基于石油石化企業(yè)的智能工廠建設(shè)思考

陳庚曉(中國石化股份天津分公司電儀部，天津 300271)

0 引言

隨著人工智能、5G、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、VR、數(shù)字孿生等新興高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，有利促進(jìn)了傳統(tǒng)的機(jī)械自動(dòng)化時(shí)代向信息智能化時(shí)代發(fā)展。當(dāng)前，美國主導(dǎo)的地緣政治、供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革不斷挑戰(zhàn)著企業(yè)、新冠疫情持續(xù)惡化以及新一代全球信息化革命等帶來了各種挑戰(zhàn)的同時(shí)，也給企業(yè)迎來了各種機(jī)遇：受美國主導(dǎo)的地緣政治、全球資源分布不均衡、新冠疫情在全球大爆發(fā)導(dǎo)致世界未來不確定性增加等因素影響，國際原油價(jià)格極不穩(wěn)定，曾一度跌到負(fù)值；受全球氣候變暖及環(huán)境持續(xù)惡化等因素的影響，碳中和、可持續(xù)發(fā)展、新能源、綠色材料成為越來越多的國家公認(rèn)的發(fā)展趨勢；5G和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的高速發(fā)展促進(jìn)了石化行業(yè)的加速轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。

在此新時(shí)代下傳統(tǒng)石化行業(yè)只有通過不斷地轉(zhuǎn)型升級，積極參與競爭才能不被時(shí)代所拋棄。

1 智能工廠的發(fā)展背景與建設(shè)條件

1.1 信息化技術(shù)飛速發(fā)展

隨著人工智能的不斷崛起，5G的快速發(fā)展和半導(dǎo)體行業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新。中國政府發(fā)布的《中國制造2025》綱要和《2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)》綱要提出將當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)制造業(yè)有機(jī)融合實(shí)現(xiàn)“智能制造”“互聯(lián)網(wǎng)+”深度融合戰(zhàn)略，是中國實(shí)現(xiàn)新型化和信息化發(fā)展所追尋的目標(biāo)和歷史任務(wù)。

當(dāng)前，以5G和物聯(lián)網(wǎng)等為特征的新一代信息技術(shù)快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)趨向移動(dòng)化。隨著大數(shù)據(jù)、芯片行業(yè)和人工智能的快速發(fā)展，信息處理愈發(fā)集成化、高速化和大數(shù)據(jù)化，從海量數(shù)據(jù)中發(fā)掘有用的數(shù)據(jù)用于提高工廠的生產(chǎn)質(zhì)量和效率也逐漸成為一個(gè)大的工業(yè)生產(chǎn)方向。

目前，一些先進(jìn)企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入智能化應(yīng)用階段，顯著提高了管理效率。通過使用數(shù)據(jù)挖掘不斷尋找所檢測數(shù)據(jù)的商業(yè)價(jià)值、分析產(chǎn)品更多潛在特性，以獲得最高質(zhì)量的產(chǎn)品并最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)最大的經(jīng)濟(jì)效益。通過大數(shù)據(jù)云平臺實(shí)時(shí)掌握運(yùn)營動(dòng)態(tài)，及時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)度，最終使企業(yè)核心競爭力不斷加強(qiáng)。

1.2 建設(shè)石油石化智能工廠的意義

石油石化行業(yè)作為基本的民生產(chǎn)業(yè)與人民的生活息息相關(guān)，進(jìn)入21世紀(jì)以來科技迅猛發(fā)展，但地球資源也愈發(fā)緊張，如何利用現(xiàn)代科技高效地對原油進(jìn)行加工使其附加價(jià)值達(dá)到最大化，污染達(dá)到最小，對于每一個(gè)化工廠來說都是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。同時(shí)，這也促使建設(shè)智能工廠成為迫在眉睫的事情。

1.3 智能工廠發(fā)展建設(shè)的基礎(chǔ)條件

經(jīng)過改革開放近40年的發(fā)展中國已經(jīng)成為了全球唯一的包含聯(lián)合國認(rèn)定的包含所有工業(yè)種類的工業(yè)體系最全的國家。新時(shí)代下中國高新技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，中國的大型煉化企業(yè)完全能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)。通過5G技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行定位和視頻監(jiān)控而不依賴于人工，利用大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)掌握產(chǎn)品的特性和加工狀態(tài)，完全有能力大力發(fā)展多技術(shù)相融合的技術(shù)。例如利用5G、VR技術(shù)和數(shù)字孿生技術(shù)的融合及時(shí)對工廠的物品進(jìn)行建模，創(chuàng)造出逼真的4K或8K的工廠實(shí)時(shí)掃描畫面，可以在工廠運(yùn)行時(shí)就對工廠的各個(gè)部件進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，避免了親自去現(xiàn)場產(chǎn)生的潛在危險(xiǎn)，又能從各個(gè)角度觀察更容易發(fā)現(xiàn)故障的位置和嚴(yán)重程度。

2 智能工廠建設(shè)理論體系

在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)下，智能工廠建設(shè)的自動(dòng)化、可視化、無人化、數(shù)字化水平顯著提升，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，有效降低了生產(chǎn)成本，減少了環(huán)境污染，加快了決策響應(yīng)速度，提高了決策能力，更加徹底地利用了資源[1]。同時(shí)有效促進(jìn)了企業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，積極響應(yīng)了國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的號召，初步形成了智能工廠建設(shè)理論體系，即“1234”模式。

2.1 一個(gè)目標(biāo)

智能工廠建設(shè)以5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云平臺等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)為依托，高效整合所有可擁有的資源，使之實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，可持續(xù)發(fā)展，資源利用率高，車間無人化，能耗物耗低，環(huán)境污染小，以用戶為中心[2]，智能化物流和人性化服務(wù)，經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)中向好的目標(biāo)。

2.2 兩大體系

智能工廠建設(shè)具有兩大根本體系：一是生產(chǎn)加工體系，即利用5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、工業(yè)大數(shù)據(jù)、VR、區(qū)塊鏈與人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)深度融合，對原料進(jìn)行精準(zhǔn)加工，高效制造以提高制造質(zhì)量并降低生產(chǎn)成本；二是智能管理體系，采用人機(jī)交互式的界面可以充分利用人工智能的分析高效性和人類獨(dú)有的創(chuàng)造力和商業(yè)遠(yuǎn)見進(jìn)行指導(dǎo)，各取所長，實(shí)現(xiàn)管理的高效化。結(jié)合大數(shù)據(jù)分析企業(yè)跟部門和車間的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，結(jié)合實(shí)際情況對機(jī)器進(jìn)行充分調(diào)度，進(jìn)而提高企業(yè)的運(yùn)行效率和調(diào)動(dòng)員工的積極性。

2.3 三條主線

智能工廠建設(shè)具有三條主線：一是“煉—化一體化優(yōu)化”，實(shí)時(shí)檢測產(chǎn)品冶煉生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)指標(biāo)，并進(jìn)行特征提取。通過制定合理生產(chǎn)計(jì)劃、利用5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對產(chǎn)品和設(shè)備進(jìn)行充分調(diào)度、及時(shí)更新生產(chǎn)裝置，利用人工智能在4個(gè)層面上進(jìn)行整體優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程經(jīng)濟(jì)收益最大化。二是“煉化生產(chǎn)集成管控”，實(shí)現(xiàn)科技研發(fā)層、生產(chǎn)制造層、物流運(yùn)輸層、銷售管理層的協(xié)調(diào)發(fā)展，推動(dòng)生產(chǎn)性制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變。三是“全生命周期資產(chǎn)管理”，實(shí)現(xiàn)從工廠的項(xiàng)目籌建、制造交付，到工廠運(yùn)行與設(shè)備維護(hù)、報(bào)廢資產(chǎn)清除和售后服務(wù)的資產(chǎn)生命全過程數(shù)字化管理[3]。

2.4 四項(xiàng)能力

運(yùn)營管理始終貫穿石化智能工廠全過程，通過高效利用5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云平臺和大數(shù)據(jù)等進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，全面提升石化企業(yè)的預(yù)測感知能力、協(xié)同管理能力、預(yù)測預(yù)警能力和智能決策能力。

3 智能工廠建設(shè)主要內(nèi)容

3.1 生產(chǎn)運(yùn)行智能化

生產(chǎn)運(yùn)行智能化的程度直接決定石油化工企業(yè)的生產(chǎn)效率。所以智能工廠建設(shè)主要從以下五個(gè)部分著手：

第一部分，生產(chǎn)技術(shù)智能化。應(yīng)用新型催化劑技術(shù)和生物催化技術(shù)等全新的生產(chǎn)技術(shù)，再在結(jié)合國產(chǎn)原油、成品油的智能調(diào)和技術(shù)的基礎(chǔ)之上采用5G技術(shù)的高效和低延遲，做成在線分析儀表并對自動(dòng)化生產(chǎn)進(jìn)一步優(yōu)化、完善生產(chǎn)的工藝流程，以實(shí)現(xiàn)從裝置生產(chǎn)、產(chǎn)品調(diào)和到生產(chǎn)延遲性的智能檢測。

第二部分，全方位管理智能化。全力打造高質(zhì)量研發(fā)生產(chǎn)的智能云平臺，利用云平臺加強(qiáng)石油化工企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營、售后服務(wù)各環(huán)節(jié)的管理，提高生產(chǎn)經(jīng)營的廣度、精度和效率。

第三部分，數(shù)據(jù)分析智能化、標(biāo)簽化。利用大數(shù)據(jù)和人工智能建設(shè)有關(guān)數(shù)據(jù)源的分析模型和數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建完整的大數(shù)據(jù)云平臺。運(yùn)用人工智能中機(jī)器學(xué)習(xí)的聚類算法和分類算法等，將用戶在公司的瀏覽和購買歷史進(jìn)行標(biāo)簽化，根據(jù)標(biāo)簽特性將用戶分為不同的類別，運(yùn)用深度學(xué)習(xí)對每類用戶的喜好進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測，對不同類別的用戶提供差異化的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，節(jié)約了人力成本。并且針對客戶的精準(zhǔn)服務(wù)提高了用戶對產(chǎn)品的咨詢效率，使用戶更容易找到適合自己的產(chǎn)品。在售后服務(wù)方面，針對用戶提出的故障通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行初步診斷，再利用人工客服進(jìn)行進(jìn)一步診斷和修理，進(jìn)一步節(jié)約了時(shí)間成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

第四部分，產(chǎn)品入庫智能化。將產(chǎn)品改為預(yù)定制，這樣可以免去先制造再儲存再銷售的舊模式。這樣就可以節(jié)約更多的時(shí)間去制造更多的產(chǎn)品，并將長期存儲倉庫逐漸縮小為短期存儲倉庫，產(chǎn)品在存儲間達(dá)到某一部分預(yù)定用戶的需求量后，就立刻出庫。另外，在倉庫的維護(hù)方面通過對每一份產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)簽化，可通過巡檢機(jī)器人實(shí)時(shí)對商品進(jìn)行信息掃碼查詢[4]。通過分析不同商品的參數(shù)變化判斷該商品是否已經(jīng)不合格，對不合格的產(chǎn)品及時(shí)進(jìn)行清除并上報(bào)到云平臺以便及時(shí)進(jìn)行商品補(bǔ)給，從而減少了存儲間的維護(hù)成本，降低了庫存壓力，提升經(jīng)濟(jì)效益。

第五部分，積極推動(dòng)供應(yīng)商策略。在喬布斯去世后庫克掌門以來，蘋果的銷量在全球逆勢上漲成為全球最賺錢的科技公司，這與其背后的供應(yīng)商有著莫大關(guān)系?；ば袠I(yè)也應(yīng)該積極推動(dòng)供應(yīng)商策略，即從化工原料的加工制造到生產(chǎn)的各個(gè)流程部分，選取若干國家的供應(yīng)商對其進(jìn)行競價(jià)排名，最終選擇質(zhì)量高和成本低的供應(yīng)商為其本公司做代工。做代工的國家稱為東道國。在往東道國進(jìn)行售賣時(shí)，可根據(jù)其代工能力對相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行定價(jià)，對代工能力強(qiáng)的東道國采用本土價(jià)；對代工能力弱的東道國乃至消費(fèi)國相應(yīng)地提高售價(jià)；對沒有代工能力的國家由于需要增加建設(shè)相關(guān)的加工和存儲廠商，需要更多的維護(hù)成本因此售價(jià)應(yīng)當(dāng)調(diào)高，并從中賺取更高的利潤[5]。

3.2 設(shè)備管理智能化

建設(shè)智能石化企業(yè)還需要重點(diǎn)完善設(shè)備管理平臺系統(tǒng)。利用5G，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和二維碼掃描技術(shù)將每個(gè)設(shè)備的信息實(shí)時(shí)錄入到二維碼中，實(shí)時(shí)精準(zhǔn)掌握全公司各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問題并進(jìn)行預(yù)警。例如天津石化2020年停車大修時(shí)通過智能檢測和診斷系統(tǒng)對1 000萬噸級煉油裝置現(xiàn)場的1 800余臺閥門進(jìn)行實(shí)時(shí)行程測試，做到裝置停車檢修與調(diào)節(jié)閥行程測試同步并自動(dòng)生成報(bào)告。根據(jù)生成報(bào)告圖形和數(shù)據(jù)判斷調(diào)節(jié)閥是否需要下線維修，防止調(diào)節(jié)閥過修和欠修，做到精準(zhǔn)下線，應(yīng)修必修，提高維護(hù)人員效率同時(shí)為企業(yè)節(jié)省維修費(fèi)約300萬元。

3.3 安全綠色環(huán)保管理智能化

智能型石化工廠在石油化工生產(chǎn)過程中，安全綠色環(huán)保是生產(chǎn)過程的重要組成部分。企業(yè)應(yīng)以全面提升安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、突發(fā)事故應(yīng)急處置能力為目標(biāo)，致力于打造安全、環(huán)保的網(wǎng)絡(luò)管控智能云平臺，利用5G的低延遲特性和高傳輸率以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)萬物互聯(lián)的特點(diǎn)創(chuàng)建生產(chǎn)現(xiàn)場管理的可視化系統(tǒng)[6]，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控及預(yù)警，有效減少公司事故的發(fā)生，避免產(chǎn)生不必要的損失。

安全方面，在有劇毒和易燃易爆等的化工加工制造生產(chǎn)車間，進(jìn)行無人化作業(yè)。將儀表全部換成防爆儀表，使用智能機(jī)器人替代人工，不再進(jìn)行人工作業(yè)，從長期出發(fā)可以節(jié)約人力資源成本，降低醫(yī)療負(fù)擔(dān)。例如在2021年10月23日阿拉善盟高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)就發(fā)生了氧化車間閃爆事故，造成了數(shù)人傷亡。

綠色低碳方面，企業(yè)還應(yīng)擁有多種類型的能源供應(yīng)系統(tǒng)，與多家能源公司進(jìn)行合作，積極打造節(jié)能減排的智能云平臺，促進(jìn)綠色低碳生產(chǎn)線邁上高水平、新臺階；積極進(jìn)行碳排放交易權(quán)的實(shí)踐，將節(jié)約出來的碳排放進(jìn)行售賣，這對實(shí)行低碳模式造成的額外支出進(jìn)行彌補(bǔ)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、3D建模、地理信息技術(shù)等手段，讓“三廢”達(dá)標(biāo)排放。對全廠能量輸入輸出平衡、蒸汽管網(wǎng)暢通等模型進(jìn)行優(yōu)化，確保能源系統(tǒng)運(yùn)行低碳環(huán)保。

3.4 經(jīng)營決策管理智能化

要利用大數(shù)據(jù)和云平臺技術(shù)對企業(yè)管理層的經(jīng)營決策進(jìn)行優(yōu)化，云平臺幾乎擁有無限的存儲空間，節(jié)約了企業(yè)購買硬件存儲裝置的成本，將企業(yè)在運(yùn)營時(shí)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行去噪并收集整理到云平臺上。尤其對員工的在崗狀況以及在崗時(shí)間所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值貼上標(biāo)簽并建立深度學(xué)習(xí)模型，對員工在公司的綜合表現(xiàn)進(jìn)行評估，并根據(jù)評估內(nèi)容淘汰掉不合格的員工。另外，智能決策層要實(shí)現(xiàn)工廠里的非重要職位無人化、機(jī)器化、智能化、重要職位精英化，以保證企業(yè)運(yùn)行的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 建設(shè)石化智能工廠面臨的挑戰(zhàn)

在供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的推動(dòng)下和高質(zhì)量發(fā)展口號的響應(yīng)下，智能工廠成為石化行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢，但目前尚未發(fā)展成熟，依舊面臨著挑戰(zhàn)。因此石化企業(yè)要做到以下五點(diǎn)：

一是企業(yè)家眼光要放得長遠(yuǎn)，要知原始創(chuàng)新的重要意義及作用。通過不斷進(jìn)行創(chuàng)新，使企業(yè)獲得源源不斷地發(fā)展動(dòng)力，進(jìn)一步提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。加大科研投入，努力掌握核心技術(shù)。逐漸將生產(chǎn)的自主權(quán)掌握在自己手里，并不斷進(jìn)行創(chuàng)新突破，從根本上實(shí)現(xiàn)企業(yè)利潤的最大化，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

二是企業(yè)的自動(dòng)化、信息化水平亟待提高。目前大型國企和央企由于有雄厚的資金支持，已經(jīng)分批分段地對企業(yè)進(jìn)行智能化升級，但中小企業(yè)大部分依舊使用老舊的機(jī)器，污染高、能效低，資金問題成為中小企業(yè)智能化轉(zhuǎn)變的一大障礙。值得慶幸的是專門服務(wù)于中小型企業(yè)的北京證券交易交所剛剛設(shè)立[7]，因此應(yīng)鼓勵(lì)中小型石化企業(yè)去北交所上市，以獲得更多的流動(dòng)資金，促進(jìn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。并鼓勵(lì)企業(yè)多多引進(jìn)高端人才，為企業(yè)的信息化、智能化建設(shè)出一份力。

三是企業(yè)要認(rèn)真做好大數(shù)據(jù)的開發(fā)和管理。數(shù)字化是智能化的基礎(chǔ)，但目前企業(yè)數(shù)據(jù)管理水平普遍偏低，數(shù)據(jù)潛在的價(jià)值挖掘程度不夠，各個(gè)部門的信息共享程度不高[8]，形成信息孤島，未能發(fā)揮大數(shù)據(jù)應(yīng)有的價(jià)值。因此應(yīng)當(dāng)重視高端人工智能人才的引進(jìn)，把各部門產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、去噪、整理和特征提取，挖掘數(shù)據(jù)潛在的價(jià)值，并利用5G技術(shù)對超大數(shù)據(jù)流高效地加以使用，才能有效地提高企業(yè)的智能化水平。

四是堅(jiān)持云平臺建設(shè)。只有堅(jiān)持云平臺，各個(gè)部門才能有效地連接起來，所有的標(biāo)準(zhǔn)才能真正實(shí)行，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，才能從本質(zhì)上消除信息孤島的情形。通過將企業(yè)產(chǎn)生的有價(jià)值的數(shù)據(jù)及時(shí)的傳到云平臺，可以大幅度降低企業(yè)的信息化成本并創(chuàng)造出更多的價(jià)值[9]。

五是智能化工企業(yè)要深化與其他公司合作，努力建設(shè)各個(gè)類別的設(shè)備齊全的智能產(chǎn)業(yè)園，并為智慧城市的建設(shè)添磚加瓦。例如將公司自己的弱項(xiàng)交給在這方面能力強(qiáng)的公司去完成，而利用自己的強(qiáng)項(xiàng)在滿足自己公司需要的同時(shí)，將技術(shù)外包到其他這一方面較弱的公司，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)并進(jìn)一步提升公司的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

智慧石化建設(shè)方興未艾，各領(lǐng)域場景的初步應(yīng)用展現(xiàn)了可喜的成果，并且積累了一些技術(shù)和成功的經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步轉(zhuǎn)型升級打下了基礎(chǔ)?；ば袠I(yè)智能化建設(shè)具有非常重要的歷史意義，新時(shí)代的新青年是我國在2035年實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化和2050年成為肩比德國和日本的制造業(yè)強(qiáng)國的主力軍，也是中國制造轉(zhuǎn)向中國智造最終達(dá)到中國創(chuàng)造的主心骨。石化企業(yè)要緊緊抓住化工與制造領(lǐng)域的高端人才，才能在當(dāng)今激烈競爭的市場大環(huán)境下，長久立于不敗之地。而智慧石化工廠建設(shè)的轉(zhuǎn)型升級也可為其他企業(yè)應(yīng)對激烈競爭和可持續(xù)發(fā)展提供參考。