玉米制尼龍，到底可行不可行？
南美的一隻蝴蝶揮動翅膀，有可能引起北美的一場颶風，而美國小城彭薩科拉一家工廠的失火，卻能顯著影響到全球人的衣食住行。你可能不會想到，如此威力浩大的主角就是尼龍。在很多人眼中，尼龍早就過氣了，跟科技感，時尚也沒什麼關係，可能偶爾在衣服吊牌上能看到它們的身影。更何況尼龍已經問世80年，技術和工藝相當成熟，幾乎沒有什麼創新的空間。
事實上呢，人們對尼龍的既有印象存在太多不準確，先不說尼龍的用途遠超過人們的想像，就是尼龍製造的相關技術，也沒有人們認為的那麼簡單。
尼龍是怎麼來的？
尼龍的真正成分叫聚醯胺，它可以由二元胺與二元酸縮聚生成。目前市場上製備聚醯胺普遍採用石化法，但關鍵中間體己二腈的核心工藝至今被幾大化工巨頭壟斷，漲價和斷貨的情況時有發生。
技術瓶頸加上石油化工行業本身也面臨著資源枯竭等重重危機，近年來業界對生物法製造尼龍的關注度越來越高。生物製造，簡言之就是利用微生物中的生物酶作為催化劑，將玉米等生物質中豐富的澱粉或糖類分解、轉化、重組，生成戊二胺，再與二元酸結合，最終變成生物基聚醯胺。目前基於這一課題的研究成果並不少，但是理論很豐滿，現實卻很骨感，生物製造真正在生產成本，產量規模等方面做到與石化法媲美，仍有一定難度。
生物製造難在哪兒？
以生產戊二胺的過程為例，當給微生物投以充足食物，得到的回報將會是包含目標產物及各種代謝副產物的一鍋「大雜燴」，其中戊二胺的濃度和產量根本無法滿足工業生產的要求。更糟糕的是，1,5-戊二胺又名屍胺，它的作用是加速生物體的腐敗，毒害生產出來的細胞，進一步抑制反應的進行。可以說生物製造是個高度敏感不穩定的過程，隨著條件的改變，你很難預測哪幾個會突然擦出火花，哪個又分分鐘撂挑子不幹，如果再疊加上各種複雜因素，生物製造約等於不可控。
作為一名生物化工企業的研發人員，他的工作日常可能是這樣的：周一篩選微生物，周二篩選微生物，周三篩選微生物……一周的篩選毫無進展之後，突然發現一個平板小試結果非常良好，他歡欣鼓舞，立即在搖瓶中進一步繁殖放大，但結果卻怎麼都無法復現，他有點失望，但很快平靜，因為即使通過搖瓶這一關，要通過後面小型發酵罐中的再次試驗也是困難重重。為了找到最理想的菌種和發酵條件，研發人員必須不停重複篩選過程，對於他們來說，找到有用的微生物比找到有趣的靈魂可難多了，50 萬里挑一也極有可能，而這還只是一年的試驗量。
當一切就緒，進入反應階段是不是就萬事大吉，坐等收穫成果呢？答案是否定的。生物製造與生產汽車、電子設備等離散工業不同，反應一旦開始就根本停不下來，如果反應過程中有一點條件波動，整個批次的努力就付之東流。一句話，生物體本身奧妙無窮，人們很難完全掌握變化過程中所有複雜精妙的轉化細節。
不可控如何被掌控？
當然生物製造過程也並不是沒有規律可言。凱賽新疆烏蘇生產基地就利用西門子數字化解決方案，提高了生物反應的效率，讓生物製造過程更可行。
數字化如何在生物製造中發揮作用呢？
研發階段，西門子 SIPAT 軟體可以通過數字化分析，從實驗、篩選、試錯過程中積累的大量無序數據中直接找到菌種、反應條件等重要參數和目標產物產出率之間的關聯性，簡化中間繁雜的篩選工作，顯著提高研發效率。
西門子 DCS 控制系統 Simatic PCS 7 則能為連續性生產提供保障。PCS 7 具有分散控制、集中管理特點。從控制上來說，這就好比原來系統里的各個設備是群龍無首的小兵，現在把小兵們編成小隊，每個小隊有個小隊長，所有的小隊又要選出一個總指揮官。等打仗的時候，工程師只需把命令告訴總指揮，然後逐級傳遞，行動起來整齊劃一。
為了實現穩定高效的生產，西門子工廠智能運營管理系統 Simatic IT 就像嚴格的「老師」，能夠每天按照生產計劃給工人下發電子工作指令，並將他們的工作質量準確評估並記錄在案。若是配料不完備或是種子培養沒有完成，生產都無法進入下一階段。同時生產中的很多工序都將被自動化程序所替代，有助於降低運營成本和出錯率。
另外，生產中很多令人頭疼的小問題也通過數字化系統而得以解決。例如生產過程中有許多取樣檢測的步驟，而檢測之後結果需要被反饋到生產中以調整工藝參數。這聽上去很簡單，但現實中車間距離檢測點之間可能有好幾公里，幾個來回之後數小時就浪費了，不僅影響生產效率，檢測結果的指導意義也大打折扣。數字化系統可以將檢測結果上傳至 Simatic IT Unilab，並進一步反饋到系統中進行實時控制，實現生產效率的提高。由於工藝參數存儲於Simatic IT 系統之中，系統根據原料自動匹配配方進行生產而不需要人員的介入，規避了原料配方和工藝條件等知識資產被竊取，提升安全等級。
從運維困境到所向披靡
當然，除了生物製造過程的各種複雜和不可控，生產基地里上千台設備的管理和維護也並不輕鬆。工廠的設備不但數量眾多，而且個個都是愛打響指的狠角色，如果沒有一位才能出眾的統帥進行部署和管理，還真行不通，而西門子工廠資產數字化管理系統 COMOS 就是一個理想的人選。
COMOS 可以為包含工藝、電氣、儀錶、自控、管道等專業信息在內的工廠資產建立統一的數字化模型，形成工廠的「數字化雙胞胎」，並貫穿工廠的全生命周期。這意味著工程階段所有底層設備的信息都可以被存入一個統一的「檔案庫」里，既能妥善保存，又能方便地應用到下一個工廠的設計中，從此新工廠的建設都能站在巨人的肩膀上，而不必重新摸索。
COMOS 還能和 PCS 7 高度集成，一旦出現設備故障，PCS 7 立即發出報警信號，觸發COMOS 生成維修工單並下發至相關人員，然後操作員按照預設流程進行維護。故障修復後還會自動生成電子存檔，做到記錄可追溯，問題可查詢，為今後的維護工作提供依據，保證效率。
此外，COMOS 與西門子智能運營平台 XHQ 之間也存在數據介面。XHQ 系統集信息展示、溯源分析、趨勢預測等功能為一體，管理層可以通過該平台了解到工廠資產的具體狀況，並與歷史數據進行對比，以深層次挖掘工廠的運營狀態，輔助管理人員做出更好的決策。
凱賽希望通過其發展向業界證明三件事：一是生物技術能夠製造功能更好的材料；二是生物製造有機會比現在的石油化工成本更低；三是生物製造可以在一條生產線上實現規模化。數字化技術讓凱賽的產業夢想正逐漸變為現實：烏蘇基地投產後預期能實現年產 100000 噸生物基聚醯胺、50000 噸生物基戊二胺和 30000 噸長鏈二元酸，這種製造力的提升可謂脫胎換骨。
當你得知,面前這件舒適時尚的衣服原料是取自大自然的玉米等農作物時,不要懷疑，因為它只是數字化技術讓科幻故事變為現實的一個案例。其實除了尼龍這個熟悉的陌生人，我們生活中喝過的紅酒，牛奶，飲料，用過的塗料，它們的生產過程同樣面臨許多不可控的煩惱，不過西門子深諳這些所謂流程行業的脾氣和秉性，能挖掘它們的最大潛能。如今西門子已幫助蒙牛、娃哈哈、多樂士等不同類型，不同規模的企業實現數字化轉型，這些應該是西門子對品牌宣言 Ingenuity for life（博大精深，同心致遠）最直接的演繹。
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