邱秋榮

(杭州制氧機集團股份有限公司,浙江杭州 310014)

前言

隨著信息化和工業(yè)化兩大歷史進程不斷發(fā)展、交叉、滲透與融合，工業(yè)社會正在加速向信息社會演進，兩化融合已經成為工業(yè)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路[1]。兩化融合的過程中，信息成為一種重要資源，該資源同物質能量等傳統(tǒng)資源有機地結合起來，為社會生產力的發(fā)展開辟了無限廣闊的前景。

兩化融合背景下，傳統(tǒng)制造業(yè)在信息技術的推動下，企業(yè)的核心價值邏輯發(fā)生了演變。見圖1。

圖1 制造業(yè)價值邏輯演變

質量為核心體現(xiàn)了產品定位和產品的標準化從而生產高質量低成本的產品；流程改善為核心體現(xiàn)了過程的合理化、規(guī)范化、自動化；以產品全生命周期為核心體現(xiàn)了過程的集成化、網絡化；以客戶價值為核心體現(xiàn)了產品的智能化、客制化。

1 空分設備技術現(xiàn)狀

1.1 空分設備技術生命周期

技術系統(tǒng)進化理論把技術系統(tǒng)的進化分為四個階段，嬰兒期、成長期、成熟期和衰退期組成的生命周期?？辗衷O備這一技術系統(tǒng)則處于成熟期。判斷的依據有如下5點。

（1）產品性能水平提高緩慢。

（2）有大量的專利產生，主要是為了響應各種差異不大的需求。

（3）專利的發(fā)明等級低，并開始出現(xiàn)大量垃圾專利。

（4）產品進入門檻在降低，競爭在加劇。

（5）產品的經濟效益不再增加。

技術系統(tǒng)處于成熟期該采取的策略，常規(guī)采用向微觀級進化的策略和向超系統(tǒng)（技術系統(tǒng)所依附的更大系統(tǒng)）進化的策略。策略表現(xiàn)為提高局部認識及精度向微觀級進化和采用大系統(tǒng)整合向超系統(tǒng)進化。

1.2 空分設備的差異性

空分設備的差異化主要從產品結構和時空特征的角度來分析。

從產品結構上講，空分設備以前叫制氧機的時候相對比較簡單，主要產品就是氧氣；但當氮氣也成了主要產品時，空分的產品結構變復雜?？辗滞来娴男袠I(yè)直接相關，行業(yè)不同、協(xié)同方式不同，產品結構就很不一樣，從而造成空分產品結構差異化鮮明。

從時空特征上講，不同時期、不同地方，能源價格、水資源條件差異巨大，就需要調整空分設備的決策。舉一個簡單例子：一套2萬m3/h等級空分，總功率消耗14 000 kW，設備費用為1.2億元，設備年運行時間8 000 h，使用壽命按10年考慮，能源費用價格0.62元/kWh，10年運行費用6.94億元，生命周期能源費用是設備費用的5.8倍。如果該空分設備搬到能源價格為0.3元/kWh的地方，空分設備需進行設計調整。

空分設備的差異化特點，使得產品客制化會帶來巨大的競爭優(yōu)勢。

2 研究策略

空分設備研究策略應采用大系統(tǒng)整合加全生命周期分析的方法，實現(xiàn)產品客制化,構建新型能力。高速發(fā)展的信息化技術和兩化融合的方法論為產品客制化提供了保障,從而實現(xiàn)在不同的超系統(tǒng)輸入條件下，快速得出高精度的客制化輸出。

客制化的競爭優(yōu)勢，不是簡單體現(xiàn)在產品的功能、性能和成本上，更多將體現(xiàn)顧客對其價值和受益的感知。供求雙方都獲得產品的評估權力，從而對交易關系的各方面都進行評估。

研究策略工程化后可轉化為運籌學中最優(yōu)化技術的標準數學模型，見公式（1）。

式中：x——變量集合；

S——約束集合或可行集。

公式可理解為依照給定目標和約束，從眾多方案中選擇最佳方案。

典型的目標方程根據利益最大化的范圍不同可分為3種：

（1）max（企業(yè)利益）

（2）max（企業(yè)利益＋客戶利益）

（3）max（企業(yè)利益＋客戶利益＋環(huán)境利益）

目標方程的不同體現(xiàn)企業(yè)產品定位問題，傾向于管理創(chuàng)新。企業(yè)選用第三種目標對企業(yè)的長遠發(fā)展更有利，但相應整合考慮的范圍和難度更大。

典型的約束主要是技術邊界、客戶需求、能源價格、材料成本、默認規(guī)矩和標準規(guī)范等，約束的改變傾向于技術創(chuàng)新能力。

空分企業(yè)當前真正做到大系統(tǒng)整合加全生命周期分析的工作模式，還有較大的困難，主要原因如下：

（1）技術人員重視知識，對方法論熟悉。

（2）技術人員在骨子里覺得技術和錢沒關系，不好建成本模型。

（3）技術人員把相關設計過程神秘化不愿分享。

（4）設計過程不規(guī)范、不穩(wěn)定和不夠精細。

（5）缺乏進行多個過程融合并實現(xiàn)過程數字化的綜合型人才。

（6）對運行相關數據的缺乏。

（7）不同部門間的數據保密，無法高效交互。

基于上述現(xiàn)實情況，在最終策略能順利大面積實施前，需采用一個折中過渡的策略。過渡策略就是循序漸進，先從單設備的生命周期分析開始，再過渡到單系統(tǒng)的生命周期分析，最終實現(xiàn)大系統(tǒng)生命周期分析。

3 策略實施應用

3.1 空分預冷系統(tǒng)冷水機組的生命周期分析

冷水機組功能和資源的描述:功能是降低冷凍水溫度；資源分為一次性投入資源和運行持續(xù)消耗資源，一次性資源是采購成本，持續(xù)性消耗為電和循環(huán)冷卻水。

冷水機組功能不變代表產出不變，利益最大化目標方程就變?yōu)樯芷谫M用最小化方程。

冷水機組詢價確認3個型號的相關參數見表1。

表1 冷水機組相關參數

從表1可得，型號A冷水機組生命周期費用最低。A型比B型在生命周期中節(jié)省費用79萬元，A型相比B型的成本增加對應的投資回收期為0.38年。A型比C型在生命周期中節(jié)省費用189萬元，A型相比C型的成本增加對應的投資回收期為0.36年。

最終通過生命周期費用分析加投資回收期分析，選擇采用A型1級能效產品更合理。

3.2 空壓機級間冷卻器的生命周期分析

冷卻器功能和資源的描述:功能是冷卻壓縮氣體，從而降低下一級壓縮能耗。資源分為一次性投入資源和運行持續(xù)消耗資源，一次性資源是采購成本，持續(xù)性消耗為被冷卻氣體的阻力及循環(huán)冷卻水。

冷卻器的功能與資源描述見表2。

冷卻器的生命周期資源消耗分析參數見表3。

從表3的數據可發(fā)現(xiàn)，設備成本在生命周期費用占比僅3.0%，比例較低。冷卻器設計定位是否存在調整的可能進而降低生命周期費用。

表4為重新定位后的冷卻器生命周期資源消耗分析。

表2 冷卻器功能與資源描述

表3 冷卻器生命周期資源消耗分析

表4 重新定位的冷卻器生命周期資源消耗分析

通過產品生命周期分析后對產品進行重新定位后，產品生命周期費用降低了52%，設備成本增加的投資回收期為0.2個月。并且產品的功能提高了，壓縮空氣被冷卻到40 ℃降低到38 ℃，關于功能變化的描述這里就不展開。

案例2體現(xiàn)產品設計螺旋上升的方法論，產品新定位→降低成本→產品新定位→降低成本→，產品新定位很難但非常重要，降低成本則是一種傳統(tǒng)設計模式。

3.3 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的生命周期分析

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中設備主要有涼水塔、循環(huán)水泵、冷卻器和管道。超系統(tǒng)輸入變化將影響整個系統(tǒng)的配置，變化主要來自水質條件、氣候條件及電的能源價格。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的示意，見圖2。

通過對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的生命周期分析，進行系統(tǒng)設計參數重新定位調整，相關的主要調整如下：

圖2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)示意

（1）總的循環(huán)冷卻水溫升重新定位，盡量提高溫升。

（2）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管網經濟性精細化分析。

（3）控制冷卻器設計阻力。

（4）每個冷卻器的循環(huán)冷卻水溫升放開，具體值由冷卻器換熱特征決定。

（5）設計流程過程化控制，實現(xiàn)快速精準反應。

通過上述重新定位后的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)成本降低，并迅速降低系統(tǒng)水泵功耗。

水泵功耗由傳統(tǒng)設計模式下的占空分總能耗（電拖動的空分裝置）2.5%降低到1.1%，而且通過改善業(yè)務流程反應比傳統(tǒng)工作模式更快、精度更高。

4 結束語

空分設備研究采用大系統(tǒng)整合加全生命周期分析產品客制化的策略，企業(yè)的組織結構、業(yè)務流程、技術和產品都將發(fā)生較大改變，從而在實施過程中獲得巨大機遇的同時也遭遇巨大挑戰(zhàn)，但前景是美好的，值得業(yè)界去努力拼搏。