天津石化智能工廠建設與實現(xiàn)

王軍 顧文淵 陸剛

摘? 要：以煉化企業(yè)智能工廠建設為研究對象，基于天津石化信息化系統(tǒng)應用現(xiàn)狀，圍繞企業(yè)的業(yè)務內涵，按照中石化“工業(yè)云平臺+局部智能”的建設要求，搭建了面向公司生產層面的工業(yè)智能應用云平臺，并具備開放、互聯(lián)、共享、生態(tài)的功能。在評估企業(yè)信息系統(tǒng)應用現(xiàn)狀的基礎上，基于平臺實現(xiàn)了煉化生產一體化優(yōu)化、生產調度集成管控、設備全生命周期資產管理三條業(yè)務主線的系統(tǒng)服務應用功能開發(fā)，應用效果良好，在推動石化企業(yè)信息化支撐數(shù)字化轉型方面具有一定的參考價值。

關鍵詞：信息化;智能工廠;智能制造平臺

中圖分類號：TP18? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）18-0155-05

Abstract： Taking the construction of intelligent factory of refining and chemical enterprises as the research object， based on the application status of Tianjin petrochemical informatization system， focusing on the business connotation of the enterprise， and according to the construction requirements of Sinopec Group’s “industrial cloud platform + local intelligence”， an industrial intelligent application cloud platform for the company’s production level is built， which has the functions of openness， interconnection， sharing and ecology. Based on the evaluation of the application status of enterprise information system， the system service application function development of three main business lines of refining and chemical production integrated optimization， production scheduling integrated management and control and equipment life cycle asset management is realized based on the platform. The application effect is good， which has a certain reference value in promoting the informatization supporting digital transformation of petrochemical enterprises.

Keywords： informatization; intelligent factory; intelligent manufacturing platform

0? 引? 言

天津石化是國家特大型煉化一體化企業(yè)，是華北地區(qū)最大的煉油基地，國內最大的乙烯生產基地之一。天津石化公司依據(jù)中國石化信息化及公司“十三五”信息化發(fā)展規(guī)劃，緊密圍繞公司“打造世界一流管理體系”和“建設世界一流綠色企業(yè)”及“打造環(huán)渤海煉化一體化基地”發(fā)展戰(zhàn)略，充分利用互聯(lián)網、云計算、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)等信息技術和現(xiàn)代化企業(yè)管理理念，以建設“智能工廠”為核心，推進信息化與工業(yè)化的深度融合，形成感知、預測、優(yōu)化、協(xié)同的信息化能力，持續(xù)深化信息系統(tǒng)集中集成和深化應用，構建新型能力體系，著力提升業(yè)務應用數(shù)字化和智能化的水平，為建設“國內領先、世界一流”現(xiàn)代化石油化工企業(yè)提供有效保障。天津石化目前的信息化業(yè)務現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在：

（1）煉化生產受國際原油市場的價格波動影響，加工原油油種變化頻繁，石腦油保供任務重，為降低噸原油加工成本，提升企業(yè)盈利空間，供應鏈一體化優(yōu)化手段急需提升。

（2）煉化生產集成管控存在生產調度指令下發(fā)缺乏有效指令下達、反饋、監(jiān)控手段，現(xiàn)有生產相關數(shù)據(jù)系統(tǒng)分散且監(jiān)控頻度、粒度不一致，缺乏大數(shù)據(jù)分析支撐。

（3）全生命周期資產管理還是依托于傳統(tǒng)的計算機分析;設備在線數(shù)據(jù)沒有實時同步到分析系統(tǒng)中，利用專家經驗給出指導建議。

為了實現(xiàn)集團公司“緊密圍繞國家兩化深度融合，中國智能制造2025的發(fā)展規(guī)劃，集團公司建設世界一流能源化工公司”的發(fā)展戰(zhàn)略，建設標準統(tǒng)一、關系清晰、數(shù)據(jù)一致、互聯(lián)互通的智能化管理統(tǒng)一工作平臺的總體目標，天津石化于2018年開展智能工廠項目建設，打造企業(yè)新型競爭能力，提升核心競爭力，支撐企業(yè)數(shù)字化轉型。

1? 智能工廠建設內容

天津石化智能工廠通過2～3年的持續(xù)建設，按照“平臺+服務”的模式完成智能工廠2.0的推廣建設，各項主要關鍵指標達到國家智能制造試點示范項目要求，力爭成為國家智能制造或制造業(yè)與互聯(lián)網融合發(fā)展試點示范企業(yè)。天津石化智能工廠建設體系架構如圖1所示。

1.1? 煉化生產一體化優(yōu)化主線

圍繞煉化企業(yè)一體化優(yōu)化主線，在橫向價值鏈維度上，實現(xiàn)采購、生產、銷售供應鏈全過程的價值增值，降低原料采購成本，統(tǒng)籌資源配置;在縱向優(yōu)化深度上，通過計劃、調度、裝置、控制四個層面上的集成優(yōu)化、協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)生產經營全過程效益最大化。

計劃優(yōu)化層面?zhèn)戎赜谶M行全廠資源優(yōu)化配置以及原油（料）的采購優(yōu)化，提高整體經濟效益。

調度優(yōu)化層面?zhèn)戎赜谶M行全廠物料平衡，將生產計劃拆分至可執(zhí)行的日/旬作業(yè)計劃，保證裝置平穩(wěn)生產。

裝置優(yōu)化層面?zhèn)戎赜谶M行裝置操作優(yōu)化，通過操作優(yōu)化實現(xiàn)日/旬作業(yè)計劃目標，同時提高附加值產品收率、降低裝置能耗，實現(xiàn)單裝置效益最大化。

1.2? 煉化生產集成管控主線

以生產調度指揮為核心，圍繞煉化企業(yè)進廠出業(yè)務、罐區(qū)管理業(yè)務、裝置運行業(yè)務、物料平衡業(yè)務和公用工程平衡業(yè)務，建立識別規(guī)則庫、預測算法庫、預警算法庫，實現(xiàn)對工廠生產全過程的監(jiān)控、預警、預測。提煉業(yè)務規(guī)則，固化業(yè)務邏輯，形成異常處置規(guī)則庫，自動推送建議方案，輔助生產指揮人員科學決策。建立生產指令一體化閉環(huán)管理體系，初步實現(xiàn)方案到指令、執(zhí)行、反饋的閉環(huán)管理，提升協(xié)同指揮效率。

重點建設調度指揮，按照CPS建設理念，實現(xiàn)主動感知生產異常，生產信息預測預警，營運指揮高效協(xié)同，調度指令精準執(zhí)行。

1.3? 全生命周期資產管理主線

設備健康管理聚焦設備運行維護階段，實現(xiàn)設備智能化管理的“三示”（顯示參數(shù)、展示性能、揭示規(guī)律）和“三控”（事前風險可控、事中狀態(tài)受控、事后績效管控），推廣設備可靠度和裝置安全、穩(wěn)定和長周期運行水平。通過建立設備健康管理系列套件，依靠狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對狀態(tài)數(shù)據(jù)進行挖掘分析，輔助現(xiàn)場技術、管理人員對設備運行狀態(tài)進行監(jiān)控、分析、診斷。

設備三維應用基于工程級三維模型，實現(xiàn)檢維修管理、專業(yè)管理、設備運行管理和運維培訓管理等設備三維應用。將設備管理提升到部件級，實現(xiàn)可見式設備管理的新模式，為施工和檢修提供便利和成本依據(jù)。

1.4? 智能制造平臺

按照《中國制造2025》國家戰(zhàn)略的要求，面向數(shù)字化、網絡化、智能化現(xiàn)代工廠的目標，提出“平臺+數(shù)據(jù)+服務”的建設模式，圍繞平臺搭建產業(yè)開放、互聯(lián)、共享的“生態(tài)系統(tǒng)：

（1）基礎平臺。構建企業(yè)級ProMACE智能制造平臺，支撐智能工廠建設。

（2）標準化及集中集成。依據(jù)企業(yè)信息化現(xiàn)狀，繼承和完善企業(yè)信息化沉淀的信息資源，建立標準化體系和集中集成平臺，貫通總部標準化MDM至企業(yè)應用。以數(shù)據(jù)集成化、標準化、模型化、可視化為主線，打通因業(yè)務條塊形成的數(shù)據(jù)壁壘和流程隔閡，支撐企業(yè)業(yè)務協(xié)同，以數(shù)據(jù)資產為企業(yè)戰(zhàn)略目標，規(guī)范數(shù)據(jù)管控流程，確保數(shù)據(jù)的唯一性、準確性和及時性，提升數(shù)據(jù)價值。

（3）三維數(shù)字化。搭建企業(yè)級數(shù)字工廠三維平臺，適用于運營期的三維數(shù)字化工廠建設?；诂F(xiàn)場及相關圖紙資料，進行工程級數(shù)據(jù)模型構建，所構建的模型精度高、粒度細、屬性完整、模型對象間邏輯連接關系準確。工程級三維模型是智能工廠的基礎，后期可以根據(jù)業(yè)務需求利用已有模型開展設備資產管理、裝置生產管控、設備檢維修、職工仿真培訓等形象、直觀、沉浸式的綜合利用工作。

2? 項目建設效果

2.1? 煉化優(yōu)化一體化方面主要成效

目前已完成煉化生產裝置計劃跟蹤模型5套、盈利能力分析模型32套、邊際貢獻測算模型52套，價格管理模型4套，收集配置模型數(shù)據(jù)1 630余個;完成50套裝置調度優(yōu)化模型、633條物料側線、64個組分罐區(qū)模型數(shù)據(jù)搭建;針對重點關注裝置、物料、牌號進行單位邊際貢獻測算，為企業(yè)及時優(yōu)化調整提供參考依據(jù);對全公司物料進行歸口管理，實現(xiàn)價格同源，統(tǒng)一測算口徑，為公司業(yè)財融合專業(yè)精細化管理工作提供價格分析的支撐。

2.1.1? 計劃生產協(xié)同優(yōu)化

在企業(yè)計劃、調度及裝置不同優(yōu)化層面間建設協(xié)同優(yōu)化系統(tǒng)，集成8個系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)“模型一體化、數(shù)據(jù)一體化、服務一體化”。搭建煉化一體化優(yōu)化模型，將裝置機理模型與計劃優(yōu)化模型進行集成，實現(xiàn)二次裝置DB數(shù)據(jù)的動態(tài)調整;在計劃、調度優(yōu)化間實現(xiàn)物料、數(shù)據(jù)及裝置一體化，通過協(xié)同優(yōu)化系統(tǒng)將生產計劃進行拆分并進行調度模擬;實現(xiàn)原（料）油進廠與加工、產品產量、裝置日加工、產品出廠量等當月累計完成情況的跟蹤，確保月計劃目標的達成。如圖2所示。

2.1.2? 生產調度優(yōu)化

建立“月計劃—周計劃—日計劃”計劃管理體系，根據(jù)生產動態(tài)和外界條件變化信息，以企業(yè)整體效益最大化為出發(fā)點，及時做出反饋并測算。通過三個計劃的銜接，有利的加強計劃與生產溝通協(xié)作，始終保證裝置是以效益最佳的狀態(tài)去生產運行。如圖3所示。

2.1.3? 生產裝置優(yōu)化

基于調度優(yōu)化進行全廠測算得到的調度日目標，進行單裝置的優(yōu)化計算，因而是保證了全廠效益最優(yōu)下的單裝置優(yōu)化，即實現(xiàn)“全局最優(yōu)”，而非“局部最優(yōu)”。每日的調度指令，不僅給出優(yōu)化的裝置目標是什么，而且給出如何執(zhí)行才能達到優(yōu)化目標。如圖4所示。

2.2? 煉化生產集成管控主要成效

截至目前，完成42套裝置、1 048條側線、22個罐區(qū)、445個儲罐、30個裝卸臺、634條物料、2 305個采樣點、2 320個度量指標模型建立。繪制火炬系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)等22張公司級公用工程流程監(jiān)控圖。配置預報警模型1 936個，實現(xiàn)異常管理在線閉環(huán)，事件可升級，問題可定性分析。如圖5所示。

煉化生產集成管控成效主要表現(xiàn)為以下幾點：

（1）異常管理在線閉環(huán)，事件可升級，問題要定性。包括工藝參數(shù)報警、設備異常報警、安全環(huán)保指標、原料產品罐存等實時報警的收集和推送。一個是基于計劃的偏差、物料移動偏差、公用工程消耗偏差異常事件在線閉環(huán)管控，針對小波動、小偏差、小異常等“三小”異常事件可在線升級，問題要進行定性分析。

（2）生產變更在線監(jiān)督，變更要合理，杜絕擅自行動。計劃性生產負荷調整及裝置檢修。審批流程線上化，杜絕擅自行動，全面掌控公司各生產單元、各點動態(tài)，將被動調整變?yōu)橹鲃?。哪些點發(fā)生了變化，裝置下線或者儲罐退出，對一體化生產平衡有哪些影響。變更進度實時在線反饋。

（3）全廠生產運行狀態(tài)可模擬，可預測。建立基于一體化平衡模型的預測和預警，對未來一定周期的生產狀況進行測算及推演，提前預知未來生產運行狀況，便于生產人員對工廠生產進行預調控，為計劃性生產負荷調整及裝置檢修等方案制定提供支撐，提升生產效率。

（4）提升調度指令下達的準確性、嚴謹性、時效性。建立在線指令執(zhí)行閉環(huán)管理體系，提升調度指令下達的準確性、嚴謹性、時效性。例：安排烯烴部向化工部輸送加氫混合苯，從取樣、出結果、變流程、開泵、流量控制、轉輸量統(tǒng)計、停泵等全流程，定量、定時、定責，關鍵步驟增加確認環(huán)節(jié)。

2.3? 全生命周期資產管理主要成效

當前系統(tǒng)已完成28臺機組、315臺機泵、46臺加熱爐、29套裝置卡件、38套GDS、259臺關鍵機泵監(jiān)控模型搭建工作。繪制模型圖加熱爐56張、動設備34張、儀表190張、電氣監(jiān)控底圖62張;完成加熱爐2 830個工藝參數(shù)點、泵9 862個振動及溫度監(jiān)測點、機組902個監(jiān)測點、儀表5 127個監(jiān)測點、電氣1 498個共計2萬余監(jiān)測點的配置及驗證。建立腐蝕回路評估模型148個，管道風險評估模型24個，管道風險評估規(guī)則53個，涉及腐蝕案例、分析報告等標準化規(guī)則200余條。強化設備運行數(shù)據(jù)的自動采集和全面感知能力，對設備運行狀態(tài)進行全面監(jiān)控管理。

天津石化設備腐蝕管理，基于企業(yè)EM、實時數(shù)據(jù)庫、LIMS等數(shù)采系統(tǒng)的支持，如圖6所示，結合平臺內置的大數(shù)據(jù)算法、材質庫、標準庫等，實現(xiàn)綜合監(jiān)控、腐蝕檢測、原料監(jiān)控、工藝防腐、報警管理、循環(huán)水管理等業(yè)務功能，同時基于數(shù)據(jù)實現(xiàn)腐蝕的綜合分析、形成腐蝕月報、案例等。如圖7所示。

3? 結? 論

天津石化智能工廠項目實現(xiàn)生產經營全過程效益最大化。提高公司供應鏈一體化（集成化）運作程度，靈活調整生產方案，實現(xiàn)挖潛增效目標;基于一體化平衡模型的預測和預警，實現(xiàn)全廠生產運行狀態(tài)實時在線監(jiān)控，運行動態(tài)可模擬、可預測。強化設備運行數(shù)據(jù)的自動采集和全面感知能力，對設備運行狀態(tài)進行全面監(jiān)控管理;建立專業(yè)知識庫，積累專家經驗，形成專業(yè)知識庫更新機制，輔助設備管理人員進行設備狀態(tài)分析，提高設備管理人員工作效率。促進天津石化工業(yè)智能制造能力大幅提升，提升企業(yè)管理效率、生產優(yōu)化能力和安全運行水平，提升企業(yè)生產營運的智能水平。

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作者簡介：王軍（1965—），男，漢族，河北滄州人，高級工程師，碩士，研究方向：石化企業(yè)信息化應用與管理。