現(xiàn)代煤化工智能工廠的研究與探討

牛立剛 李泓甫

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，我國的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。在化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，化工設(shè)備的管理不僅起著關(guān)鍵性的作用，而且也保證了化工企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。在化工企業(yè)的實(shí)際運(yùn)作中，關(guān)于化工設(shè)備的管理問題，越來越受到化工企業(yè)的重視。所以，有必要對(duì)化工設(shè)備管理的重要性進(jìn)行不斷地了解，提出科學(xué)合理的策略和方法，有效保障企業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)，促進(jìn)化工企業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代煤化工；智能工廠；研究與探討

引言

隨著我國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，煤化工行業(yè)的發(fā)展也是一日千里，類似煤制乙二醇、煤基清潔能源、煤制天然氣等企業(yè)發(fā)展就比較迅速?，F(xiàn)在煤化工企業(yè)規(guī)模較之前有了很大提高，而且用到的生產(chǎn)設(shè)備也越來越多，很多都是大型動(dòng)、靜設(shè)備，或者是高溫高壓設(shè)備，做好它們的維護(hù)工作是化工企業(yè)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)?；诖?，本文結(jié)合目前化工企業(yè)的管理運(yùn)行的實(shí)際工作，探討在企業(yè)中設(shè)備管理的重要性以及管理策略的應(yīng)用，意在推進(jìn)管理工作的升級(jí)優(yōu)化。

1 時(shí)代背景和前沿趨勢(shì)

當(dāng)前國際形勢(shì)下，國際產(chǎn)業(yè)格局面臨重大調(diào)整，圍繞搶奪制造業(yè)制高點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，各個(gè)國家結(jié)合自身產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)不斷加強(qiáng)戰(zhàn)略總體布局和理論方法創(chuàng)新，著力打造信息化背景下國家制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的新優(yōu)勢(shì)。我國在2015年提出“中國制造2025”的戰(zhàn)略目標(biāo)，在未來十年的主攻方向是智能制造，結(jié)合兩化融合，強(qiáng)化中國制造在裝備系統(tǒng)和數(shù)字化方案上的低成本優(yōu)勢(shì)，推進(jìn)中國從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)型。經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，我國流程工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，關(guān)鍵技術(shù)不斷取得突破，已發(fā)展成為世界規(guī)模最大的流程工業(yè)制造國家，然而在流程工業(yè)生產(chǎn)制造總體效能上仍與國際先進(jìn)水平存在差距。如何積極應(yīng)對(duì)全球化制造新形勢(shì)帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，有效利用現(xiàn)代信息技術(shù)，解決目前流程工業(yè)在經(jīng)營決策層面、生產(chǎn)運(yùn)行層面、能效安環(huán)層面以及信息集成層面存在的瓶頸問題，推進(jìn)以高效化、綠色化和智能化制造為目標(biāo)的流程工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)全面生產(chǎn)管理以及營銷模式的變革，是流程工業(yè)實(shí)現(xiàn)高端制造的關(guān)鍵。

2 煤化工企業(yè)智能制造關(guān)鍵內(nèi)容與相關(guān)技術(shù)

在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，智能化建設(shè)由量變到質(zhì)變的過程，需要互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)深度融合。企業(yè)發(fā)掘新動(dòng)能，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的主要難點(diǎn)是資金流、物質(zhì)流、能量流和信息流的集成和高效調(diào)控。結(jié)合兩化融合的最新的發(fā)展技術(shù)，流程型智能制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)依托信息物理系統(tǒng)，以潞安集團(tuán)180萬噸煤基合成油項(xiàng)目（下簡(jiǎn)稱180項(xiàng)目）為成功案例，從以下幾個(gè)層面入手，分析相關(guān)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵內(nèi)容。

2.1生產(chǎn)運(yùn)行智能化

流程工業(yè)制造過程通常采用由經(jīng)濟(jì)優(yōu)化層、計(jì)劃調(diào)度層、先進(jìn)控制層、基礎(chǔ)控制層等不同功能層組成的分層遞階結(jié)構(gòu)，如何根據(jù)實(shí)際過程的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，從全局出發(fā)協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部分的操作，是生產(chǎn)運(yùn)行智能化的核心。為了解決該問題，需要將物質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)理與裝置運(yùn)行信息進(jìn)行深度融合，將生產(chǎn)計(jì)劃與設(shè)備進(jìn)行深度關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的精確監(jiān)控和分析，進(jìn)而計(jì)劃的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，形成以需求為驅(qū)動(dòng)的敏捷規(guī)模生產(chǎn)。企業(yè)利于大數(shù)據(jù)平臺(tái)，建立多數(shù)源的對(duì)比分析、相關(guān)性分析和預(yù)測(cè)分析模型，優(yōu)化控制參數(shù)，指導(dǎo)生產(chǎn)操作。

180項(xiàng)目依托智能建設(shè)的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)分步實(shí)施，實(shí)現(xiàn)控制、管理、經(jīng)營一體化。項(xiàng)目的控制系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)分為三層，即：過程控制層（PCS）、生產(chǎn)運(yùn)行管理層（MES）、生產(chǎn)經(jīng)營管理層（ERP）。目前180項(xiàng)目已建成過程控制層涵蓋生產(chǎn)過程、公用工程、原料產(chǎn)品、成品進(jìn)出廠等全過程，包括22個(gè)生產(chǎn)單元使用DCS集散控制系統(tǒng)，1個(gè)單元使用PLC控制系統(tǒng)，共計(jì)18290點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，后期擬建立工藝流程先進(jìn)過程控制（APC）和在線實(shí)時(shí)優(yōu)化控制（RT-OPT）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化流程控制；在建的MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)以生產(chǎn)綜合指標(biāo)為指導(dǎo)，利用信息化手段制定生產(chǎn)計(jì)劃，執(zhí)行優(yōu)化調(diào)度，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理，將生產(chǎn)控制層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理形成統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺(tái)，為準(zhǔn)確決策提供依據(jù)，并承擔(dān)各區(qū)域的協(xié)調(diào)管理、總調(diào)度管理；生產(chǎn)經(jīng)營管理層（ERP）集成企業(yè)的關(guān)鍵信息和核心數(shù)據(jù)，建立一體化的經(jīng)營管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物流、價(jià)值流和信息流的綜合管理。

2.2設(shè)備管理智能化

流程型企業(yè)都是重資產(chǎn)企業(yè)，新裝置、新設(shè)備不斷增加，設(shè)備不斷向大型化、集約化方向發(fā)展，核心設(shè)備長(zhǎng)周期、高負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)備是否受控直接影響到安全和生產(chǎn)。當(dāng)前設(shè)備管理智能化建設(shè)的方向主要依托信息物理系統(tǒng)（CPS）和三維虛擬技術(shù)，建立虛擬工廠，集成集成設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和維護(hù)等各類數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、可視化。建設(shè)故障診斷和預(yù)測(cè)性維護(hù)中心，根據(jù)各種傳感器實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)用智能監(jiān)測(cè)設(shè)備、分析軟件，對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，通過問題分析、故障預(yù)測(cè)，確保設(shè)備的穩(wěn)定和健康。

180項(xiàng)目根據(jù)整體規(guī)劃，目前正在進(jìn)行設(shè)備的生命全周期管理系統(tǒng)（ETM）的調(diào)研實(shí)施工作。系統(tǒng)上線后通過運(yùn)用新型傳感技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析建立設(shè)備的數(shù)學(xué)模型，對(duì)設(shè)備的預(yù)測(cè)性維護(hù)、狀態(tài)監(jiān)控和故障分析提供科學(xué)、系統(tǒng)的支撐，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的健康管理和安全管理，提高設(shè)備的完好率和運(yùn)行效果，有效降低設(shè)備維修成本，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)建成后可預(yù)見的節(jié)約成本在800萬元/a以上。

2.3環(huán)保管理智能化

生產(chǎn)過程產(chǎn)生廢水、廢氣、廢渣甚至危化品，為了確保安全生產(chǎn)，其核心就是建立生產(chǎn)制造全生命周期安全環(huán)境足跡監(jiān)控與風(fēng)險(xiǎn)控制的手段。如何通過傳感、檢測(cè)、控制以及溯源分析等新方法和新技術(shù)，突破流程工業(yè)安全環(huán)境足跡監(jiān)控與溯源分析及控制的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)綠色制造的迫切需求。企業(yè)建立大數(shù)據(jù)分析，應(yīng)用自動(dòng)識(shí)別污染物技術(shù)和擴(kuò)散模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)異常情況的溯源分析。對(duì)廢水廢氣污染物等智能實(shí)時(shí)分析監(jiān)測(cè)及報(bào)警管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線環(huán)保監(jiān)測(cè)、污染物監(jiān)控。

180項(xiàng)目注重可持續(xù)性發(fā)展，在保證生產(chǎn)情況下，對(duì)于環(huán)境治理和污染物零排放做著不懈努力。通過運(yùn)用新型監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)和專項(xiàng)應(yīng)用系統(tǒng)，運(yùn)用煤、油、化、電、熱一體化、棄采高硫煤的清潔高效利用、甲烷與二氧化碳重整技術(shù)實(shí)現(xiàn)廢棄利用、焦?fàn)t氣耦合、余熱蒸汽發(fā)電回收低能熱能、合理利用空分氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)焦?fàn)t干熄焦、廢渣綜合利用生產(chǎn)建材、聯(lián)產(chǎn)合成氨作為硝基化工原料、污水深度處理回用等國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)工藝，實(shí)現(xiàn)噸油耗水6.8噸、噸油綜合能耗折標(biāo)煤3.5噸；二氧化碳與甲烷重整、輸送粉煤，實(shí)現(xiàn)減排150萬噸/a，實(shí)現(xiàn)高技術(shù)應(yīng)用、高效能循環(huán)、高品位展示、低碳、低能耗、低排放的綠色環(huán)保要求。

2.4決策管理智能化

決策智能化核心是要解決如何深度融合市場(chǎng)和裝置運(yùn)行特性知識(shí)進(jìn)行管理模式的變革。由于企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的不確定因素眾多，原料采購價(jià)格和市場(chǎng)需求多變，給企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行和經(jīng)營管理的決策帶來難題。同時(shí)目前企業(yè)的原料采購與裝置運(yùn)行特性關(guān)聯(lián)度不高、產(chǎn)品生產(chǎn)與市場(chǎng)需求脫節(jié)。因此，以大數(shù)據(jù)、知識(shí)型工作自動(dòng)化為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)為制造過程計(jì)劃和管理的優(yōu)化決策帶來了契機(jī)。運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，建立經(jīng)營管理輔助決策模型，并與生產(chǎn)實(shí)時(shí)決策系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)與市場(chǎng)信息集成，及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)成本，快速響應(yīng)變化，實(shí)現(xiàn)全局性科學(xué)決策優(yōu)化，由經(jīng)驗(yàn)型決策管理模式向智慧決策管理模式轉(zhuǎn)變。建立跨專業(yè)、縱向集成的管控一體化管理平臺(tái)，建成決策層、管理層和執(zhí)行層的業(yè)務(wù)集成在線優(yōu)化閉環(huán)管理，將企業(yè)要求由決策層傳遞到管理層、作業(yè)層，將效益指標(biāo)分解為操作指標(biāo)。

180項(xiàng)目建立完成了生產(chǎn)經(jīng)營管理系統(tǒng)（ERP），集成了企業(yè)的關(guān)鍵信息和核心數(shù)據(jù)，使經(jīng)營管理平臺(tái)一體化，實(shí)現(xiàn)經(jīng)營管理端到端的高度協(xié)同一致性。

結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)正在向自動(dòng)化、信息化、智能化方向發(fā)展，智能制造日益成為未來制造業(yè)發(fā)展的核心內(nèi)容。發(fā)展智能制造已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)從低端加工制造向高端智能制造轉(zhuǎn)變的重要途徑，成為制造業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的內(nèi)在的必須要求。同時(shí)，將智能制造這一新興制造技術(shù)在流程型行業(yè)快速移植、轉(zhuǎn)化、升級(jí)，通過規(guī)模化生產(chǎn)，可以盡快收回技術(shù)研究開發(fā)的投入資本，從而持續(xù)推進(jìn)新一輪的技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)智能制造技術(shù)的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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[2]熊曉洋.大型流程型企業(yè)智能工廠建設(shè)探索[Z].

（作者單位：1.久泰能源（鄂爾多斯）有限公司；

2.久泰能源內(nèi)蒙古有限公司）