煉化“智能工廠”建設(shè)思考

侯巖松

[摘 要] 以煉化企業(yè)為背景，論文結(jié)合中國制造2025關(guān)于信息化工業(yè)化融合的要求，分析國內(nèi)煉化企業(yè)智能制造建設(shè)基礎(chǔ)，借鑒國內(nèi)外行業(yè)智能工廠建設(shè)思路，提出了中國煉化企業(yè)智能工廠建設(shè)的基本框架和建設(shè)內(nèi)容。

[關(guān)鍵詞] 石油化工；中國制造2025；智能工廠；兩化融合

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 07. 041

[中圖分類號(hào)] F270.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2016）07- 0089- 03

現(xiàn)代工業(yè)或制造業(yè)經(jīng)歷了以蒸汽機(jī)為驅(qū)動(dòng)的機(jī)械制造、以電力驅(qū)動(dòng)的大規(guī)模生產(chǎn)，以及通過電子信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化制造歷程。制造業(yè)強(qiáng)國德國將這一工業(yè)化過程描述為機(jī)器代替人工的工業(yè)1.0 時(shí)代、流水線生產(chǎn)的工業(yè)2.0時(shí)代、高度自動(dòng)化生產(chǎn)的工業(yè)3.0時(shí)代。近年來，伴隨互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新的信息技術(shù)的迅猛發(fā)展以及上述技術(shù)對(duì)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)形態(tài)的深度影響， 德國在2011年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上提出了工業(yè)4.0的概念，并將這一概念伴隨的制造業(yè)強(qiáng)國政策上升到國家戰(zhàn)略。與此同時(shí)，美國、英國、法國、日本等國家均提出了適合自身工業(yè)制造業(yè)發(fā)展特征的國家制造業(yè)升級(jí)戰(zhàn)略規(guī)劃。我國在2015年也推出了《中國制造2025》——中國版的“工業(yè)4.0”規(guī)劃，規(guī)劃提出了中國制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，同時(shí)圍繞制造強(qiáng)國這一戰(zhàn)略目標(biāo)，在《中國制造2025》規(guī)劃中明確了9項(xiàng)戰(zhàn)略任務(wù)和相關(guān)的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。比較與其他國家的制造業(yè)強(qiáng)國戰(zhàn)略，中國制造2025結(jié)合我國工業(yè)制造業(yè)實(shí)際，特別強(qiáng)調(diào)了要通過信息化和工業(yè)化兩化融合來引領(lǐng)和帶動(dòng)整個(gè)制造業(yè)發(fā)展，以及以智能制造為主攻方向的戰(zhàn)略思路。工信部圍繞這一國家戰(zhàn)略部署，隨即發(fā)布了2015年智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目名單，在石化領(lǐng)域?qū)⒅惺沤悄芄S建設(shè)作為示范。論文將結(jié)合國家戰(zhàn)略方向，九江石化示范實(shí)踐以及中石油煉化企業(yè)實(shí)際，探討煉化企業(yè)制造升級(jí)及智能工廠建設(shè)。

1 煉化行業(yè)智能工廠的定位和方向

面臨國際金融危機(jī)復(fù)蘇緩慢和國內(nèi)經(jīng)濟(jì)步入新常態(tài)，商品市場化和全球化進(jìn)程逐步加快，國際市場動(dòng)蕩和市場競爭加劇。大宗原料價(jià)格持續(xù)波動(dòng)，煉化企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)上升，綠色環(huán)保要求不斷提高。在煉化行業(yè)面臨巨大壓力挑戰(zhàn)的同時(shí)，也面臨著新的機(jī)遇和升級(jí)發(fā)展契機(jī)。國家石化產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃、 煤炭和煤能源化工規(guī)劃、智能制造等一系列惠及能源化工行業(yè)發(fā)展的優(yōu)惠政策陸續(xù)出臺(tái)。國家經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，需要更多、更好的高質(zhì)量低成本的能源化工產(chǎn)品，國產(chǎn)能源化工產(chǎn)品供應(yīng)不足的局面仍將存在。

煉化行業(yè)是典型的資本、技術(shù)密集型行業(yè)，對(duì)設(shè)備裝備的依賴程度很高，整體的自動(dòng)化水平和信息化水平處于相對(duì)較高的水平。針對(duì)國內(nèi)煉化企業(yè)，智能儀表、集散控制系統(tǒng)DCS、先進(jìn)控制、油品調(diào)合、流程模擬、計(jì)劃、調(diào)度優(yōu)化、MES、ERP等自動(dòng)化和IT技術(shù)均有在煉化企業(yè)應(yīng)用。同時(shí)在新技術(shù)應(yīng)用方面，煉化行業(yè)也在積極的利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新技術(shù)，在設(shè)備遠(yuǎn)程巡檢、安全管理、企業(yè)IT治理等方面進(jìn)行應(yīng)用嘗試?？梢哉f，在一定程度上，國內(nèi)煉化企業(yè)在自動(dòng)化和信息化應(yīng)用方面的明顯缺項(xiàng)并不多，特別是近幾年的大規(guī)模信息化建設(shè)，部分先進(jìn)信息系統(tǒng)的部署速度甚至超越了國外同行（例如優(yōu)化排產(chǎn)）。但是，大家普遍感覺企業(yè)的智能化制造能力并沒有顯著的提升，基層用戶應(yīng)用系統(tǒng)所帶來的效益紅利不明顯等問題時(shí)有反映。究其原因，拋開人員素質(zhì)，本文認(rèn)為有六個(gè)方面的內(nèi)容有待提升。一是基礎(chǔ)儀表自動(dòng)化方面還有欠賬，重點(diǎn)部位儀表、自控的缺失直接影響上層物料平衡、區(qū)域優(yōu)化的應(yīng)用效果。二是裝置級(jí)優(yōu)化操作技術(shù)（流程模擬、APC、在線調(diào)合、RTO）的長效應(yīng)用模式和投資維護(hù)模式有待改革。三是生產(chǎn)管理類信息系統(tǒng)亟待集成，完整的計(jì)劃、調(diào)度、排產(chǎn)、操作執(zhí)行、操作監(jiān)控、平衡分析、績效考核PDCA管理循環(huán)還沒有形成，其上的優(yōu)化基本沒有實(shí)現(xiàn)。四是現(xiàn)場操作人員操作過程缺乏新技術(shù)支持，是煉化企業(yè)安全管理的重要盲點(diǎn)，環(huán)保監(jiān)測有待加強(qiáng)，煉廠無線互聯(lián)應(yīng)用需要展開。五是設(shè)備裝置的運(yùn)行機(jī)理數(shù)據(jù)采集、分析應(yīng)用不足，設(shè)備裝置的檢維修、挖潛增效工作難以科學(xué)評(píng)估。六是自動(dòng)化信息化投資管理、項(xiàng)目管理各自為政，步調(diào)不一致，沒有形成相互促進(jìn)與彌補(bǔ)的螺旋式上升模式，沒有形成應(yīng)用合力，產(chǎn)生“1+1>2”的效果。

基于以上分析，我們認(rèn)為國內(nèi)煉化企業(yè)工業(yè)4.0或智能工廠建設(shè)，需要在深刻分析行業(yè)特點(diǎn)和自身實(shí)際的前提下，提出合理的建設(shè)模式。作為相對(duì)弱市場競爭、高危、大規(guī)模流程加工行業(yè)，煉化企業(yè)的自動(dòng)化和信息化水平相對(duì)較高，煉化行業(yè)智能工廠建設(shè)的重點(diǎn)應(yīng)該是圍繞成熟自動(dòng)化和信息化技術(shù)的完善提升，以及自動(dòng)化和信息化的融合，通過兩化融合的過程推動(dòng)技術(shù)和管理的優(yōu)化進(jìn)步，達(dá)到企業(yè)設(shè)備智能、管理智能、決策智能，最終實(shí)現(xiàn)智能制造。

具體到煉化“兩化”融合或者智能制造的標(biāo)志或特征，可以總結(jié)為下面四個(gè)方面：

數(shù)據(jù)：首先要能夠最大化利用各類傳感器、計(jì)量設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)煉化企業(yè)工廠設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、設(shè)備動(dòng)靜數(shù)據(jù)、研發(fā)數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)、運(yùn)營數(shù)據(jù)、銷售數(shù)據(jù)、客戶數(shù)據(jù)的采集和信息化管理。滿足對(duì)企業(yè)“透視”的需求。

互聯(lián)：要能利用工業(yè)以太網(wǎng)/無線網(wǎng)/4G、智能手持或穿戴終端實(shí)現(xiàn)設(shè)備、人員、通信設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)化連接。通過網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機(jī)器形成互聯(lián)，滿足人員與設(shè)備裝置的信息交互和操作交互。

優(yōu)化：在數(shù)據(jù)和互聯(lián)的基礎(chǔ)上，在過程控制層實(shí)現(xiàn)高自控率，同時(shí)結(jié)合計(jì)劃、需求以及效益數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)裝置、局域的操作優(yōu)化控制；在生產(chǎn)管理層實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理PDCA閉環(huán)，同時(shí)結(jié)合ERP信息進(jìn)行全廠計(jì)劃、調(diào)度優(yōu)化以及設(shè)備維護(hù)優(yōu)化；在經(jīng)營決策層實(shí)現(xiàn)供應(yīng)商原料采購、企業(yè)資金資源、產(chǎn)品銷售的優(yōu)化。

創(chuàng)新：自動(dòng)化和信息化融合實(shí)施過程應(yīng)該會(huì)深刻影響企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營模式，是一個(gè)創(chuàng)新發(fā)展的過程，勢必伴隨技術(shù)、產(chǎn)品、管理模式的創(chuàng)新。如果單純是強(qiáng)調(diào)技術(shù)，拼裝備，不能對(duì)企業(yè)的運(yùn)行模式進(jìn)行優(yōu)化提升，也不能代表實(shí)現(xiàn)了智能制造。

2 煉化企業(yè)兩化融合及“智能工廠”重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容

圍繞自動(dòng)化和信息化相關(guān)系統(tǒng)完善提升，特別是自動(dòng)化和信息化的融合是煉化企業(yè)智能工廠建設(shè)的核心思路。煉化智能工廠建設(shè)主要內(nèi)容圍繞三條業(yè)務(wù)主線進(jìn)行，可以概括為三方面：一是生產(chǎn)管控一體化，對(duì)ERP、MES、RTO、APC、PCS等系統(tǒng)進(jìn)行縱向集成；二是從原油采購、原油加工、原油運(yùn)輸?shù)浇K端客戶服務(wù)的供應(yīng)鏈一體化，進(jìn)行橫向集成；三是資產(chǎn)的全生命周期管理，從工廠的項(xiàng)目籌建、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、到建造交付，再到工廠運(yùn)行與設(shè)備維護(hù)，直至資產(chǎn)的報(bào)廢退出全生命周期過程的數(shù)字化管理。

2.1 生產(chǎn)管控一體化

生產(chǎn)管控一體化主要依托MES2.0、APC、流程模擬、油品調(diào)合4個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，各項(xiàng)目之間通過數(shù)據(jù)流的無縫銜接，協(xié)同實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管控優(yōu)化目標(biāo)。

計(jì)劃調(diào)度統(tǒng)計(jì)閉環(huán)管理：進(jìn)行MES與APS的集成，實(shí)現(xiàn)煉廠生產(chǎn)運(yùn)行管理的PDCA閉環(huán)。

生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化控制：進(jìn)行APC系統(tǒng)推廣應(yīng)用，同時(shí)與流程模擬、調(diào)度模塊進(jìn)行模型數(shù)據(jù)的集成交互。增強(qiáng)操作控制的智能化和精細(xì)化水平。

安全環(huán)保質(zhì)量管理：對(duì)能耗、危險(xiǎn)源、重點(diǎn)區(qū)域視頻、環(huán)境監(jiān)測、質(zhì)量信息進(jìn)行整合集成。建立完整的企業(yè)QHSE管理系統(tǒng)。

2.2 供應(yīng)鏈一體化

基于當(dāng)前總部的APS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，增加產(chǎn)品價(jià)格信息（包括價(jià)格和基本趨勢等，需要從銷售ERP獲取數(shù)據(jù)），生產(chǎn)成本信息（需要從生產(chǎn)ERP處獲?。\(yùn)輸成本信息（需要從大區(qū)運(yùn)輸部門獲?。?，結(jié)合銷售需求和產(chǎn)品生產(chǎn)能力等要求，建立合理的線性規(guī)劃模型，優(yōu)化企業(yè)效益。在示范企業(yè)進(jìn)行罐區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)。

在化工業(yè)務(wù)領(lǐng)域，建立化工產(chǎn)品供應(yīng)鏈一體化，實(shí)現(xiàn)化工品從客戶需求預(yù)測、生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)、排產(chǎn)、生產(chǎn)、銷售配置、倉儲(chǔ)管理、運(yùn)輸管理、配送管理、技術(shù)服務(wù)全流程一體化。

在推進(jìn)煉化ERP應(yīng)用集成的同時(shí)，考慮建設(shè)中國化工產(chǎn)品電子商務(wù)平臺(tái)，由于電子商務(wù)平臺(tái)的建立具有特別強(qiáng)的互聯(lián)網(wǎng)特征，技術(shù)、運(yùn)營、資金是三個(gè)核心關(guān)鍵點(diǎn)，網(wǎng)站的成功需要前期大量風(fēng)險(xiǎn)資金的投入進(jìn)行市場推廣，同時(shí)需要專業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)營銷團(tuán)隊(duì)進(jìn)行長期運(yùn)行維護(hù)，并且按照互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)“數(shù)一數(shù)二、不三不四”的生存特點(diǎn)（只有做到行業(yè)第一第二才可能生存，排名靠后的企業(yè)基本無生存空間）。建議該項(xiàng)目采用中鋼網(wǎng)等行業(yè)網(wǎng)站的運(yùn)營模式，通過與第三方公司合資控股共同打造化工品電子商務(wù)平臺(tái)?；る娮由虅?wù)平臺(tái)的建立和長期良好運(yùn)行，將極大的促進(jìn)企業(yè)化工品銷售以及行業(yè)需求信息的收集，占領(lǐng)國內(nèi)化工品市場銷售渠道。

2.3 資產(chǎn)全生命周期管理

設(shè)備長周期運(yùn)行：圍繞設(shè)備檢維修和運(yùn)行管理，與ERP進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢維修業(yè)務(wù)鏈以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。

在數(shù)字化工廠設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行煉廠三維數(shù)字化實(shí)施，將數(shù)字化工廠三維模型與設(shè)備、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，將虛擬和現(xiàn)實(shí)結(jié)合，從三維數(shù)字化模型可以快速進(jìn)行設(shè)備故障定位，設(shè)備運(yùn)行模擬，提高設(shè)備故障預(yù)知預(yù)判。同時(shí)與ERP進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)的財(cái)務(wù)管理和報(bào)廢管理。

3 結(jié) 語

智能工廠的建設(shè)過程中將對(duì)企業(yè)現(xiàn)有專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行提升和整合，智能工廠建設(shè)將實(shí)現(xiàn)工廠的卓越運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)力生產(chǎn)率的提高，能耗物耗的降低，產(chǎn)品質(zhì)量的提高和經(jīng)濟(jì)效益的提高。通過搭建煉化一體化全流程優(yōu)化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃、調(diào)度、操作的全過程優(yōu)化，形成完整的PDCA閉環(huán)和協(xié)同生產(chǎn)新模式。面向生產(chǎn)操作，內(nèi)外操協(xié)同聯(lián)動(dòng)提高現(xiàn)場處置效率，提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率。面向能源管理，應(yīng)用能源管理在線優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能流可視化、能效最大化與在線優(yōu)化。面向HSE管理，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)、人員、環(huán)境三位一體的閉環(huán)監(jiān)控模式。面向設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、工藝、HSE數(shù)據(jù)以及視頻的三維可視化，提高檢維修決策能力和設(shè)備管理水平。面向決策支持，建設(shè)運(yùn)營實(shí)時(shí)監(jiān)控及經(jīng)營綜合分析，實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測、預(yù)警、動(dòng)態(tài)分析和移動(dòng)訪問。為管理者掌握全局、發(fā)現(xiàn)問題、分析及決策提供全方位支持。通過運(yùn)用無線互聯(lián)技術(shù)，搭建統(tǒng)一的融合通信平臺(tái)，為進(jìn)一步智能化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。