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為了節(jié)省時(shí)間和金錢，同時(shí)也為了提高精確度，西門子正在虛擬世界里建造一座海水脫鹽工廠。

在伊比利亞半島的幾乎每個(gè)地方，水都是一種寶貴的資源。西班牙旱災(zāi)程度之嚴(yán)重、頻率之高，令這片土地不堪其苦。因此，淡水，特別是可供飲用的淡水，尤為寶貴。如今，干涸的水庫(kù)、*的飲用水和凋零的田野，已成為西班牙常見的景象。另一方面，淡水的稀缺，也促使西班牙人掌握了海水脫鹽技術(shù)，因?yàn)檠刂渚d長(zhǎng)的海岸線，這個(gè)國(guó)家擁有取之不盡用之不竭的含鹽水資源。

西門子工業(yè)的Andreas Pirsing博士表示，“幾年前，為了緩解淡水稀缺問題，西班牙政府發(fā)起了一項(xiàng)特殊的開發(fā)計(jì)劃。作為該計(jì)劃的一部分，在地中海沿岸新建了約30座海水脫鹽工廠。在選擇承建商時(shí)，西班牙政府有意扶持當(dāng)?shù)仄髽I(yè)，這樣，便能培育出高水平的技術(shù)專長(zhǎng)。如今，這些技術(shù)已成功推廣到世界其他地方。”

專家預(yù)計(jì)，淡水危機(jī)將日益嚴(yán)峻。這對(duì)海水脫鹽市場(chǎng)而言意義重大。盡管2012年，海水脫鹽市場(chǎng)的銷售額僅為184億美元，但Companies & Markets預(yù)計(jì)，到2020年，這個(gè)數(shù)字將增至500億。

西門子的海水脫鹽業(yè)務(wù)遍及。在新加坡，西門子工程師在該國(guó)政府組辦的節(jié)能型海水脫鹽技術(shù)“新加坡挑戰(zhàn)賽”上一舉*。Pirsing說：“西門子還參與了西班牙政府發(fā)起的開發(fā)計(jì)劃。西門子工業(yè)為一些工廠配備了自動(dòng)化技術(shù)。其中一座工廠坐落于馬霍卡島的Alcudia。”馬霍卡島是著名的旅游勝地，但島上淡水含水層較薄，且“浮”于地下苦堿水之上，因此，對(duì)海水脫鹽技術(shù)尤為依賴。其淡水含水層無法為眾多游客提供充足的飲用水。

這座位于Alcudia的海水脫鹽工廠采用了反滲透技術(shù)來生產(chǎn)淡水。這項(xiàng)工藝的原理是，通過施加外部壓力，使海水中的水分子通過半透膜過濾析出，而鹽分等大分子物質(zhì)則保留在原溶液中。利用這項(xiàng)工藝，這座海水脫鹽工廠每天可以生產(chǎn)多達(dá)1.4萬立方米淡水。雖然Alcudia只是地中海沿岸眾多海水脫鹽工廠之一，但它已成為工程設(shè)計(jì)研究的焦點(diǎn)。Pirsing指出，“西門子正在以它為個(gè)案，研究一種全新的方法，該方法可能在整個(gè)工程設(shè)計(jì)界掀起一場(chǎng)革命。”

與諸如空客、博世和戴姆勒等企業(yè)，以及若干高等學(xué)府和德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)一道，西門子參與了得到德國(guó)教育與研究部資助的SPES_XT（軟件平臺(tái)嵌入式系統(tǒng)XT）計(jì)劃。該計(jì)劃的目標(biāo)是，將軟件建模方法和工具與用于開發(fā)嵌入式軟件的分析技術(shù)無縫整合起來。

個(gè)案研究。西門子的目標(biāo)是優(yōu)化一種用于規(guī)劃海水脫鹽工廠的方法，以在通用IT平臺(tái)上，借助一套統(tǒng)一的軟件工具，對(duì)彼此協(xié)調(diào)的不同工廠組件的虛擬模型進(jìn)行編輯。

Pirsing解釋道，“我們?cè)贏lcudia工廠采用了這種方法。也就是說，我們用某種影子工程設(shè)計(jì)法來創(chuàng)建整座工廠的模型，并通過試驗(yàn)確定該方法能節(jié)省多少時(shí)間和金錢。Alcudia工廠特別適于進(jìn)行個(gè)案研究，因?yàn)槲覀兣c客戶關(guān)系融洽，這確保我們不僅擁有這座工廠部署的西門子自動(dòng)化系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)，而且還能獲得其他承包商提供的相關(guān)規(guī)劃數(shù)據(jù)。”

西門子中央研究院（CT）的Ulrich Lowen博士負(fù)責(zé)為該個(gè)案研究提供科學(xué)依據(jù)，他解釋道，“當(dāng)我們掌握了全部數(shù)據(jù)時(shí)，就像Alcudia工廠項(xiàng)目這樣，我們就能輕而易舉地在計(jì)算機(jī)上規(guī)劃整座工廠。已經(jīng)有大量規(guī)劃在虛擬世界中執(zhí)行。這種方法被稱為‘基于模型的系統(tǒng)集成’，這意味著，首先利用計(jì)算機(jī)生成的虛擬表達(dá)——或稱模型，對(duì)許多真實(shí)的工廠組件進(jìn)行規(guī)劃、組裝和試驗(yàn)，然后再進(jìn)行實(shí)際安裝。在Alcudia工廠個(gè)案研究中，我們已經(jīng)模擬了從井中抽取海水的整個(gè)過程，以及反滲透工藝的部分過程。”據(jù)Lowen透露，這種模擬的節(jié)支效應(yīng)已初露端倪。Lowen說：“像Alcudia工廠這樣的項(xiàng)目，不可能僅憑一個(gè)人的力量就完成詳盡的規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)。相反，這項(xiàng)任務(wù)需要來自不同專業(yè)的眾多工程師齊心協(xié)力完成。”

項(xiàng)目參與者包括負(fù)責(zé)處理物理和化學(xué)過程的過程工程師，負(fù)責(zé)安裝高壓泵和半透膜模塊的系統(tǒng)提供商，以及負(fù)責(zé)提供自動(dòng)化系統(tǒng)和電源解決方案的管道規(guī)劃師和電氣工程師。

Lowen解釋道，“目前，項(xiàng)目參與者分別使用自有工具來執(zhí)行相關(guān)任務(wù)。譬如，使用CAD工具進(jìn)行過程設(shè)計(jì)和管道建設(shè)，使用微軟Excel生成驅(qū)動(dòng)器和儀器清單。這些工具以大相徑庭的方式表達(dá)系統(tǒng)，包括工藝流程圖、二維或三維模型、電路圖，等等。”

工具之間的不兼容，導(dǎo)致了時(shí)間和金錢的巨大浪費(fèi)。這是因?yàn)椋?guī)劃數(shù)據(jù)經(jīng)許多不同的人處理，被多次改換格式，輸入新工具以及轉(zhuǎn)化為多種不同的“語言”。在這個(gè)過程中，一些信息會(huì)在工具切換之際喪失，并且用戶有時(shí)也會(huì)曲解規(guī)劃數(shù)據(jù)。Lowen解釋道，“此外，任何突然變化都有可能削弱不同規(guī)劃模型之間的*性。譬如，假設(shè)負(fù)責(zé)管道中不計(jì)其數(shù)的液位傳感器和不同檢測(cè)裝置的工程師突然發(fā)現(xiàn)，他需要另一個(gè)液位傳感器。那么，必須將該傳感器及有關(guān)線纜納入工藝工程設(shè)計(jì)管道、儀器流程圖、自動(dòng)化系統(tǒng)部署計(jì)劃、電氣計(jì)劃以及管道計(jì)劃等。”

為了保證切實(shí)有效地采取這些將會(huì)影響到各式各樣系統(tǒng)模型表達(dá)的糾正舉措，模型之間必須彼此協(xié)調(diào)。此外，所有工具都必須能在集中式IT平臺(tái)上相互溝通。Pirsing說：“西門子是一家能夠提供此類集成式設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)的企業(yè)——這個(gè)平臺(tái)可以將所有彼此獨(dú)立開發(fā)的工程設(shè)計(jì)工具匯接起來。換句話說，西門子是一家集工程設(shè)計(jì)之大成的企業(yè)，譬如，被稱為‘COMOS’的生命周期工程設(shè)計(jì)和設(shè)施管理系統(tǒng)，以及SIMATIC PCS 7控制系統(tǒng)。正因如此，我們是一家在市場(chǎng)上提供該等工程設(shè)計(jì)解決方案的企業(yè)。”

技術(shù)推廣。總體而言，這種在新型IT平臺(tái)上對(duì)Alcudia海水脫鹽工廠進(jìn)行整體虛擬規(guī)劃、建模和模擬過程的工程設(shè)計(jì)技術(shù)，旨在表明該方法的效率和計(jì)算出能夠節(jié)省多少時(shí)間和金錢。Pirsing說：“我們的項(xiàng)目已完成過半。如果成功的話，其結(jié)果將不僅影響到海水脫鹽工廠的建設(shè)，而且將開啟一片嶄新的IT技術(shù)應(yīng)用天地。解決了截然不同的挑戰(zhàn)的方法，可以輕松推廣用于其他類型的設(shè)施，如廢水處理廠、泵站和水廠等。此外，這種方法也可推廣用于其他行業(yè)，如石油天然氣、制藥以及化工行業(yè)等。”

結(jié)合SPES_XT項(xiàng)目的其他合作伙伴在航空和汽車等行業(yè)針對(duì)類似問題的研究成果，終將形成一套全面的方法，令整個(gè)工程設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)生天翻地覆的變化。