儀器儀表行業(yè)中小企業(yè)可持續發(fā)展的途徑

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制領(lǐng)域，實(shí)時(shí)檢測工藝參數的儀器儀表作用至關(guān)重要?？v觀(guān)我國檢測儀器儀表行業(yè)的發(fā)展現狀，應當承認目前還處于相對低迷時(shí)期。當今知識經(jīng)濟時(shí)代，企業(yè)的高生命力可持續性發(fā)展，首要依靠自主創(chuàng )新能力，但是從長(cháng)期以來(lái)占據檢測儀器儀表行業(yè)主導產(chǎn)品的“四大參數”——溫度、壓力（含差壓）、流量（含重量）、物位（含液位）來(lái)看，似乎其發(fā)展的空間不太大。因此筆者認為花大力氣和投資應著(zhù)眼于我國目前薄弱環(huán)節，應用科技含量更高的產(chǎn)品研發(fā)方面，如工業(yè)在線(xiàn)分析儀。

    一在線(xiàn)成分檢測分析的應用需求為企業(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的種類(lèi)很多，工作臺廠(chǎng)家而現在能夠檢測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(lài)于科學(xué)技術(shù)水平不斷突破才能有效檢測分析，這種現狀從理論上為企業(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，反應塔、釜、罐、池、槽、泵類(lèi)設備的連續運轉，操作人員少，其自動(dòng)化的水平相對別的過(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溫度、壓力、流量、液位進(jìn)行檢測和控制，控制好這“四大參數”的目的歸結于物料成分質(zhì)量的要求，生產(chǎn)者直接想了解的是動(dòng)態(tài)成分質(zhì)量的變化，而成分質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化，大多數企業(yè)還延續離線(xiàn)的靜態(tài)取樣化驗分析傳統工藝，甚至有些企業(yè)還停留在做試樣、用試紙、用人的感官體驗——眼看、觸摸、品嘗等原始方式憑經(jīng)驗來(lái)推測，其結果是：

    （1）分析化驗的結果反饋為“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，將對人對環(huán)境都有危害，樣液、樣氣的終處理也會(huì )造成污染和損失。

    （3）分析化驗成分異常，已顯露出有爆炸的先兆危險，全自動(dòng)干燥箱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，據說(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，是不是可把爆炸的先兆預報警了呢？

    （4）很難想象已用上DCS系統的化工過(guò)程，還沿用人工取樣分析，即不相匹配又難以實(shí)現管控一體化。

    在自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展到今天，難道還讓現代大工業(yè)生產(chǎn)延用這傳統落后的檢測工藝嗎？國外有在線(xiàn)工業(yè)色譜分析儀，但我們知道，每一次色譜分析少也需要10min左右的分離分析過(guò)程才反饋數據，而且還需定時(shí)更換色譜柱等配件，特別是整套設備價(jià)格昂貴達數百萬(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、高成本的檢測設備。

    在市場(chǎng)經(jīng)濟、商務(wù)的今天，在國內儀器儀表行業(yè)“四大參數”產(chǎn)品激烈的競爭中，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，我們應該開(kāi)發(fā)一些價(jià)格適中，簡(jiǎn)單一些的能起到實(shí)時(shí)監控成分質(zhì)量要求的在線(xiàn)成分檢測分析儀。天津市自?xún)x科貿有限公司一家名不見(jiàn)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)單的但緊迫的適應強腐蝕性、有毒有害的物料生產(chǎn)需求的產(chǎn)品起步，研發(fā)成功了應用軟測量技術(shù)的“化工液體成分濃度智能在線(xiàn)檢測儀”。該產(chǎn)品一經(jīng)申報，

    因符合國家發(fā)展計劃精神，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(hù)和專(zhuān)家們的*，認為這一基于世界流行的*軟測量技術(shù)的在線(xiàn)濃度檢測儀有多處技術(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工藝，把對工人健康和環(huán)境有害的手工取樣、離線(xiàn)操作，改為密閉自動(dòng)連續檢測、數字顯示并輸出控制信號，達到實(shí)時(shí)在線(xiàn)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。該產(chǎn)品適用于多種強腐蝕有毒有害介質(zhì)的工業(yè)現場(chǎng)，有較高經(jīng)濟和社會(huì )效益。終結論是：該項目的*性、科學(xué)性和實(shí)用性是顯而易見(jiàn)的，應盡快實(shí)現目前這項成果僅以應用在化工的氯化產(chǎn)品物料中，每年就有數百臺的市場(chǎng)需求，而且此類(lèi)產(chǎn)品還可在其他類(lèi)似物料生產(chǎn)過(guò)程中應用，是個(gè)可延伸的系列化長(cháng)產(chǎn)品線(xiàn)的產(chǎn)業(yè)。

    二軟測量技術(shù)是在線(xiàn)成分檢測分析行業(yè)持續發(fā)展的法寶

    隨著(zhù)計算機技術(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)檢測儀器儀表界引起一場(chǎng)變革，所謂軟測量技術(shù)是把常規檢測手段與計算機信息處理、科學(xué)運算結合起來(lái)的一種基于過(guò)程辨識、工藝規律、控制機理的間接檢測技術(shù)。其包含4方面內容：

    （1）分析過(guò)程機理、確定主導變量和輔助變量；

    （2）計算機的采集、存儲、數據處理；

    （3）建立數學(xué)模型或經(jīng)驗模型；

    （4）在線(xiàn)校正。

    在以往的記載中，軟測量技術(shù)并沒(méi)有在儀器儀表的研發(fā)上應用，實(shí)際應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，且多在大型計算機控制系統內應用，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量技術(shù)產(chǎn)品，其價(jià)格昂貴，國內有些軟測量技術(shù)，也多用在計算機控制系統中，天津市自?xún)x科貿有限公司創(chuàng )新性地把在大型計算機控制系統中應用的軟測量技術(shù)移植到儀器儀表的研發(fā)中，已申報了發(fā)明，提出一個(gè)軟測量技術(shù)儀表化的研發(fā)技術(shù)工藝路線(xiàn)，并把軟測量技術(shù)作為在線(xiàn)成分檢測分析儀的核心技術(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)很復雜的生產(chǎn)工藝流程，在特定的設備內施以各種外界條件（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)。綜合各種參數的分析建模計算無(wú)疑是很復雜的和不實(shí)時(shí)的，但復雜的問(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和條件，簡(jiǎn)化成2～4個(gè)變量參數的分析建模。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，那么主要決定成分變化的主導變量一個(gè)，主要影響成分變化的輔助變量一兩個(gè)，這樣的軟測量模型更適合在智能儀表上實(shí)現，（變量參數多，模型更復雜，影響采集運算的實(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，工藝參數就是這樣制定的。如果條件向某方向變化，成分質(zhì)量也向某方面變化，有長(cháng)期實(shí)踐經(jīng)驗的工人們說(shuō)，按這個(gè)溫度、壓力等條件，估計的成分結果八九不離十，不信拿去化驗，果真很準。

    智能儀表的任務(wù)就簡(jiǎn)化為把這種“經(jīng)驗模型”變成科學(xué)計算、判斷、推導、分析，把成分質(zhì)量預測性實(shí)時(shí)反映出來(lái)。當然要形成分析儀器產(chǎn)品，這在軟測量數學(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量同時(shí)取樣的化驗室化驗、色譜分析進(jìn)行比對、校正，后還要在形成固定數模程序后投運儀表時(shí)，現場(chǎng)用儀表具有的智能在線(xiàn)修正功能消去誤差。

    試想在相對化驗手段健全的化驗室和色譜、光譜分析室條件下，再有技術(shù)部門(mén)應用計算機建模仿真工具（目前已有商品化的這類(lèi)工具譬如NI公司的LabVIEW8.2_DSUM；還有數學(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)機構不斷有新的課題，企業(yè)不斷推出新的儀表品種，因此說(shuō)，軟測量技術(shù)儀表化是成分分析儀行業(yè)可持續性發(fā)展的法寶。