类工具譬如NI公司的LabVIEW8.2_DSUM；还有数学工具Mathlab7，MathCAD等)那么，你只要拿来一种物料，我们就建一种新的模型，形成一种成分分析仪表品种，研发机构不断有新的课题，企业不断推出新的仪表品种，因此说，软测量技术仪表化是成分分析仪行业可持续性发展的法宝。



　　三 不断创新传感技术是企业持续性发展的促进动力



　　天津市自仪科贸有限公司成功研发出液体密度传感变送器，把密度作为软测量技术成分浓度分析仪的主导变量，其检测结果与化验室色谱抽样分析的数据相差无几，误差在0.5%的范围内。



　　可以设想，随着科技发展当研发者突破“四大参数”把反映物料在特定工艺条件下的各种特性如：发光的、发热的、呈酸性的、呈碱性的、变软的、变硬的、呈混浊的、变清彻的、膨胀的、收缩的………都能用传感器技术检测出来，也许新传感仪表的诞生，就能在一类物料的生产过程产生新的在线成分分析仪表，因此我们说，新的传感器技术与软测量结合，会使在线成分分析应用面很广，产品线很长，不断创新传感器技术是促进企业可持续性发展的动力。



　　四 创办发展民营仪器仪表企业实践带来的思考



　　笔者是创办经营民营仪器仪表小企业的实践者，也是科技部中小企业技术创新基金项目——《化工液体成分浓度智能在线检测仪》的承担者，提供一些体会和思考供中小企业的同行们参考：



　　1. 仪器仪表行业不宜很大规模却应集约协作发展



　　从上一世纪60年代兴盛起的仪器仪表行业目前群雄逐鹿，各领风骚。这个行业是为其他工业服务，有着高技术附加值的行业，据本人了解观察，1000人左右的就是大厂了，多数是几百人，几十人的中小企业。社会化现代大生产的分工越来越细，出现了许多为仪器仪表行业服务的乡镇企业，比如号称“壳体大王”的浙江长河企业生产的各种形状、规格的仪表壳体上千种，而且只要设??你服务，还有很多为仪表行业配伺服电动机、铸件、磁性、弹性材料及各种配件的企业，因此仪器仪表行业没必要追求规模大、国际化、全规模化发展，完全可借助社会分工，把主要人力物力用于体现自己特色核心技术的方向去发展，但是靠外加工的集约协作生产的仪器仪表企业要有高质量、低成本的进、出货严检验的集约协作规则，ISO9001系列质量管理体系应是集约外加工协作的基础。



　　2. 小企业应填补大企业间竞争的夹缝靠自主知识产权靠特色谋长远发展



　　市场经济中群雄蜂起，无序竞争，一个专业温度仪表厂可以分化出几十家厂生产同一产品，有的甚至是家庭作坊式生产，质量