石化企業(yè)建設(shè)智能工廠的探索研究

彭啟

摘 要：石化工業(yè)屬于典型的過程工業(yè)，也是維持國民經(jīng)濟(jì)非常重要的支柱性產(chǎn)業(yè)。文章重點(diǎn)介紹了目前智能工廠的基本特征與發(fā)展前提條件，同時(shí)對(duì)智能工廠建設(shè)重點(diǎn)戰(zhàn)略決策予以進(jìn)一步研究。通過具有代表性的石化智能工廠案例，深入闡釋推動(dòng)智能工廠創(chuàng)建的前沿技術(shù)與管理經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：智能工廠;石化企業(yè);智能化

中圖分類號(hào)：F426.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

石化產(chǎn)業(yè)作為一種典型的過程工業(yè)，也是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，具有產(chǎn)品涵蓋面廣泛、資金與技術(shù)密集以及產(chǎn)業(yè)高關(guān)聯(lián)度的顯著特征。盡管近幾年我國的石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展有了質(zhì)的提升，但較之于西方發(fā)達(dá)國家，差距依舊顯著。主要原因如下：

首先，產(chǎn)能存在結(jié)構(gòu)性過剩的情況;現(xiàn)階段整個(gè)行業(yè)，如無機(jī)化工、橡膠制品、合成材料、農(nóng)用化學(xué)品等問題非常突出。其次，能耗較高;石化工業(yè)本身就是一種高能源消耗產(chǎn)業(yè)，其能源消耗貫穿整個(gè)生產(chǎn)過程。當(dāng)資源環(huán)境承載力達(dá)到或者接近上限時(shí)，必須想方設(shè)法往低碳綠色環(huán)保循環(huán)可利用方向走，最大化減少能源消耗。再次，安全環(huán)保壓力明顯;其廢氣、廢水、廢渣的排放數(shù)始終位列工業(yè)之首，在重大安全環(huán)保方面時(shí)有差錯(cuò)。鑒于我國環(huán)境保護(hù)治理步伐的加快，行業(yè)發(fā)展受到一定程度的環(huán)境束縛，使得其盈利能力不斷削減，最終制約企業(yè)發(fā)展。最后，企業(yè)生產(chǎn)成本增加;不論是原材料，還是人力資源等成本均有所增加，造成企業(yè)盈利不斷減少，嚴(yán)重制約其向前深入發(fā)展[1]。

智能制造是《中國制造2025》的發(fā)展方向，與此同時(shí)，也是我國傳統(tǒng)石化產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)增值增效與創(chuàng)新發(fā)展的一種重要方法。歷時(shí)約三十年的發(fā)展，我國石化工業(yè)已然在全球有著不容小覷的地位，國家在煉油與乙烯方面實(shí)力突出，乙烯產(chǎn)量居世界第二，但仍然存在一些問題。特別是基于經(jīng)濟(jì)新常態(tài)這一環(huán)境與時(shí)代背景，其仍然存在產(chǎn)能過剩、增速下滑的現(xiàn)實(shí)問題。隨著行業(yè)發(fā)展智能化需求的日漸強(qiáng)烈，各石化工廠均將目光轉(zhuǎn)向智能工廠上，不斷摸索研究，以圖有所突破。

1 智能工廠的體系結(jié)構(gòu)

創(chuàng)建智能工廠的一大前提，即現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)，將具有生產(chǎn)自動(dòng)化、規(guī)模集成化與流程感知化等特征的數(shù)據(jù)鏈看作促進(jìn)對(duì)象。除此之外，公司智能化發(fā)展水平的高低與數(shù)據(jù)鏈感知、協(xié)同與預(yù)測(cè)等能力息息相關(guān)?，F(xiàn)階段，全球擁有一定知名度的石化公司也開始不斷創(chuàng)建、健全和改良其智能化工廠。以Shell公司為例，其利用先進(jìn)在線技術(shù)的識(shí)別功能，及時(shí)對(duì)自有智能工廠的生產(chǎn)狀況予以檢測(cè)，同時(shí)依托這一技術(shù)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程予以優(yōu)化[2]。

1.1 智能連接層

智能連接層作為基礎(chǔ)層，利用智能傳感器創(chuàng)建一個(gè)互相連接與無紙化的數(shù)據(jù)管理環(huán)境，以及時(shí)獲取工廠在整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)營中的各類數(shù)據(jù)，如物料情況，包括原料進(jìn)廠至產(chǎn)品輸出全過程的跟蹤管理;工藝參數(shù)中溫度、壓力、主要設(shè)備操作參數(shù)與物料構(gòu)成配比等有關(guān)數(shù)據(jù);設(shè)備使用情況，包含其已用年限、健康與否與維修記載等;同時(shí)，通過在線質(zhì)量檢測(cè)體系適時(shí)、有效與連續(xù)地對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及成分情況予以剖析，通過視頻監(jiān)控對(duì)工廠生產(chǎn)情況予以及時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.2 數(shù)據(jù)到信息轉(zhuǎn)化層

信息轉(zhuǎn)化層可以將所獲數(shù)據(jù)及時(shí)轉(zhuǎn)化成有效信息。以設(shè)備故障管理為例，在大量數(shù)據(jù)中選出故障征兆相關(guān)數(shù)據(jù)，通過預(yù)測(cè)和有關(guān)管理算法予以計(jì)算，得到此設(shè)備即將或已然出現(xiàn)問題的有關(guān)訊息，促使泵、精餾塔等設(shè)備原件具有自我感知力，可以對(duì)本身狀態(tài)予以有效檢測(cè)并得出結(jié)果;促使系統(tǒng)可以對(duì)工廠健康狀況予以剖析、記載，就像人體健康管理一般，對(duì)整個(gè)工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)情況予以管理[3]。

1.3 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層作為交互層，主要對(duì)大數(shù)據(jù)平臺(tái)信息予以集成處理。工廠中的壓縮機(jī)、管道、換熱器等設(shè)備與相關(guān)物料通過網(wǎng)絡(luò)層得以歸總、比較與共享。在CPS強(qiáng)大運(yùn)算力的基礎(chǔ)上，通過及時(shí)處理大量數(shù)據(jù)確保信息價(jià)值。信息通信突破以往僅在單一設(shè)備和服務(wù)器間的局限，不同設(shè)備間也可予以協(xié)同通信。如泵這一設(shè)備單元，工廠內(nèi)所有泵間可以予以性能比較，無論是類似的，還是有關(guān)聯(lián)的，進(jìn)而更好地預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生的各種問題。除此之外，大數(shù)據(jù)平臺(tái)利用工廠以前存儲(chǔ)的有關(guān)數(shù)據(jù)，與工廠中現(xiàn)有的泵的運(yùn)行狀態(tài)予以相似度對(duì)比計(jì)算，進(jìn)而得出此泵將會(huì)產(chǎn)生的故障問題。

1.4 認(rèn)識(shí)層

認(rèn)識(shí)層即實(shí)現(xiàn)層，生成整個(gè)工廠的“知識(shí)庫”，依照用戶的各種需求，采取推理的方式將各類設(shè)備信息予以關(guān)聯(lián)組織，然后將其呈于專家用戶手中。憑借其力量，合理有效地協(xié)助用戶做好決策。與此同時(shí)，實(shí)現(xiàn)層也可通過搜集信息圖像軟件應(yīng)用，將工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)信息同易操作的移動(dòng)設(shè)備終端有效整合在一起，如智能手機(jī)等。如此，專家用戶能輕松便捷地知曉工廠的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，進(jìn)而為其提供建設(shè)性意見。

1.5 配置層

配置層為控制調(diào)節(jié)層。智能化工廠管理人員將做出的預(yù)防與矯正決議及時(shí)反饋至實(shí)際工廠中，利用彈性控制體系予以落實(shí)，使得化工廠在整體自我匹配中完成有關(guān)設(shè)備的自行調(diào)節(jié)與維護(hù)。

2 石化智能工廠建設(shè)的主要內(nèi)容

2.1 設(shè)備管理智能化

傳統(tǒng)石化公司也需健全設(shè)備管理體系。一方面，必須創(chuàng)建信息化物理體系，同時(shí)綜合三維技術(shù)，對(duì)整個(gè)施工過程予以優(yōu)化，完成可視化管理虛擬性平臺(tái)創(chuàng)建;另一方面，公司也需創(chuàng)建有關(guān)流程檢測(cè)與修補(bǔ)體系，利用傳感器對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)共享，同時(shí)采取監(jiān)督觀察與分析設(shè)備運(yùn)行情況的方式，實(shí)時(shí)健康地維修與管理設(shè)備，增強(qiáng)設(shè)備總體利用效率。如此，能夠有效減少設(shè)備維修時(shí)間與成本，穩(wěn)定公司的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制，最終完成工廠生產(chǎn)目標(biāo)。創(chuàng)建智能化設(shè)備管理體系，能行之有效地增強(qiáng)石化公司的生產(chǎn)效率[4]。

2.2 生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)智能化

石化公司在創(chuàng)建智能化生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其創(chuàng)建內(nèi)容主要從以下若干方面進(jìn)行。

首先，石化工廠必須推廣實(shí)用的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，結(jié)合基于國產(chǎn)原油與成品油的自動(dòng)調(diào)和技術(shù)，通過在線分析儀表與自動(dòng)化生產(chǎn)，深入優(yōu)化健全生產(chǎn)工藝過程，進(jìn)而完成由原料配方、裝備生產(chǎn)加工、產(chǎn)品調(diào)合至生產(chǎn)實(shí)效性的智能全檢測(cè)過程。其次，石化公司需重點(diǎn)創(chuàng)建有著高融合性且體現(xiàn)裝置特性的總體管理體系。通過將裝置機(jī)理與生產(chǎn)計(jì)劃予以關(guān)聯(lián)，健全分子尺度模型。同時(shí)，基于機(jī)理模型這一載體，對(duì)生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)的某些非確定性因子予以優(yōu)化，從而產(chǎn)生圍繞需求這一主要驅(qū)動(dòng)力的高效生產(chǎn)過程。此外，石化企業(yè)也需構(gòu)建相關(guān)數(shù)據(jù)源分析模型，利用健全數(shù)據(jù)平臺(tái)調(diào)節(jié)參數(shù)的建設(shè)，行之有效地提升公司生產(chǎn)效率?，F(xiàn)階段，我國石化公司已然成功組建了整個(gè)流程性的生產(chǎn)優(yōu)化模型，且應(yīng)用了可以優(yōu)化工廠計(jì)劃的APS生產(chǎn)計(jì)劃，也有效編制了突顯最優(yōu)生產(chǎn)渠道的資源配置戰(zhàn)略。通過桌面煉廠與乙烯裂解模型等APP，深入優(yōu)化全廠加工過程，且通過指導(dǎo)裝置予以全程操作。不同物料在各種操作環(huán)境作用下所反應(yīng)的流程，可以有效提升乙烯生產(chǎn)效率。

2.3 環(huán)保管理智能化

傳統(tǒng)石化公司不僅需要?jiǎng)?chuàng)建智能生產(chǎn)運(yùn)行體系與設(shè)備管理機(jī)制，也需創(chuàng)建智能環(huán)保監(jiān)管機(jī)制。如此，既可以完成內(nèi)部經(jīng)濟(jì)有效循環(huán)，也可展現(xiàn)清潔綠色生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步優(yōu)化公司生產(chǎn)模式。除此之外，還可以最大化提升資源利用效率，有效保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境;與此同時(shí)，公司也需健全各種類別的能源供應(yīng)體系，主要優(yōu)化生產(chǎn)過程中的裝置與單元，最大化提升能源與介質(zhì)的利用效率。以我國石化鎮(zhèn)海煉化分公司為例，其通過有效應(yīng)用智能化與蒸汽管網(wǎng)式檢測(cè)模塊，及時(shí)檢測(cè)公司蒸汽管網(wǎng)實(shí)操情況，進(jìn)而做到行之有效地優(yōu)化操作參數(shù)與流程，確保蒸汽體系安全、平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.4 經(jīng)營決策管理智能化

石化公司在構(gòu)建智能與科學(xué)運(yùn)營決策管理機(jī)制時(shí)，應(yīng)注重追求公司生產(chǎn)效率最大化，聯(lián)系云技術(shù)與大數(shù)據(jù)等積極要素，創(chuàng)建輔助性運(yùn)營監(jiān)管模型。同市場(chǎng)信息予以實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)、整合，合理控制資金流動(dòng)。此外，公司也需對(duì)其生產(chǎn)成本予以精確計(jì)算，給出最佳計(jì)算方法，完成全局性合理決策。將以往經(jīng)驗(yàn)性決策管理方式慢慢過渡至現(xiàn)階段的創(chuàng)新決策管理方式上來，進(jìn)而達(dá)到減少?zèng)Q策風(fēng)險(xiǎn)的效果[5]。

除此之外，石化公司還需有意識(shí)地健全可以展現(xiàn)縱向集成與專業(yè)融合的管理平臺(tái)，利用執(zhí)行層與管理層的創(chuàng)建，進(jìn)一步深化閉環(huán)管理體系。同時(shí)，于管理與作業(yè)層突顯公司生產(chǎn)需求，進(jìn)一步優(yōu)化與分解效益指標(biāo)。

2.5 產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同自動(dòng)化

創(chuàng)建智能化工廠過程中，石化公司也需注重產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同與自動(dòng)化。其既要通過智能化技術(shù)破除公司間阻礙和隔閡，積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)優(yōu)化，促使公司經(jīng)濟(jì)得以快速發(fā)展，還需有意識(shí)地創(chuàng)建公司生產(chǎn)資源協(xié)同平臺(tái)，采取上下聯(lián)動(dòng)與規(guī)模融合等形式健全產(chǎn)業(yè)鏈。除此之外，傳統(tǒng)石化公司也需構(gòu)建公司生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)管理協(xié)同平臺(tái)，行之有效地提升智能化生產(chǎn)協(xié)同效率。此外，石化公司也需創(chuàng)建公司間能一同使用的服務(wù)管理平臺(tái)，通過共享物流、公用工程與安全等系列服務(wù)，行之有效地推動(dòng)公司間的協(xié)同交流。深入優(yōu)化健全與提高公司價(jià)值鏈，為公司的長遠(yuǎn)發(fā)展提供無限可能。

3 結(jié)語

石化業(yè)不僅是我國國民經(jīng)濟(jì)支柱性產(chǎn)業(yè)，也是我國國家綜合實(shí)力發(fā)展的體現(xiàn)與重要基石。石化公司必須清醒認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下創(chuàng)建智能工廠迫在眉睫。石化公司在組建智能工廠進(jìn)程中，也需樹立明晰的構(gòu)建目標(biāo)，擬訂行之有效的構(gòu)建戰(zhàn)略，踐行好相關(guān)保障舉措，深入推動(dòng)智能化工廠建設(shè)，進(jìn)而保證公司具有可持續(xù)向前發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)力與絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

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