云計算技術(shù)在石油化工行業(yè)中的應(yīng)用

摘 要：云計算技術(shù)的飛速發(fā)展，給現(xiàn)代化工行業(yè)帶來了機遇和挑戰(zhàn)。文章結(jié)合當(dāng)前我國云計算技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，針對石油化工行業(yè)中化工物流和虛擬化工廠的技術(shù)特點，研究了基于云計算的化工物流信息平臺和虛擬化工廠平臺設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：云計算；化工物流；虛擬化工廠

中圖分類號：TP393

云計算的概念在近兩年越來越熱，與早些年不同的是，現(xiàn)在云計算已經(jīng)不再停留在概念上，一些IT公司紛紛推出了自己的云服務(wù)并加強了廣告宣傳。歸其原因，一方面，云計算實現(xiàn)資源的共享和動態(tài)分配，幫助企業(yè)降低信息化方面的預(yù)算；另一方面，云計算的計算機集群為企業(yè)提供了強大的數(shù)據(jù)處理和在線計算能力，速度和穩(wěn)定性兩者兼得；還有就是云存儲技術(shù)在便攜性和安全性上的突破，也為企業(yè)提供了更好的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)解決方案。

對于石油化工這樣的傳統(tǒng)行業(yè)，云的概念似乎還很遙遠。但回顧上世紀90年代以來ERP對國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)生的影響與變革，這一次石油化工行業(yè)也需要抓住云計算的機遇，將企業(yè)信息化程度推到一個更高的水準，降低成本，提高效率。

1 云計算

云計算的思想起源于上世紀60年代，當(dāng)時的設(shè)想是把計算能力作為一種像水和電一樣的公用事業(yè)提供給用戶。然后受限于當(dāng)時的硬件水平和聯(lián)網(wǎng)條件，云計算并沒有立刻得到發(fā)展。后來，20世紀70年代大規(guī)模集成電路的發(fā)展使得計算機趨于小型化，80年代出現(xiàn)了網(wǎng)格計算、90年代互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用隨之發(fā)展出了公用計算，21世紀初計算機界又興起了虛擬化技術(shù)。積累至今，云計算的發(fā)展條件已經(jīng)足夠充分，近兩年云計算已經(jīng)逐漸走出學(xué)術(shù)界，為產(chǎn)業(yè)界和普通民眾所認知。

1.1 云計算的概念

根據(jù)NIST（美國國家標準與技術(shù)研究院）的定義：云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進入可配置的計算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲，應(yīng)用軟件，服務(wù)），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進行很少的交互。然而目前所說的云計算范圍已經(jīng)擴大了許多，如自主計算、效用計算、網(wǎng)格計算等也常被人們認為是云計算。

云計算是從分布式計算，并行計算和網(wǎng)格計算等計算機概念中綜合發(fā)展出來的概念，或者說，是從商業(yè)角度實現(xiàn)了這些概念。與傳統(tǒng)運算不同的是，云計算并非在本地計算或遠程服務(wù)器上運行計算，而是通過網(wǎng)絡(luò)，將運算分布在大量的計算機上。對企業(yè)來說，其數(shù)據(jù)中心的運行更加類似于互聯(lián)網(wǎng)，這使得使用云計算的企業(yè)能夠靈活地將資源切換到需要的應(yīng)用上，實現(xiàn)對計算和存儲的按需求訪問。云計算的基礎(chǔ)是虛擬化技術(shù)，載體為網(wǎng)絡(luò)，提供的服務(wù)包括基礎(chǔ)架構(gòu)、平臺、軟件等。總之，云計算的最終目的就是整合一切可用的計算、存儲、數(shù)據(jù)和應(yīng)用分布，實現(xiàn)所有計算資源協(xié)同工作。

2 云計算應(yīng)用于化工物流

我國化工行業(yè)物流需求一直保持快速增長，但物流效率較低，成本偏高，與發(fā)達國家相比存在較大差距。全國重點企業(yè)物流統(tǒng)計調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2009年，我國化工行業(yè)物流費用率為12.3%，在工業(yè)物流領(lǐng)域處于較高水平，高出工業(yè)行業(yè)整體平均水平2.5個百分點，高出制造業(yè)1.5個百分點。同發(fā)達國家相比，差距更大。統(tǒng)計顯示原因在于各項雜費多，重復(fù)納稅多，運輸成本高。搭建現(xiàn)代化工物流平臺，有助于降低化工物流的成本。

2.1 基于云計算的化工物流公共信息平臺

根據(jù)化工物流實際情況和具體要求，結(jié)合云計算服務(wù)的技術(shù)特點，設(shè)置出基于云計算的現(xiàn)代化工物流的應(yīng)用信息平臺基本框架，如圖1所示：

平臺提供了化工物流應(yīng)用的具體細節(jié)，包括接口認證服務(wù)的應(yīng)用、中間件計費的應(yīng)用、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的應(yīng)用、物理資源的應(yīng)用和數(shù)據(jù)存儲的應(yīng)用等。這些服務(wù)應(yīng)用可以通過集中部署直接面向化工物流企業(yè)，也可以根據(jù)具體化工物流需求建立物流云服務(wù)中心，將不同的化工物流企業(yè)系統(tǒng)通過云計算的應(yīng)用服務(wù)集中起來，滿足更加復(fù)雜的物流需求。該應(yīng)用框架向化工物流企業(yè)提供的具體應(yīng)用服務(wù)包括數(shù)據(jù)交換應(yīng)用、貨物傳遞跟蹤應(yīng)用、配送軌跡監(jiān)控應(yīng)用、信息發(fā)布應(yīng)用以及貨物管理應(yīng)用等。

化工物流相對于其他物流有其自身的特點，因此搭建基于云計算的現(xiàn)代化工物流信息平臺，能夠更大程度上滿足石油化工企業(yè)對物流信息的準確掌握和物流成本的控制的需要。對于企業(yè)來說，需要更好地處理從制造、運輸、裝卸、包裝、倉儲、加工、拆并、配送等各個環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的各種信息，并將這些信息通過一種安全而且快速的方式來傳遞，以保證各個環(huán)節(jié)操作的有效性；并且還要針對出現(xiàn)的問題實時反饋、及時處理。由于云計算具有高可靠性的計算能力、低成本的硬件環(huán)境和高性能的數(shù)據(jù)維護等特性，搭建基于云計算的現(xiàn)代化工物流信息平臺，可以在一定程度上提高化工物流企業(yè)的工作效率。并且，通過云計算平臺提供的安全存儲和服務(wù)共享解決方案，可以節(jié)約企業(yè)的信息安全成本，同時又可以保證企業(yè)的服務(wù)效率和服務(wù)質(zhì)量。

3 云計算應(yīng)用于虛擬化工廠

化工過程虛擬工廠（VirtualPlant）是一個集成的針對石化行業(yè)的實時動態(tài)模擬環(huán)境，具有硬件仿真系統(tǒng)技術(shù)特性。包括穩(wěn)態(tài)和動態(tài)仿真過程的模擬、軟硬件的實時接口技術(shù)、自動控制技術(shù)、人工智能技術(shù)及工程安全技術(shù)。根據(jù)物料平衡、能量平衡原理，模擬石油化工生產(chǎn)過程中的實際情況，通過建模與仿真技術(shù)，模擬全生產(chǎn)流程中不同條件下的各種情況；從而達到對生產(chǎn)過程預(yù)測、檢測的目的；內(nèi)置的人工智能技術(shù)甚至還可以對該工藝的進行評估，并提出優(yōu)化方案，提高決策和管理水平，以達到最佳的生產(chǎn)質(zhì)量，最大限度地提高生產(chǎn)效率。

3.1 虛擬化工廠云計算架構(gòu)模型

面對化工過程虛擬工廠中數(shù)量巨大的軟硬件資源和復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)擴展需求，云計算平臺系統(tǒng)集成通常采用的方式是分層管理，依賴不斷增加的層級來逐步細化業(yè)務(wù)應(yīng)用，為了讓虛擬工廠云計算平臺具有很強的可擴展性，將云計算平臺架構(gòu)設(shè)計為扁平的三層結(jié)構(gòu)，分別是元服務(wù)資源層、邏輯服務(wù)資源層和應(yīng)用服務(wù)層。

以乙烯工業(yè)生產(chǎn)中乙烯裂解為例搭建模型，如圖2：

利用流體力學(xué)計算軟件Fluent計算裂解爐內(nèi)煙氣流速、溫度及組成等物理量的分布情況、以提高生產(chǎn)效率。該計算要進行反復(fù)迭代，當(dāng)計算條件復(fù)雜，要求精度較高時，一臺計算機或者服務(wù)器的計算能力很難在較短的時間內(nèi)完成如此大量的計算。因此采用云計算技術(shù)構(gòu)建一個可彈性擴展、收縮的Fluent并行環(huán)境，盡可能地提高計算的效率，是一個可行的方法。通過使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、云計算技術(shù)及Webservice等技術(shù)搭建出基于云計算的虛擬工廠，此模型針對化工流程工業(yè)的特點，能夠更好的實現(xiàn)建模、控制、優(yōu)化方法與技術(shù)的一體化集成。

隨著市場上云服務(wù)越來越多，基于云計算的服務(wù)在化工行業(yè)中開始受到越來越多的關(guān)注。通過云計算平臺的構(gòu)建，可以進一步完善和推進化工過程虛擬工廠的建設(shè)，對化工生產(chǎn)過程的建模、控制和優(yōu)化技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。通過不斷完善和應(yīng)用不僅可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益，還可以形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的石油化工軟件產(chǎn)品。

4 結(jié)論

云計算的發(fā)展帶領(lǐng)互聯(lián)網(wǎng)進入了一個低成本高運算量的時代，它的出現(xiàn)不僅改變了互聯(lián)網(wǎng)的運行模式，對于傳統(tǒng)行業(yè)也產(chǎn)生了極大的影響。對于石油化工行業(yè)是一個巨大的機遇，通過云計算可以最大限度的優(yōu)化配置資源，提高物流效率、降低庫存成本，還可以及時有效的監(jiān)控、優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率。

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作者單位：中國石油規(guī)劃總院，北京 100083