敏捷工厂，敏捷工程师
没有人能否认世界正变得越来越小。在商业中，通信技术在任何可能的情况下都取代了旅行，将视距离缩短到几乎为零。电子邮件、电话会议和Internet可以立即将来自世界各地的团队成员带到同一个“房间”，以最小的成本进行计划和其他“面对面”讨论。
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没有人能否认世界正变得越来越小。在商业中，通信技术在任何可能的情况下都取代了旅行，将视距离缩短到几乎为零。电子邮件、电话会议和Internet可以立即将来自世界各地的团队成员带到同一个“房间”，以最小的成本进行计划和其他“面对面”讨论。
然而，物质和物质却不允许这样的奢侈。除了将有形物品从制造点转移到使用点之外，没有其他选择。大型设施可以利用规模经济，并通过仔细安排在不同时间达到峰值的大量客户工作来减少广泛的需求波动。另一方面，运输成本、国际运输的物流、从供应链一端到另一端的时间滞后以及两端需求的快速变化，以及供应商和客户之间可能存在的误解，都使得大型集中式制造的挑战变得困难和复杂。
虽然大型工厂在生产大量一种或几种产品时效率更高，但小型工厂在生产较小或更定制的订单时可能更灵活。为了使生产操作更接近最终用户，需要建立“精品”工厂，在一个小的地理区域内精确地提供所需的产品，而不会产生吞吐量的不确定性和高昂的运输成本。在极端情况下，这些工厂只服务一个客户。这些设计植物必须比传统的同类植物更小、更灵活。
将制造业直接带给客户的想法并不新鲜。几十年来，需要氮气(例如，作为氢还原反应的惰性气体)的化学公司为了避免购买用钢瓶或罐式卡车运输的气体的高昂成本，让供应商在自己的设施附近建造小型无人看管的工厂，称为氮气发生器，通过管道连续输送气体。大容量的工厂可以以同样的方式满足大容量的用户。
对实施的影响
根据美国国家仪器公司数据采集和控制经理Rahul Kulkarni的说法，精品工厂要求工程师在实施控制系统时以不同的方式思考。他认为，工程师们想要的是完全由软件可配置的、内置智能的硬件。利用fpga(现场可编程门阵列)增强硬件智能已经变得越来越普遍，它允许工程师动态加载相同基本生产线架构的不同配置的程序。已经出现的工具允许在不了解Verilog高级设计语言(VHDL)的情况下编程fpga。
以太网在工业自动化应用中的出现也使实现变得更加容易。工程师们可以像在基于以太网的网络上拼出巨大的拼图一样拼凑出精品工厂。标准的出现也使这项任务变得更加容易。IEEE 1588精确时间协议(PTP)标准允许在基于以太网的网络上同步传感器和执行器中的时钟。
实时控制
由于供应商通常会建立一个有限的半径(距离发电设施的距离，超过这个距离，运输产品就会变得非常昂贵)，因此出现了两种类型的设计工厂。一个版本适用于需求是众所周知的，而生产水平在大多数情况下保持相对恒定的情况。例如，工业气体公司建造制氢工厂，为炼油厂提供裂解过程所需的气体(将大分子分解成更小、更有用的分子)。该工厂为该客户提供源源不断的气体，但通过定期增加产量，可以提供集装箱气体或液态氢，以运往其他地方。然而，该装置必须足够灵活，在不影响炼油厂需求的情况下提供额外的天然气。
另一种类型的植物适用于需求变化难以预测的情况。想想为钢铁厂提供氧气的工厂。一家钢厂可能有10道炼钢工序，每道工序需要不同数量的氧气来达到必要的生产水平。虽然管道结构与恒流相同，但这里的磨机控制系统必须实时提取所需的氧气量。发电厂维持一个最低生产水平(这偶尔意味着当炼油厂的需求低于这个水平时排放气体)，然后随着条件的变化而增加。
即使有严格的实时控制，天然气供应中断仍然可能在上述每个生产实例中造成问题。该系统将检测到中断，并要求从储备的气瓶中替换，以应对这种可能发生的情况。尽管这种解决方案将大大减少炼油厂或钢厂的产量下降，但它需要人为干预，并伴有所有不确定性。此外，瓶装天然气的成本远远高于当地生产的天然气，这是建造工厂的首要动力。在炼油或炼钢等竞争激烈的行业，制造商无法轻易将特定地点的成本增加转嫁给客户，因此，这一事件至少会侵蚀利润率。
| 一个简单的氮发生器的示意图是典型的那些在“设计”工厂使用。空气进入，氮气和废气产生。来源:控制工程与空气产品公司的数据。 |
控制流
控制一个灵活的工厂有它自己的挑战。不同的生产水平需要调整许多工艺参数。在传统的燃气装置中，控制需要一群操作人员手动调整参数，如压力、纯度和气体吞吐量。
作为替代方案，一些工业气体生产商使用先进的多变量过程控制。工程师不是单独调整工艺参数，而是确定必要的生产率和所需的纯度水平，并将这些信息发送到控制系统。多变量控制系统超越了过程的瞬时状态。过程控制系统利用其自身的工艺知识，同时操纵所有适当的参数，确保足够的流量和气体纯度，以满足客户的规格。通过实时监控过程，控制系统可以在产品质量或产量受到不利影响之前预测并纠正问题。
例如，假设一个多变量控制系统被告知钢铁厂在特定时间需要增加一定百分比的氧气产量。早在指定时间之前，过程控制系统就开始操纵控制参数，以在过渡期间不影响产量或产品质量的情况下完成爬坡。它的分析可能会揭示，例如，改变一个特定的参数会导致纯度低于规格。它会通过调整其他参数提前采取适当的纠正措施，使产品质量永远不会超过这条线。然而，这种控制操作确实存在约束。为了避免违反工艺或安全规定，参数不能超过预定的限制。
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