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類型分類：: 科普知識

數(shù)據(jù)分類：: 單相導(dǎo)軌開關(guān)電源

牛紹華、蕭德云：過程控制的知識和技能結(jié)構(gòu)

發(fā)布日期：2022-07-16 點擊率：73

過程控制的應(yīng)用知識和技能具有鮮明的層次結(jié)構(gòu)，不妨從老子《道德經(jīng)》中“道”、“法”、“術(shù)”和“器”的角度，對過程控制的知識層次結(jié)構(gòu)和應(yīng)用范圍作個詮釋。

“道”是萬事萬物的自然規(guī)律和發(fā)展方向，即“天道”；“法”是循道而行、為達目標(biāo)所遵循的方法和技能，即“人法”；“術(shù)”是為使“人法”得到實施所采取的技術(shù)技巧和手段；“器”是為使“術(shù)”取得更完美、更有效結(jié)果所必需的工具。《道德經(jīng)》論述的“道”、“法”、“術(shù)”和“器”四個層次與過程控制的知識層次是可以一一對應(yīng)起來的。

“器”(Devices, Instruments, Control Systems)，如傳感器、變送器、調(diào)節(jié)閥、PID控制器、DCS、PLC、SIS和MPC控制模塊等毫無疑問都屬于“器”的層次范疇。“工欲善其事，必先利其器”，過程控制工程師應(yīng)該熟悉這些必需之器的功用，做到得心應(yīng)手。但這些“器”各自有專門的技術(shù)工種負責(zé)，因此過程控制工程師對“器”的掌握一定要基于需求，適可而止，“有所為，而有所不為，”一個優(yōu)秀的過程控制工程師不一定要求能熟練地搭建MPC與DCS通訊系統(tǒng)。

“術(shù)”(Methods, Tricks, Procedures)，常見的控制算法和手段，比如回路整定、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、信號變換、信號補償、“三傳一反”、壓縮機動態(tài)特性等都屬于“術(shù)”的層次范疇。“術(shù)”的特點是知之為知之，不知為不知，可教可學(xué)。但是這些“術(shù)”的知識必須有選擇性地掌握，懂得取舍，必要的知識既要知其然也要知其所以然，熟悉其應(yīng)用場景，融會貫通。然而，一個過程控制工程師不需要像數(shù)據(jù)科學(xué)家那樣對各種數(shù)據(jù)分析算法了如指掌，也不需要像一個工藝工程師那樣熟悉精餾塔的塔板特性，有些知識可以臨時抱佛腳，或虛心向團隊里的相關(guān)專家求教。

“器”和“術(shù)”都是易學(xué)易用的，熟練掌握常見和常用的“術(shù)”是維持控制系統(tǒng)正常運行的必需，是對過程控制工程師的基本要求。但很多過程控制工程師花費大量時間在“術(shù)”和“器”上，比如PID回路整定或DCS組態(tài)微調(diào)，樂此不疲，忘記了“術(shù)”和“器”是為了更高層次的任務(wù)。一個有問題的控制回路很難通過整定PID參數(shù)來改善其控制性能；一個物料不平衡的工藝過程不可能靠增加幾個控制器來達到整體穩(wěn)定。通常情況下，局部的改善或改進是難以補救整體方案固有的缺陷，也很難修補整體方案缺陷帶來的禍害。

“法”(Skills, Methodologies)，是過程控制工程師應(yīng)具備的特質(zhì)，也就是具有上分析問題的能力和解決問題的技能，具體來說就是控制方案的分析和設(shè)計，以及控制問故障的診斷和排除。“法”是行之有效的最佳實踐，要達到“法”的高度，必須對“術(shù)”和“器”能靈活應(yīng)用。需要多年知行合一的修真苦煉，不但要學(xué)習(xí)成功的經(jīng)驗，也要接觸足夠多的失敗案例，反中求正，不蹈覆轍。理論和實踐存在很大區(qū)別，前者只談什么是正確的，后者更需要知道什么是錯誤的。比如在Matlab里仿真一個PID回路是簡單的，但在DCS上實現(xiàn)一個能夠24/7連續(xù)工作的PID控制回路就相對難了，因為它要應(yīng)對各種想得到和想不到的應(yīng)用需求和故障場景，很難做到萬無一失。

工藝流程是對過程控制工程師的最大挑戰(zhàn)，其一生可能要面對數(shù)不清的陌生工藝流程，不可能全部精通，面對一個陌生工藝流程往往會感到無從入手。實際上，工藝流程的動態(tài)因果關(guān)系分析或過渡過程分析對所有的過程類型都是適用的，比如精餾塔與壓縮機的工藝分析，其手段和方法是高度一致的，控制方案的設(shè)計或故障問題的診斷與排除同樣也有共同的法則可循。掌握這些方法和法則，方可變被動為主動，以不變應(yīng)萬變。一個資深的過程控制工程師，眼中看到的不僅僅是流程上的管、線、爐、塔，更重要的是深知一個個流動的測量變量以及它們之間的因果關(guān)系和動態(tài)響應(yīng)。

“道”(Strategies, Philosophies)，修煉到極致的人方可得“道”。“道”是一種直覺、一種本能，是從必然王國進入到自由王國。雖然實際問題千變?nèi)f化，但萬變不離其宗，宗即是“道”，悟道之人，觸類旁通，舉重若輕。悟道需要努力、機遇和天分，需要持之以恒的身體力行。工作團隊里有一位得“道”高人，團隊水平會很快提升。當(dāng)然，得“道”之人應(yīng)該樂于分享，獨樂樂不如眾樂樂。

大“道”至簡，高明的控制方案往往是意外的簡單，比如有時一個小小的反饋機制可以取代復(fù)雜的物料和熱量平衡計算。一個完美的控制方案有時需要跳到盒子之外，比如一個簡單的、合理的工藝改進可以大大簡化控制方案。大巧似拙，有時候慢便是快，比如老老實實用測試和建模的方法整定PID參數(shù)，往往比貌似簡便快捷的“曲線試湊法”更可信、更可靠，而且可能事半功倍。這樣的境界通常必須是理論與實踐融會貫通的前提下收放自如、游刃有余的結(jié)果。

上述這些關(guān)于“道”、“法”、“術(shù)”和“器”的論說，是對過程控制知識層次結(jié)構(gòu)的很好詮注。

新書《過程控制-工程分析與最佳實踐》

作者：牛紹華、蕭德云
牛紹華(Steve S. Niu)，1985年畢業(yè)于清華大學(xué)自動化系，獲學(xué)士學(xué)位，1994年獲加拿大Alberta大學(xué)過程控制博士學(xué)位。畢業(yè)后在加拿大和瑞典從事10年的學(xué)術(shù)研究，后進入加拿大和美國石油公司從事25年的過程控制工作。長期的一線現(xiàn)場工作涵蓋了過程控制的幾乎所有方面，從研究、開發(fā)到應(yīng)用，從項目管理、產(chǎn)品管理、項目執(zhí)行到運行維護。25年間設(shè)計并實施了數(shù)百種控制解決方案，包括基層控制、先進控制、壓縮機控制、動態(tài)仿真、實時優(yōu)化等，涉及的生產(chǎn)過程包含上游油氣生產(chǎn)、煉油、石化、化工和造紙等，區(qū)域跨越歐亞美非各洲，項目規(guī)模從小型控制改進課題到數(shù)十億美元的大型工程。

蕭德云，清華大學(xué)自動化系教授、博士生導(dǎo)師，主要從事連續(xù)過程行業(yè)的建模與辨識、故障診斷和安全評估、多傳感器信息融合、過程控制系統(tǒng)、流程工業(yè)CIMS(計算機集成制造系統(tǒng))等方面的教學(xué)和科學(xué)研究。出版的著作包括“過程辨識”和“系統(tǒng)辨識理論及應(yīng)用”等，主要譯著有F.G.Shinskey的“過程控制系統(tǒng)—應(yīng)用、設(shè)計和整定(第3版和第4版)”。

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