結合了數位和實體先進技術
的工業 4.0，有可能將化學工業本身轉變為許多最終市場行業的支柱。透過業務營運和成長的雙重領域，這些技術使「智慧」供應鏈和工廠成為能夠，並創造新的商業模式。德勤的封面故事 —— 世界上最大的諮詢公司，為汽車、石油和天然氣、技術、電力和公用事業等，提供決定性的解決方案，並幫助實現永續行動 —— 評估了化學價值鏈不同階段的關鍵工業 4.0 應用，工業 4.0 應用帶來的機會，以及工業 4.0 技術如何幫助化學公司實現策略要務之急，特別是在業務營運和業務成長領域。
- 行業主管石油、天然氣和化學品公司斯特凡·範蒂寧；德勤諮詢有限公司高階經理安德魯·克林頓；德勤服務執行董事布倫娜·斯尼德曼 LP；莫妮卡·馬赫託，德勤綜合研究中心印度研究負責人
化學工業以這樣或那樣的方式，為幾乎所有製成品做出了貢獻。該行業將石油和天然氣轉化為中間材料，最終轉化為我們日常使用的產品。全球化學工業擁有超過 2000 萬名員工，年銷售額為 5 萬億美元，是許多最終市場行業的支柱，如農業、汽車、建築和製藥。因此，化學工業的變化可能會對其他幾個行業產生漣漪效應。工業 4.0 彙集了一些數位和實體先進技術，形成了更大的實體到數位再到實體的連線，它可以透過促進策略成長和簡化營運來潛在地改變化學工業。
工業 4.0 能為化學品做些什麼？
在業務營運和成長的兩個當務之急中，專注於前者的組織可以使用工業 4.0 技術，主要用於提高生產力和降低風險，而那些專注於成長的組織，可以應用工業 4.0 來建立增量收入，或產生全新的收入流。這些策略目標可以在化學品價值鏈的不同階段進行，並相互結合。工業 4.0 在化學工業的最初趨勢，主要是在業務營運層面，這主要是由於化學公司多年來收集了大量歷史感測器資料。業務成長應用的長期潛力，有望具有同等的變革性，如果不是更多的話，但這些應用需要時間來開發。各種智慧製造技術，如預測性資產管理、過程控制和生產模擬等，可以提高化工廠的生產力。
改善業務營運：生產力和風險
改善業務營運表現為兩種方式 —— 提高生產力和降低風險。化學工廠的生產力可以透過各種智慧製造技術來提高，如預測性資產管理、過程控制和生產模擬等。然而，降低風險涉及管理供應鏈和內部營運，以應對不斷變化的客戶需求，並提高安全性和品質。
智慧製造：將 IT 和 OT 嫁給提高生產力
智慧工廠/智慧製造將物聯網、人工智慧和高階分析等 IT 與 OT（如新增劑製造、先進材料和機器人技術）相結合。這個過程可以在幾個方面使化學公司受益-
- 預測性資產管理化學工業的特點是資產密集度高。因此，先進的 IT/OT 技術可以幫助公司最佳化維護支出，並透過預測或數位維護提高資產效率。使用從渦輪機、壓縮機和擠出機等關鍵裝置上的感測器收集的資料的連續饋送，高階分析工具可以辨識模式，以預測和診斷可能的故障。 在此過程中，智慧裝置可以向工廠營運業者，傳送有關任何所需維護、潛在故障，以及零件訂購和交付時間表的資訊。這可以使製造商從定期或被動維修演變為預測性維護。此外，可以收集、比較不同地點安裝的類似裝置的資料，並用於預測性維護、效能最佳化和新設施設計。同時向化工公司和裝置製造商傳遞機器效能資訊，也可以提高售後效能。根據效能合同執行的裝置，可以獲得商定的付款，而承諾生命週期早期出現故障或故障的裝置的付款較低。這種安排對化學工業尤為重要，因為那裡的裝置既複雜又昂貴。
- 流程管理和控制在早期，石化公司的控制室曾經沿著牆壁有模擬控制器；操作員在房間裡走來走去，手動檢查讀數，以確定工廠的營運和條件。在現代控制室中，資料透過連線的系統收集，並以數位方式呈現給操作員，無需手動審查，並節省操作員的時間和精力。然而，數位化只是第一步。工業 4.0 技術，如即時分析和自動控制操作，彙集了數位和實體領域 —— 支援預測、警報和規範性響應。這反過來又可以更好地控制批次一致性和品質。工藝變異性源於各種因素，從原材料的品質到內部工藝的變化，如原材料給劑、溫度控制、停留時間、系統汙垢和老化催化劑。與預測性資產管理類似，流程管理涉及透過各種來源的感測器（如實驗室、警報器和流程裝置）收集結構化和非結構化資料。分析模型有助於在化學過程發生之前辨識模式和偏差，從而降低生產風險。
- 能源管理能源成本大大增加了化工廠的生產成本。典型的工廠涉及多種活動和互動，操作員很難選擇最佳操作條件。領先的製造商 Borealis 使用資料探勘和建模，來開發工廠能耗的動態目標值，考慮工廠的當前條件、外部溫度、系統汙垢、催化劑老化等因素。化學工業具有高度的自動化程度，大多數工廠監控標準變數，如溫度、流量、罐位和壓力，以得出最佳工廠工作條件。然而，工業 4.0 技術，如軟或虛擬軟體感測器，可以透過額外的資訊來增強這些資料點，並能夠控制非標準流程變數以提高能源效率。軟感測器是基於神經網路的推理估計器，可以處理透過標準儀器收集的幾個變數，估計新的工藝和裝置引數（而不是以其他方式收集），並提高操作員的有效性和工廠效率。在實體儀器昂貴或難以安裝的情況下，軟感測器可能會有所幫助。
- 安全管理鑑於其產品的敏感性，化學公司在整個產品生命週期中確保員工、供應鏈合作伙伴和客戶的安全尤為重要。雖然傳統的安全方法涉及監測和測試樣品，但互聯技術可以幫助公司持續監控產品、副產品以及產生的任何廢棄物。 例如，「智慧」（壓電複合材料）塗料可以感知機械振動或其他變化，如化學罐中的腐蝕或裂紋，並通知操作人員，從而降低生產風險。
- 生產模擬化學公司越來越多地使用 3D 視覺化和虛擬現實來培訓操作員和維護人員。例如，西門子的沉浸式培訓模擬器為操作員提供了各種現場情況的虛擬體驗。他們還可以與同齡人合作，教師可以監控個人和集體的表現。營運業者還可以訪問使用數位雙胞胎建立的真實植物資料。 除了操作員培訓和預後，3D 虛擬化還幫助操作員在工廠運營開始前做好準備。
供應鏈規劃：預測變化以降低營運風險
工業 4.0 幫助化學公司以兩種方式規劃其供應鏈 —— 首先，感測器和連線系統，可以幫助提高供應鏈的可見性，降低風險。其次，先進的分析工具可以幫助公司預測需求模式，並相應地調整其供應鏈和製造業務。
供應鏈可見性
化學公司主要以企業對企業模式營運，銷售客戶用於建立另一套產品的產品。在某些情況下，客戶可能會要求產品在特定的溫度，或壓力範圍內交付，以便適合後續生產流程。為了監測運輸過程中的化學品，這是監測和控制條件的微妙時期，上遊和下遊價值鏈中的許多公司，在軌道車廂上使用連線的工具，如 Ovinto 衛星監測裝置。當軌道車廂靠近客戶位置或參與撞擊或碰撞，或當被運輸化學品的物理特性超過設定範圍時，系統會生成警報，從而觸發自動操作或手動干預。鐵路車廂和化學公司之間的直接、持續互動所提供的能見性，可以實現更好的供應鏈規劃，同時有助於確保危險化學品的安全運輸。
發展業務：增量和新收入
與工業 4.0 提供的業務成長相關的轉型作用，位於價值鏈的兩端。 一方面，公司可以透過研發先進的材料和專業產品，來開發新產品或改進現有產品。另一方面，數位技術使化學公司能夠與客戶的營運整合並客製化產品，以一種允許他們收取溢價的方式，擴充其產品資訊和服務，有時還可以開發新的商業模式。
用於測試或開發新產品的新增劑製造
新增劑製造/3D 列印使用來自數位領域的資訊，來建立實體產品，封裝 IT/OT 移轉，有可能幫助化學公司在研發過程中節省成本。它允許設計師定製具有特定幾何配置的反應堆，以控制內部的化學過程，以及化學反應的特定反應動力學或停留時間，幫助公司開發和製造先進的材料，創造新的收入機會。
選擇材料的高階分析
高階分析可以幫助化學公司使用數位資訊來建立新的「實體」材料。 伊利諾伊大學厄巴納 - 坎佩恩分校的研究人員，最近開發了一種分子合成機，可以開發新藥物和農業化學品；它的工作原理是將複雜的分子，分解成其基本組成部分，然後可以重新組合以創造新的化合物。較低的資料儲存成本、高效能運算（HPC）和高階分析等開發有助於構建資料庫，以儲存有關可用材料及其屬性的資訊，並呈現具有所需特性的新材料組合，從而實現材料基因組學的進步。 化學公司也可以從試錯轉向建模結果，以數位化材料選擇過程。
用於開發先進材料的 4D 列印
在先進材料的許多發展中，一個值得注意的例子是可程式材料，也稱為 4D 列印。可程式材料由麻省理工學院建築系實驗室開發，可以隨著時間的推移自我組裝和改變形狀和形狀 —— 第四維度。外部刺激，如光、熱和水，在材料的不同位置觸發膨脹和收縮。 隨著商業發展的實現，化學工業可以使用可程式材料為航空航太、汽車、建築和醫療保健行業的客戶創造新產品，從而受益於新的收入來源。
透過前瞻性整合到客戶營運中，新的收入模式
化學公司可以利用他們多年的協作知識融入客戶的營運。傳統製造商除了銷售水處理化學品外，還根據現場訪問以及他們對材料和資產的理解，向客戶提供水處理建議。透過工業 4.0 的連線、監控和分析，化學品公司可以直接看到客戶的營運並與之互動，並可以提供即時建議，以最佳化營運並改進水處理設施的設計；這反過來又有助於他們為自己建立新的商業模式。
攀登金字塔：從哪裡開始
化學公司需要在每個層次上建立能力，以實現業務營運和成長的結合。隨著化學組織尋求建構工業 4.0 解決方案架構，從一個人知道或最擅長的事情開始，使跨職能的工業 4.0 團隊能夠建立，並成為普遍生態系統的一部分，並管理自己的網路風險，可能會有所幫助。
從未來到現在的轉變
工業 4.0 可能會影響化工公司的營運和發展業務方式，因為它們從按噸計算的收入模式，轉向客戶提供增值產品和服務。公司表現的速度和好壞，將取決於他們今天做出的決定，以及他們在未來幾年承諾的措施。清楚地瞭解其策略需要，可以使化學公司能夠規劃其工業 4.0 之旅，並幫助他們確定如何在價值鏈的不同階段整合其數位和實體資產。
由於公司在通往工業 4.0 的旅程中面臨各種挑戰，極為重要的是，他們要準備好技術和資料景觀，以支援其產品、服務不斷變化，有時還要支援新的商業模式，從長遠來看為自己創造競爭優勢。解決方案層架構提供了一種簡單的方法，來接近佈署工業 4.0 技術所需的能力。然而，除了技術之外，人們和組織在適應變化方面的靈活性，決定了他們採用工業 4.0 的效率。由於化學品的變化影響到相關行業，時間非常重要。工業 4.0 不再是未來的主題，而是現在。
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