过程模拟软件的应用分析

发布时间：2010-06-21 作者：Peter Welander，Control Engineering

        基于计算机的模拟仿真可以采取多种形式，而在工业界，最常见的形式是由一台计算机取代一个实际运行的流程工厂的过程模拟。为了了解谁在使用这种类型的软件以及他们是如何使用的，Control Engineering 于2010年1月发起一个调查以收集资料。这一产品调研于2月份结束并收到了137份反馈。
        对于问题："为什么你的公司投资模拟软件？" 前三位的回应都集中在和培训有关的议题上：
        •为现有的基础设施培养新操作员（52.6％）;
        •学习新的，不熟悉的操作（44.5％）；
        •通过训练有素的操作者更好地保护资产（41.6％）。
        当考虑后续问题"模拟仿真是否被用于其他目的？"时，迄今为止得分最高（61.3％）的答案是"通过实验改善过程的性能/可靠性。"一个不必冒设备或生产风险而能探索过程改进的工具，这一概念是非常引人注目的。然而（被调查者）的创造力似乎很快就耗尽了，对这个问题得分第二高的回答是，"不知道或无 "（32.1％）。将近四分之一的受访者（22.6％）报告了其他用途，其中包括"确认分析，需求管理，容量规划，等等。"
        一个比较有趣的回应与模拟仿真软件的来源有关---没有任何一个供应商被提及超过10％。前四大供应商合计仅占总数的25.6％。 （见图表。）将选项"其他"中的文字回应加以分类整理后，至少有40个来源被提到。此外，许多公司报告说，他们写自己的流程模拟软件，把二项结合，这些变化使"内部创建 "成为位居第二高的模拟软件来源。
        对问题"你为什么选择这个供应商而不是其他？"，"功能特性"引领答案（49.6％）。其他动机包括"成本"（34.3％）和"由于以往工作或大学经验而对之熟悉"（28.5％）。

        专用工艺设备的培训
        由于模拟仿真具有培训操作人员以及探索过程改进的双重目的，模拟仿真提供一个真实控制系统和过程尽可能实际的翻版是很重要的。当问道："你的模拟环境是否包括专用工艺设备或热力学模型？"时，62.0％的回应说是。此外，51.8％的回应说，他们的模拟系统使用实际的DCS/SCADA（分散控制系统/数据采集与监视控制系统）系统图形用户界面，而不是一个通用的界面。
        这项调查还询问模拟器内包括了哪些任务和操作。这是一个开放式问题，答案千差万别，但一个经常出现的想法是所有的元素都包括在内了。如这样的评语："对DCS（分散控制系统）中的一切都进行了模拟。""操作者所做的一切任务都可以进行测试。""系统应该覆盖所有控制室操作的大约90％。"
        一位用户说："（我们的）模拟器模拟工厂操作面板且具有实际工厂本身的外观和感觉。由于我们处理具有反应性的化学物品，我们可以与操作者上培训课来体验非常不正常的情况，以及防止或尽量减轻不良后果所需要的纠正措施。工厂的可靠性接近99％而50％的操作者仅有5年或更少的经验水平，所以有必要经常使用模拟器以使他们获得除此以外无法获得的经验。 此应用程序加速了新操作者所需的学习过程并且给予他或她克服意外所需要的信心---在适当的时间做出正确的决定和行动。"
        传统用户
        大多数模拟系统是用在"重"加工业，石油，天然气，石化，化工厂占用户的54.7％。 其次是规模较小的食品饮料及医药领域，它们各占5.8％和2.9％。这使剩下的"其他"这一大组 占36.5％。
        模拟仿真的价值
        •当被问道："你从过程模拟软件得到了什么价值？"时，受访者写下了各种意见，其中包括培训和测试：
        •这种操练（模拟）过程的行动为操作者提供了在某一情况下认识，了解以及欣赏他/她的角色的能力，这种方式是单纯课堂教学远非能够提供的。
        •新操作者可以得到DCS广泛的实践经验，而不会影响生产单位。
        •（过程模拟）一直是新操作员培训的一大组成部分，（去年我们聘请了15个新操作员以代替退休人员）。今年的规模将扩大并在常青培训中使用。
        •培训得更好的操作员，特别是一些操作员必须迅速地晋升上去以（代替）退休的上层员工。
        •新操作员更快地学习如何指挥工厂。 他们还了解工厂中的互动以及其行为的后果。 有经验的操作员则随时保持最新状态。
        •由于对操作者（处理）紧急情况的培训，减少了过程意外的的严重程度/持续时间。
        •测试控制系统的配置/逻辑。使操作者经过（各种）场景，并且评估设计是否满足操作者的期望。
        •缩短新DCS系统和SIS系统的调试时间。
        •DCS配置开发和推出。
        •控制策略的开发和评估。
        维护问题
        任何软件只要其目的是反映实际系统，就必须维护以保持最新现状。当被问及是否经常性维护模拟器时，用户的许多答复范围从经常性更新到" 5年没变。" 其他报告说，（模拟器）的更新是与某一特定项目或控制系统改善一起进行的。 一些（报告）引述了具体限制和机遇：
        •现阶段只为现有项目而维护。 期待正在进行的资金和项目的支持，并可能维持整个工厂的过程模拟器。 控制模拟器很可能只会在项目期间（使用）。
        •考虑在操作者培训中使用，但是我们可能已经在最大的项目中错过了机会。
        •由于资源的限制模拟仿真不能定期维护。 只在项目中更新。
        •当控制系统仍在编程时，它是经常更新的。 而当工厂正式运行后它就不变了，还在定期的操作者培训中使用。
        •重视模拟仿真的客户将维护他们的模拟器。 在目前的经济环境下，那些没有模拟器的客户不会试图购买这类产品。
        •在模拟器和某些修改之间总是有时间滞后的。 对于任何重大的变动，模拟器升级是项目的一部分。
        过来人的忠告
        最终，最切入主题的问题是："关于你的过程模拟软件经验，还有什么要告诉你的同行吗？ 是不是值得投资？"
        回应指向许多有趣的方向：
        •没有一个用于调试的模拟器，我是不会设计任何控制策略的。 在任何新工厂，这对DCS查证和新操作人员培训都是非常宝贵的。对测试批处理控制配置几乎是必不可少的 。
        •与实际控制系统的所有的供应商一起工作以帮助模拟器厂商开发是一个非常大的问题，因为每个人都希望卖给你系统中他们独特部分的模拟器。  投资回报率应逐案进行分析。
        •一个被挽救的关机事件节省投资的好几倍。
        •总的感觉是，除非一些化学反应中的严重多元关联，我们实验室和小规模的试验设备能提供足够的数据以扩大延伸到生产设备。
        •控制住你的期望值。模拟仿真软件可能有一个陡峭的学习曲线。
        •它增加了25％的控制应用开发成本，但在启用和调试时节省了很多时间。
        •我们产品的成本高，模拟仿真软件是降低风险的一种廉价方式。
        •过程模拟器必须由主要股份持有人买入以保证可利用的资源，支持以及对模拟器的维护，否则（过程模拟器）很快就会过时。
        •对于我们小型工厂来说，商业软件过于昂贵，配置时间过长。
        •还是值得投资一个的，但你的管理层必须允许必要的学习和使用该系统的时间以充分发挥它的潜力，否则将不会有任何回报。
        •如果一个组织对他们使用模拟仿真没有的明确目标，他们（使用）产品的经历将是喜忧半参的。 购买之前有明确的目标将确保所需的努力不被误导。
        •过程模拟器是值得投资的，尤其是当有经验员工开始退休或另谋高就而你雇用许多新操作员时。这对培训新工程师也是非常有用的。他们必须学习过程动态而不是仅仅了解工艺流程图。当你考虑动态过程而不仅仅是稳态条件时，会有一个很大的学习要求，特别是对化学反应过程来说。
        像许多工具一样，如果你在项目中进行自己的研究，模拟软件可以提供最大的好处。否则的话，垃圾进，垃圾出。 有了明确的目标，适当的资源，以及所有参者的买入，它在恰当的过程中能提供重大的优势。