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CHARMs为21世纪的工业世界带来技术革新

  • 由于布线方式可能导致数百万美元的损失,是否能够简化当前大型工业项目的布线方式,艾默生针对这一问题提出了完美的解决方案。

    插图由 Matt Stevens 提供

    对使用智能手机的人来说,已习惯于利用新的科技技术解决复杂问题。“有个应用程序可以解决这个问题”已成为大家经常说的一句话,因为事实上无论是医疗诊断、案件法律研究,还是复杂的金融交易、实时系统分析,都有解决这些复杂行业问题的应用软件。

    但是如果您的项目比上述举例的规模更大,逻辑更加复杂,资金更加密集呢?比如您需要获取搭建海上石油钻井平台方面的帮助呢? 将技术应用于此类项目显然比消费级产品更加复杂,但是对于致力于研发此类技术的公司和投资者来说,这也是更加具有吸引力的财富契机。

    通常,大型建设项目的复杂性、规模与近乎苛刻的要求会带来不可预见的、成本高昂的资金追加:数十亿美元的建设项目中有三分之二的项目超出了成本预算,并且出现工期滞后,每年造成的损失高达数十亿美元。

    举一个真实的案例:2000 年由哈萨克斯坦石油巨头和国家石油公司共同承接的位于北里海区域的钻井平台项目,用于开采卡什干油田(30 年内发现的最大的新油田),项目金额达 130 亿美元。15 年后,据《经济学人》杂志报道预计该项目将耗资 430 亿美元,超出预算 300 亿美元,是原始预算的 3 倍多,而且最快到明年才能开采出石油。造成此类巨大损失的原因很多,但是可以明确其中的一个原因就是项目的庞大规模和复杂施工。

    解决这些问题的技术发展速度远远落后于消费级应用程序的开发,但在工厂设计与操作方面的技术反而处于领先地位。 例如,我们开始谈论未来“物联网”中的传感器如何自动处理以及预测暖通空调系统(HVAC)及家庭安防系统中的问题,但是诸如油气、炼油、采矿、化学及制药行业的从事大型加工处理的企业,依然延用长达数十年的利用传感器监控及运行工厂的方式。

    艾默生过程管理首席战略官 Peter Zornio 说,“从微处理器和网络型仪表的研发开始,这些行业的公司都已经开始积极地探索如何利用传感器提高生产过程的可靠性、有效性和安全运营。在我们开始涉足这一领域的时候,还没有公共的互联网可用,因此我们没有称其为“物联网”,但是它们是基于相同的概念,即通过整合来自传感器的大量数据来实现更好地决策。”

    25年后,一家大型石油化工厂的现场可能安装了超过 50000 台传感器,这些传感器实时报告与测量生产过程运行状况,从液压、温度、管道流量到驱动工厂运转的硬件运行效率。工厂的控制系统对传感器传入的数据进行分析后,然后驱动阀门和其他控制设备执行动作。同时,所有的输入-输出通讯都依赖于每台现场设备的两芯电缆,虽然我们都在说无线时代即将来临,但目前来说,设备的供电需求决定采用快速刷新频率的传感器必须采取有线的连接方式。

    在新工厂建设过程中,大部分的成本超支是由于设计的后期变更。而这种变更普遍存在于规模大、耗资高的项目中,原因也很简单,正是因为项目的规模大、成本高:考虑到存在诸多关联关系,不可避免地出现为了改善性能的设计变更和自定义设计。这种“设计变更单”导致重新设计、文档变更和劳动力成本增加等一系列连锁反应。 设想一下:工厂里有成千上万台传感器,每台传感器都由两芯线缆连接至控制器。现在出现后期变更,需要修改运行参数或者布局设计,这就需要移动上千乃至上万台传感器及相应的电缆。

    某石油巨头的首席工程师正面临着上述问题,因此他向 Zornio 和艾默生团队寻求了帮助。“我们当然知道这个问题”, Zornio 回忆道,“但是他说‘不,你们不知道问题所在。当有人进行后期变更时,我突然感觉如坐针毡—因为我就是那个拍板的人。大家都在等着我建起这个数十亿美元的工厂并使其正常运转,但现在我却成为了绊脚石。希望你们能够解决这个问题,我相信你们可以灵活地改变布线而不用重新设计。’”

    解决问题的是一项叫做 CHARMs 的新技术,CHARMs 是特性化模块(Characterization Modules)的缩写。那位首席工程师可能已体会到其魅力所在:将工厂里每台传感器上的电缆连接至本地电子布线柜中的可更换模块,该模块可轻松插入机柜的预定位置,该技术解决了长达数英里连接距离所面临的端对端接线困难的问题。在 CHARMs 系统中,只要将模块从机柜中的某处移动到另一处即可实现数据路径的变更。总而言之,这项技术解决了工厂建设过程中不可避免的成本高昂的后期变更,为用户提供了灵活的解决方案。

    经过了四年多的发展,CHARMs 为客户节约的成本远远超出艾默生研发团队的预期,其中一个客户甚至降低了将近一半的布线成本。

    “CHARMs 确实是节约了大量的接线和返工工作”,Zornio 说道,“但是 CHARMs 能够加快开车进度、变更布线时工厂无需停车,所带来的显著成本节省和经济效益远高于所节约的接线和返工成本。”

    对于普通人来说,布线方案可能不如智能手机的最新应用程序具有吸引力,但是对于艾默生的工业客户以及投资者来说,它充满着魅力。 ​