智能制造新模式
——現(xiàn)代煤化工企業(yè)信息化建設(shè)方向探析

馮應(yīng)國

（山西省煤化工發(fā)展促進(jìn)中心，山西 太原 030001）

引 言

近年來，以煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣、煤制乙二醇為代表，采用大規(guī)?，F(xiàn)代技術(shù)的煤化工項目相繼建成投產(chǎn)[1]。一方面，與煉化以及傳統(tǒng)煤化工企業(yè)相似，這些項目也要面對規(guī)模、能耗巨大、流程復(fù)雜、高污染等難題，甚至更加嚴(yán)峻；另一方面，受益于兩化融合、信息技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代煤化工項目可以有效借助信息化技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，推動提升企業(yè)管理現(xiàn)代化和科學(xué)化，增強企業(yè)競爭力，為企業(yè)應(yīng)對上述難題助力。本文從梳理國內(nèi)外化工生產(chǎn)智能化實踐經(jīng)驗出發(fā)，總結(jié)分析現(xiàn)代煤化工企業(yè)智能制造發(fā)展方向，提出不足與應(yīng)對措施，為煤化工企業(yè)制定信息化規(guī)劃和智能工廠建設(shè)提供參考。

1 智能制造發(fā)展趨勢

智能制造的概念于20世紀(jì)90年代由美國提出，其后各發(fā)達(dá)國家紛紛將智能制造裝備產(chǎn)業(yè)列為國家級計劃并著力發(fā)展。如德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，其根本目標(biāo)是通過構(gòu)建智能生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，推動德國的工業(yè)生產(chǎn)制造進(jìn)一步由自動化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向升級。我國實施“以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化”、“走新型工業(yè)化道路”、“兩化要深度融合”的發(fā)展戰(zhàn)略，到2025年制造業(yè)重點領(lǐng)域全面實現(xiàn)智能化，通過“三步走”實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標(biāo)[2]。

智能制造系統(tǒng)是具有感知、決策、執(zhí)行功能的各類制造系統(tǒng)的統(tǒng)稱，是信息化與工業(yè)化深度融合的重要體現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)歷了集中自動化生產(chǎn)模式和數(shù)字化生產(chǎn)模式，目前正逐步向工業(yè)化與信息化融合的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型[3]，與之相伴的，柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）、全能制造系統(tǒng)（HMS）、虛擬制造系統(tǒng)（MS）、敏捷制造（AM）、網(wǎng)絡(luò)化制造（NM）及智能制造系統(tǒng)（IMS）相繼被提出，為制造模式的轉(zhuǎn)型升級提供了技術(shù)支撐。

2 國內(nèi)外化工生產(chǎn)智能化實踐特點

在國際化的大背景下，國內(nèi)外先進(jìn)化工企業(yè)采用自動化技術(shù)、信息技術(shù)和與之相伴而生的現(xiàn)代管理技術(shù)的手段和方法，結(jié)合自身實際，取得了智能化建設(shè)的局部突破，使企業(yè)朝著大型化、清潔化、一體化和智能化等方向發(fā)展。

2.1 通過供應(yīng)鏈集成優(yōu)化，實現(xiàn)效益最大化

國外大型煉化企業(yè)普遍將計劃優(yōu)化和調(diào)度優(yōu)化集成，以實現(xiàn)上中下游業(yè)務(wù)整合，快速響應(yīng)原料和市場需求變化，信息實時一致；通過成熟使用企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)（ERP），集成生產(chǎn)經(jīng)營及生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)自動化程度及工作效率顯著提高[4]。國內(nèi)方面，九江石化“智能物資倉庫”以“閥門”類物料為試點，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)應(yīng)用，完善倉儲現(xiàn)有入庫過程、出庫過程和盤點過程的管理，實現(xiàn)閥門物料的精細(xì)化、精準(zhǔn)化管理要求，建立了一個標(biāo)準(zhǔn)的智能倉庫應(yīng)用典范。

2.2 通過實施裝置在線優(yōu)化，提高生產(chǎn)敏捷性

國內(nèi)大型煉化裝置廣泛應(yīng)用先進(jìn)控制（APC）和實時優(yōu)化（RTO）技術(shù)，如燕山石化乙烯裝置APC系統(tǒng)集成了SPYRO裂解深度在線計算，能根據(jù)原料情況，自動將裝置總處理量推向最大；RTO技術(shù)則能在每個生產(chǎn)周期內(nèi)計算出一套優(yōu)化的控制參數(shù)，并進(jìn)行實時調(diào)整，最終實現(xiàn)裝置全流程以效益為核心的閉環(huán)優(yōu)化運行[5]。

2.3 通過報警管理及管道管理，支撐生產(chǎn)管控日常管理

遵從統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)對控制層的報警優(yōu)化，減少無效報警，提高報警有效性；建立報警知識庫，為操作人員提供有效的操作指導(dǎo)；建立管網(wǎng)整體化信息共享平臺，實現(xiàn)管道數(shù)字化管理，降低管理難度，提高管理效率。中國石化智能化管線管理系統(tǒng)集成管道數(shù)字化、管道完整性、管道運行、應(yīng)急響應(yīng)、隱患治理、綜合展示與分析等6大功能模塊，實現(xiàn)了管道建設(shè)期基礎(chǔ)資料與運營期相關(guān)數(shù)據(jù)的集成，有效提升了管線安全高效運營管控水平[6]。

2.4 通過實施裝置操作導(dǎo)航及在線診斷，提高操作效率及運行平穩(wěn)率

應(yīng)用操作導(dǎo)航，實現(xiàn)操作規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)化和程序化，在保證安全的前提下，顯著提升操作效率；通過在線診斷，實現(xiàn)及時預(yù)知設(shè)備、儀表性能下降及故障風(fēng)險，保障運行性能，提高資產(chǎn)可用性。

2.5 實現(xiàn)注重環(huán)保、安全的綜合管理

（1）以風(fēng)險管控為核心，全面提高安環(huán)管控水平。采用一系列的專業(yè)安環(huán)管控軟件，從單一記錄事故事件向?qū)崟r、智能、知識的綜合應(yīng)用方向發(fā)展，逐漸轉(zhuǎn)化為以風(fēng)險為核心的安環(huán)管控，在日常情況下進(jìn)行全方位的監(jiān)控和預(yù)警，在事故狀態(tài)下進(jìn)行應(yīng)急處理和指導(dǎo)。

（2）以綠色環(huán)保為核心，提升環(huán)境風(fēng)險監(jiān)控能力。以環(huán)境風(fēng)險為核心，實現(xiàn)全方位的環(huán)境監(jiān)控、風(fēng)險分析和預(yù)測預(yù)警，全面提高綠色環(huán)保水平；與HSE管理系統(tǒng)相結(jié)合，提高環(huán)境風(fēng)險處置能力。

（3）強化能源規(guī)范管理與優(yōu)化，實現(xiàn)節(jié)能減排。通過能源計劃和指標(biāo)分解，建立貫穿各個運行點的節(jié)能調(diào)度目標(biāo)，并對其進(jìn)行監(jiān)控跟蹤；針對生產(chǎn)加工方案的變化，實時調(diào)整能源管網(wǎng)產(chǎn)耗，保證供給，優(yōu)化能源運行；通過能源評價，建立與行業(yè)先進(jìn)水平的對標(biāo)，分析最佳實踐，指導(dǎo)改進(jìn)。

2.6 通過設(shè)備健康管理，實現(xiàn)資產(chǎn)效益最大化

通過腐蝕監(jiān)測與評估，分析腐蝕原因、機理，評價流體、環(huán)境、工藝過程變化，改善設(shè)備運行狀態(tài)，強化設(shè)備智能化監(jiān)管，提高運行效率和能耗效率，為科學(xué)管理與決策提供依據(jù)。同步開展設(shè)備完整性體系建設(shè)，實現(xiàn)效益最大化。

2.7 建設(shè)企業(yè)級集成框架，支持卓越運營

開放式企業(yè)集成平臺，具有良好的擴(kuò)展性；引入工廠參考模型、行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的標(biāo)準(zhǔn)化；實現(xiàn)從工廠實時數(shù)據(jù)到企業(yè)經(jīng)營層面數(shù)據(jù)的全面整合與貫通；實現(xiàn)企業(yè)級應(yīng)用系統(tǒng)的流程整合和業(yè)務(wù)協(xié)同；實現(xiàn)生產(chǎn)與經(jīng)營層面各類異構(gòu)系統(tǒng)的全面集成。

3 現(xiàn)代煤化工智能制造發(fā)展方向

煤化工企業(yè)智能工廠建設(shè)是一個漸進(jìn)的、持續(xù)的和長期的過程，需要由初級階段逐步向高級階段演進(jìn)，可從以下方向重點布局：

3.1 以業(yè)務(wù)為驅(qū)動力，以運營智能為重點

面向企業(yè)戰(zhàn)略要求，以提升核心競爭力為主要目標(biāo)，以支撐業(yè)務(wù)提升為驅(qū)動，以運營智能為建設(shè)重點或建設(shè)主線，在供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)管控、HSE管理、設(shè)備管理、能源管理等方面，集中力量開展智能化應(yīng)用突破。

3.2 從“單個系統(tǒng)”到“可集成的系統(tǒng)”

集成是基石，由點對點的集成方式到基于SOA的集成方式；由分散建模到符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工廠參考模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一致的共享；由獨立的業(yè)務(wù)流程到組件化的編排和集成，實現(xiàn)跨領(lǐng)域、跨應(yīng)用的協(xié)同；由獨立的應(yīng)用系統(tǒng)到基于消息中間件、服務(wù)調(diào)用的多系統(tǒng)應(yīng)用集成。

3.3 融合多種技術(shù)，打造新型生產(chǎn)方式

綜合應(yīng)用多種技術(shù)，實現(xiàn)更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通、更深入的智能化，包括集成技術(shù)、移動應(yīng)用、大數(shù)據(jù)分析、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等IT技術(shù)，專業(yè)模型、專家知識庫等專業(yè)技術(shù)，流程再造、敏捷制造等管理技術(shù)。

在打造新型生產(chǎn)方式，實現(xiàn)從一般操作管控向智能生產(chǎn)轉(zhuǎn)化方面：

（1）充分發(fā)揮工藝過程模型在生產(chǎn)優(yōu)化中的作用。煤化工企業(yè)現(xiàn)有的模式基本都是生產(chǎn)加模型，即實際生產(chǎn)和針對此過程的模型是分離的，智能工廠可以達(dá)到模擬、控制、優(yōu)化、工廠參考等模型根據(jù)實時操作情況的變化及時更新，指導(dǎo)和優(yōu)化生產(chǎn)。

（2）構(gòu)建高效、共享的專家系統(tǒng)，實現(xiàn)分布式的智能，使知識能夠得到有效管理，并且在需要時能有效運用。對必要的、有用的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分類存儲、管理、組織，用戶在智能工廠的環(huán)境下，可以通過虛擬環(huán)境、遠(yuǎn)程監(jiān)控等方式解決問題。

（3）從“被動反應(yīng)”到“主動應(yīng)對”。借助于覆蓋工業(yè)現(xiàn)場的感知網(wǎng)絡(luò)，快速感知與工廠相關(guān)的各類信息，綜合運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化計算、混沌控制等智能技術(shù)，對于突發(fā)的環(huán)境變化、工藝設(shè)備故障、物料短缺、產(chǎn)品質(zhì)量問題以及生產(chǎn)事故，在可預(yù)測的環(huán)境下，系統(tǒng)能根據(jù)工廠狀況進(jìn)行自我設(shè)定，能夠事先預(yù)防，并及時消除[7]。

4 煤化工企業(yè)信息化建設(shè)方面的不足和應(yīng)對

出于高資金密度、高技術(shù)密度特點，我國新建大型煤化工企業(yè)普遍重視信息化建設(shè)和信息化技術(shù)成果的應(yīng)用，中煤榆林能化、神華寧煤煤制油[8]等一批企業(yè)在智能工廠規(guī)劃與實踐上走在前列。近年來，一些傳統(tǒng)煤化工企業(yè)也在積極進(jìn)行信息化改造和升級，整個煤化工行業(yè)的信息化建設(shè)取得了長足進(jìn)步，但就信息化建設(shè)整體水平而言，與國內(nèi)居于領(lǐng)先的大型煉化企業(yè)相比，仍尚處較初級階段，一些共性問題比較突出：

（1）企業(yè)信息化規(guī)劃不清晰。企業(yè)信息化建設(shè)是一個長期、復(fù)雜的工程，必須制定長遠(yuǎn)的目標(biāo)、采取有效的措施、依托充分的支持，才能保證其順利推進(jìn)，并取得預(yù)期效果。部分煤化工企業(yè)在制定發(fā)展規(guī)劃時，往往不重視甚至忽略信息化建設(shè)規(guī)劃，導(dǎo)致實施過程中各子系統(tǒng)無法保持一貫、虎頭蛇尾、前后不搭，嚴(yán)重降低了系統(tǒng)應(yīng)用效果，阻礙了信息化建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。

（2）工廠數(shù)據(jù)孤島嚴(yán)重?，F(xiàn)代煤化工主要采用的生產(chǎn)工藝普遍具有國際國內(nèi)先進(jìn)水平，但在應(yīng)用上多為示范摸索階段，技術(shù)商在配套信息技術(shù)應(yīng)用上持謹(jǐn)慎態(tài)度，往往選擇與本工藝合作時間較長、銜接更為成熟的硬件設(shè)施或控制系統(tǒng)，由此容易形成在同一工廠不同裝置單元之間控制應(yīng)用建設(shè)上各品牌分片割裂，數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致優(yōu)化控制缺失，信息化一體化水平不高。

（3）系統(tǒng)應(yīng)用更新升級斷代。信息化建設(shè)能夠明顯提高企業(yè)決策效率，但信息化系統(tǒng)及其配套硬件升級迭代有其行業(yè)規(guī)律，其速度遠(yuǎn)比煤化工企業(yè)生產(chǎn)工藝技術(shù)升級要快很多。企業(yè)從成本考慮，對應(yīng)用系統(tǒng)或硬件的升級一般持消極態(tài)度，也有不少企業(yè)實際把信息化建設(shè)僅僅作為形象工程看待，更談不上及時跟進(jìn)、升級應(yīng)用。所以煤化工企業(yè)中不同系統(tǒng)、硬件“老、中、青”三代同堂并不罕見。

針對以上問題，應(yīng)該從多個方面積極采取措施：

（1）選擇合適的信息化合作伙伴。對于信息化建設(shè)，大部分煤化工企業(yè)缺乏充分的知識和經(jīng)驗，如果由企業(yè)獨立來搞信息化建設(shè)，勢必會走不少彎路，企業(yè)需要與有經(jīng)驗的信息化機構(gòu)合作，走聯(lián)合開發(fā)的道路。

（2）選擇適當(dāng)?shù)钠髽I(yè)信息化建設(shè)模式。企業(yè)的信息化建設(shè)一定要與效益掛鉤，與企業(yè)的實際需求相結(jié)合，要能通過信息化建設(shè)幫助企業(yè)解決當(dāng)前存在的問題和困難。

（3）加強對復(fù)合型信息技術(shù)專才的培養(yǎng)。企業(yè)需要建立一支知識結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)水平較高的技術(shù)隊伍，以保證系統(tǒng)的正常運行和維護(hù)管理。

（4）做好化工企業(yè)的資金預(yù)算，制訂長期投資策略。企業(yè)的信息化建設(shè)投資是一項長期投資，不可能在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為效益，資金投入方面要有長遠(yuǎn)的規(guī)劃。