淺析石油化工企業(yè)智能工廠建設的基本思路

王 晶

中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司信息部，北京 102500

引言

縱觀全球，在國際化的大背景下，石油化工企業(yè)正朝著大型化、一體化、智能化和清潔化的方向發(fā)展，但在發(fā)展同時也面臨著諸多問題，例如：成本的持續(xù)增加以及需求的長期波動，企業(yè)及客戶對于價格的變動敏感度持續(xù)提高；提高整個企業(yè)的生產效益與保持生產的平穩(wěn)安全的矛盾；供應鏈各環(huán)節(jié)壁壘以及各環(huán)節(jié)的復雜度日益升高；全球經(jīng)濟一體化導致企業(yè)的經(jīng)營環(huán)境更加復雜。縱觀全球石油化工企業(yè)的發(fā)展趨勢，未來的石化企業(yè)更趨于市場化、一體化、國際化，企業(yè)更加追求高度的靈活性、可靠性和可維護性，更低的成本和更少的中間環(huán)節(jié)。

未來的石油化工企業(yè)將加強綠色環(huán)保，能量的管理和排放，提高資產的管理、提升運營決策的支持力度，加強知識的協(xié)同，優(yōu)化產業(yè)鏈條中的各個環(huán)節(jié)，使企業(yè)利益達到最大化。因此企業(yè)爭相采用自動化技術、信息技術和與之相伴而生的現(xiàn)代管理技術手段和方法來提升自身競爭力。

本文主要結合石油化工企業(yè)信息化總體發(fā)展情況，說明建設智能工廠是當今企業(yè)管理模式轉變和信息化發(fā)展的必然趨勢。本文通過借鑒全球領先的石油化工企業(yè)的最佳實踐，論述石油化工企業(yè)建設智能工廠的基本思路，其中包括：智能工廠建設特征、智能工廠建設模型要素、智能工廠建設目標以及智能工廠建設內容等，由此來說明，通過合理規(guī)劃、明確建設思路，再與云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信等新技術相結合，最終建設適合本企業(yè)的智能工廠，以便實現(xiàn)企業(yè)使用同樣的資源發(fā)揮出更大效益的目標。

1 智能工廠現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.1 現(xiàn)狀分析

自從全球金融危機以來，石油行業(yè)的全球態(tài)勢發(fā)生重大變化。原油價格變化加快，從全球能源消耗的趨勢看，原油價格的上漲是一個長期趨勢；國內成品油價格由于受到國內價格定價機制的影響不能完全體現(xiàn)運營成本，化工產品受到經(jīng)濟景氣程度的影響非常大；目前，煉化企業(yè)的利潤空間非常狹小，在某些時段甚至處于負利潤經(jīng)營的狀態(tài)。此外，國內企業(yè)間的競爭也日趨激烈。因此，企業(yè)必須綜合采用工業(yè)化、信息化的手段，積極轉型，主動應對，提高企業(yè)的應對市場的能力，實現(xiàn)經(jīng)營管理過程的可控，分析經(jīng)營過程中的問題，實現(xiàn)全面優(yōu)化。

目前，絕大部分石化企業(yè)都已經(jīng)按照自身的信息化戰(zhàn)略目標，完成了多個信息化平臺的建設，信息化水平初具規(guī)模，可以說基本滿足系統(tǒng)監(jiān)控目的，但從智能工廠建設目標來看，現(xiàn)在的信息平臺主要欠缺以下三個方面的建設：

（1）預測能力：對市場原料供應、市場產品需求，進行預測，并提前采取應對措施，使經(jīng)濟效益最大化，保障生產運營的平穩(wěn)；同時對企業(yè)的運行風險，要有一定的預知，能夠預測到產品的質量趨勢、裝置運行可靠性信息、以及能源的需求等。

（2）可監(jiān)控性：對生產運行和經(jīng)營管理過程信息實時掌握。對供應鏈的各環(huán)節(jié)的信息，生產過程監(jiān)控的信息，裝置設備的實時信息，人員安全及車輛監(jiān)控信息，排放信息，同時也包括KPI指標等管理信息等。只有實時掌握信息，才能快速應對和處理異常事件。

（3）分析與優(yōu)化：生產過程與經(jīng)營管理的過程處處都存在優(yōu)化提升的空間，通過專業(yè)的分析和優(yōu)化工具來實現(xiàn)。例如，分析銷售數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化產品結構以及供應鏈計劃；優(yōu)化生產計劃、優(yōu)化裝置操作、優(yōu)化油品調合，可以提高經(jīng)濟效益；通過預知性維修優(yōu)化維修策略，實現(xiàn)維修計劃的最優(yōu)化，降低維修成本，提高裝置可靠性。

1.2 發(fā)展趨勢

當前世界各國十分重視發(fā)展石油化工智能化生產管理和技術的應用，許多國際性的石油化工企業(yè)開始對業(yè)務流程進行變革，注重員工的持續(xù)培訓，關注基于知識和模型的企業(yè)管理，對企業(yè)信息化進行了全面整合，實現(xiàn)了設計、生產管理和經(jīng)營的一體化，大大增強了企業(yè)的競爭實力，加強了在國際市場上的壟斷地位。

“智能工廠”是解決上述問題的重要手段之一，是集煉油廠和化工廠（包括煤化工）流程、人員和技術三為一體的綜合管理框架和實踐。目前，國外有許多機構或者咨詢公司對智能工廠（有的叫“智慧工廠”）做了專門的研究，有些研究成果已經(jīng)應用并取得了較好的效果，提高了工廠的生產效率。例如：IBM公司基于行業(yè)經(jīng)驗和最佳實踐，形成了針對石油石化下游行業(yè)的智能工廠愿景模型，且在愿景模型中重點提到了四個建設要素，它們分別是：

（1）預測：基于信息采集和業(yè)務模型，實現(xiàn)生產過程、設備運行、市場變化等方面的發(fā)展趨勢和事件發(fā)生的預測。

（2）可見性：基于傳感器、信息集成、信息展示等手段，實現(xiàn)用戶對信息的訪問、理解和洞察。

（3）協(xié)同：以信息共享、最佳實踐知識庫等為基礎，實現(xiàn)跨業(yè)務部門、跨組織機構的人員協(xié)同。實現(xiàn)以事件和調度為驅動的工作模式，提高工作效率，并有效利用專家等關鍵資源。

（4）分析與優(yōu)化：基于專業(yè)的平臺和工具，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營與生產運行、操作等各個層面的分析和優(yōu)化。

可以說，全球煉化企業(yè)普遍采用“智能工廠”實現(xiàn)業(yè)務提升。通過制定符合企業(yè)發(fā)展特點的戰(zhàn)略，利用先進的技術和業(yè)務分析手段，建立業(yè)務信息集成平臺，聯(lián)接設備和系統(tǒng)以提高煉廠和化工廠全廠的業(yè)務可見性和協(xié)同合作。

2 國外智能工廠最佳實踐舉例

2.1 Valero智能工廠建設

瓦萊羅（Valero）是北美最大的煉化公司，是財富100大企業(yè)之一，包含16個煉廠，年收入約為1200億美元，加工處理能力為3百萬BPD，員工數(shù)目超過22000人。

Valero通過建設企業(yè)運營儀表盤提高各級管理人員可視化能力。

主要內容包括：

（1）實現(xiàn)了企業(yè)、煉廠、操作員的多個層面用戶的儀表盤管理。展示內容包括HSE、工藝安全、運行吞吐量、罐區(qū)庫存、能源記分卡等5大類關鍵指標。

（2）實現(xiàn)儀表盤、門戶展示等的數(shù)據(jù)需要；實現(xiàn)儀表盤/記分卡普遍使用，展示方式包括圖形、表格、指標、統(tǒng)計分析、向下挖掘能力；根本原因分析等。

（3）采用按需配置、即配即用的設計模式，應對快速變化的業(yè)務需求。

采用的體系架構：

（1）基于SAP MII集成平臺，實現(xiàn)SCADA、DCS、MES、SPC/SQC、LIMS、維修管理系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)源的集成。

（2）基于SOA的架構，采用服務總線的設計模式。

（3）基于ISA 95/88的標準，建立工廠模型，實現(xiàn)工廠實時數(shù)據(jù)的標準化管理和處理。

實施的效益主要體現(xiàn)在：

（1）通過數(shù)據(jù)的實時采集、處理和多樣化的展示，使管理層掌握實時生產動態(tài)，更快的支持決策。

（2）驅動運營與員工績效的提升，綜合指標與分析成為企業(yè)文化的一部分。

Valero智能工廠建設的特點是：在公司層面統(tǒng)一業(yè)務信息主題及展現(xiàn)；信息可逐級鉆??；使用集成技術集成各類應用；公司統(tǒng)一制定項目實施計劃。

2.2 BP煉油銷售部門智能工廠建設

BP煉油銷售部門通過iPlant戰(zhàn)略實施，進行業(yè)務與信息化的轉型，實現(xiàn)IT建設的標準化和集成化，支持整體業(yè)務戰(zhàn)略目標。

具體的業(yè)務戰(zhàn)略舉措包括：

（1）提升投資效益和業(yè)務一體化管理；

（2）提升成本效率；

（3）安全與可靠運行。

BP智能工廠建設的主要特點：

（1）推動各下屬企業(yè)的應用的標準化；

（2）推動各下屬企業(yè)信息展現(xiàn)的標準化；

（3）提高信息質量；

（4）重點是提高績效指標，包括Solomon評估指標，成本和利潤指標；

（5）優(yōu)先考慮提高人員和過程安全的項目，同時兼顧項目投資收益考慮。

2.3 案例總結

可以看出，在國外智能工廠建設的案例中，主要有以下特點：

（1）將數(shù)據(jù)轉化成業(yè)務場景信息；

（2）提高數(shù)據(jù)的可靠性，避免數(shù)據(jù)的不一致；

（3）利用集成技術，充分利用現(xiàn)有應用系統(tǒng)并加以改善；

（4）應用新的技術或者解決方案時，定義成功標準開展試點驗證。

3 智能工廠建設思路分析

3.1 智能工廠建設特征

智能工廠建設應具備業(yè)務和技術兩個特征：

（1）業(yè)務特征：整體協(xié)同和動態(tài)改進的供應鏈管理；實時優(yōu)化的操作與一體化的生產管控；預知性的設備維修；產供銷環(huán)節(jié)全面融合的HSE管控；模型化的精細能源管理；基于商業(yè)智能的實時生產經(jīng)營分析與決策。

（2）技術特征：物聯(lián)化（包括設備、人員、物資等）；模型化、基于模型的預測預警、模擬、分析、優(yōu)化；一體化集成架構；知識化應用及管理。

3.2 智能工廠建設模型要素

智能工廠建設應在企業(yè)自有信息框架基礎上搭建模型，模型應根據(jù)以下四個要素進行設計，因為它們不僅是智能工廠建設時期的必要組成部分，也是智能工廠可持續(xù)發(fā)展的必要手段。

（1）洞察能力：將簡單數(shù)據(jù)轉換為上下文相互關聯(lián)的、有明確意義的信息；通過技術手段顯著地減少獲取數(shù)據(jù)所需的時間，從而能擁有更多的時間去對數(shù)據(jù)進行分析。

（2）預測能力：通過傳感器和智能軟件提高設備智能化水平，提高工藝建模和預測生產的能力。

（3）協(xié)同能力：引入遠程的專家知識，通過流程和系統(tǒng)協(xié)同提高響應速度、降低協(xié)調成本，達成裝置級、車間級、工廠級、地區(qū)公司級和總部級的多層次和全方位協(xié)同。

（4）分析優(yōu)化能力：提升工藝控制手段；優(yōu)化現(xiàn)有的模式；擁有更多的分析手段提高裝置和全廠的優(yōu)化能力；同時地區(qū)公司之間與總部之間在協(xié)同的基礎上，實現(xiàn)全局最優(yōu)。

3.3 智能工廠建設目標

石油石化行業(yè)在不同的發(fā)展階段具有不同的戰(zhàn)略目標，結合在全球主要石油石化企業(yè)的實踐經(jīng)驗和研究成果，借鑒先進的管理理念，充分利用前沿的技術，石化企業(yè)智能工廠建設應實現(xiàn)以下目標：

（1）提高供應鏈敏捷性與靈活性，提升工廠效益。構建靈活、信息高度集成的供應鏈，為煉油企業(yè)和整個下游價值鏈的需求提供高級協(xié)作、工作流和價值鏈優(yōu)化。將下游運營業(yè)務作為整體優(yōu)化（從原油供應到生產、產品物流和貿易）。將下游運營中心作為單一的虛擬資產而非一組獨立資產進行管理，以更加靈活、安全和可靠（以及可盈利）的方式響應市場條件，使企業(yè)在快速多變的市場中具備高度競爭力。強化生產成本的控制、協(xié)作和優(yōu)化，從而降低生產成本，優(yōu)化資本性支出。

（2）實現(xiàn)產能、用能的整體優(yōu)化。通過智能儀器儀表和集成系統(tǒng)的應用，對企業(yè)運營和生產進行實時監(jiān)控和測量，通過使用數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行資產風險管理，使用物聯(lián)網(wǎng)技術進行資產位置跟蹤和環(huán)境管理功能的實現(xiàn)，大幅提高生產力；建立完善的能源管理和環(huán)境保護體系，通過不斷的持續(xù)改進，支撐綠色生產、節(jié)能減排。

（3）提升企業(yè)資源的合理配置。通過流程的優(yōu)化，人力資源和技術的合理配置，對不同資源和工廠之間的績效評估對比進而可以有效的控制成本；通過資產管理的全面集成，幫助提高物理資產管理的安全性、可用性和法規(guī)遵從。通過智能資產管理實現(xiàn)在運營、維護和工程團隊之間自動變更活動的管理，以促進合規(guī)管理并提高可靠性和安全性。

（4）提高企業(yè)經(jīng)營分析能力，驅動企業(yè)與員工績效的提升。采用商業(yè)智能、移動應用等技術，對企業(yè)經(jīng)營進行全局監(jiān)控，提升企業(yè)的整體響應能力，建立上下一體的儀表盤，基于主題進行信息的組織和展示。通過建立合理的KPI體系，對實時生產和經(jīng)營情況進行監(jiān)控，可以提高決策速度。

（5）提升企業(yè)一定程度的自適應、自學習能力。提供廣泛的知識學習和知識管理解決方案，建立復合型KPI，提升企業(yè)學習與創(chuàng)新能力，同時提高員工的整體素質。

3.4 智能工廠建設內容

在明確智能工廠建設目標基礎上，智能工廠建設內容應包括：

（1）供應鏈管理一體化：實現(xiàn)實時洞察、業(yè)務協(xié)同、整體優(yōu)化、動態(tài)改進的供應鏈管理。

（2）生產管控一體化：實現(xiàn)生產運行的全流程管控和多層次優(yōu)化。

（3）資產管理一體化：實現(xiàn)資產運行管理及資產規(guī)范性管理的一體化。

（4）HSE管控一體化：結合新技術應用，實現(xiàn)HSE與生產、供應鏈的一體化管理。

（5）能源管理一體化：實現(xiàn)能源運行和節(jié)能減排的全業(yè)務流程的精細化和規(guī)范化管理。

（6）生產經(jīng)營分析與決策環(huán)境：實現(xiàn)基于角色的實時生產經(jīng)營監(jiān)控與決策分析和業(yè)務事件推送。

（7）智能工廠集成體系建設：通過一體化技術平臺構建實現(xiàn)應用集成、服務共享、業(yè)務協(xié)同的智能工廠集成體系。

（8）智能工廠知識管理系統(tǒng)：建立知識收集、分析、管理、應用、展示等全面的支持平臺，實現(xiàn)在企業(yè)運營、生產管理、工廠操作各層面的支持。

（9）移動業(yè)務管理系統(tǒng)：基于核心業(yè)務系統(tǒng)，建設移動應用，提供安全、可靠、無縫連接的移動平臺服務。

（10）IT資源管理中心：對基礎設施進行虛擬化集中管理，提供高效的IT服務能力，提高資產利用率，從而降低運營成本。

4 結束語

綜上所述，在信息化發(fā)展的今天，石油化工企業(yè)正朝著大型化、一體化、智能化和清潔化的方向發(fā)展，智能工廠建設是實現(xiàn)這些多元化目標的必要手段之一，我們可以借助國外成熟的建設經(jīng)驗及應用效果，打造適合本企業(yè)的石油化工智能工廠。然而，智能工廠建設并不是一蹴而就，而是需要一個過程，但首先我們要明確智能工廠建設的基本思路，這是建設的前提和根基，然后在整個過程中制定不同的建設時段，在每個時段結束時要實現(xiàn)一個或者多個建設成果，循序漸進，只有這樣，智能工廠的建設一定會得以實現(xiàn)！

[1]IBM公司.智能工廠最佳實踐案例[R]，2013.2

[2]IBM公司.燕山分公司智能工廠項目總體規(guī)劃報告[R]，2013.3