數(shù)字化運(yùn)營的燈塔車間

文/北京聯(lián)訊動(dòng)力咨詢公司總經(jīng)理 林雪萍

陽光下的黑盒子

靠山吃山，靠海吃海，靠著太陽吃太陽，在新疆無邊陽光下，坐落著一個(gè)光伏多晶硅王國。通過反復(fù)提純，多晶硅從低純度提煉到高純度，而冷氫化則是最為關(guān)鍵的工序之一。在數(shù)十萬噸冷氫化車間中，有上百臺(tái)大型裝置布置其中，蒸汽、液體、晶體在約300條的管線里流動(dòng)向前。決定它們進(jìn)退方向的不僅僅是一百多臺(tái)氣動(dòng)閥，更有各種設(shè)備數(shù)不清看不見的運(yùn)行邏輯。在約10層樓高的車間內(nèi)，有數(shù)百人上上下下進(jìn)出其中，照料著這些不知疲倦的銀灰色晶體涌向遠(yuǎn)方。

在這樣一個(gè)擁有復(fù)雜裝置且是龐然大物的車間里，工廠最基本的要素——人、機(jī)、料、法、環(huán)、測，都以各自的邏輯穿梭，穿越不同的裝置、縱橫的管線和操作人員不計(jì)其數(shù)的判斷。每一次操作，都會(huì)引發(fā)連鎖反應(yīng)，有的則指向危險(xiǎn)的事故。壯觀的現(xiàn)場下，隱藏著蟄伏的風(fēng)險(xiǎn)。

數(shù)字空間的邏輯，本來是連續(xù)而完整的，但它藏在黑盒子之中。而這些鑰匙則分布在不同人的手里，人們之間需要完備的溝通技巧，才能明白所有的邏輯。然而每個(gè)人都在自己的空間里行動(dòng)，如果某一刻不能識(shí)破其中的漏洞，就可能陷入可怕的錯(cuò)誤操作，且到處都可能存在這樣的漏洞,這正是一個(gè)工廠最令人擔(dān)心的地方。

采用數(shù)字化交付平臺(tái)與數(shù)字化運(yùn)營平臺(tái)，讓車間的裝備、物料的數(shù)據(jù)都有了白盒化的管理，現(xiàn)場變得透明起來。

動(dòng)靜結(jié)合，數(shù)字化交付登場

冷氫化裝置的建設(shè)，涉及設(shè)計(jì)、采購、施工、監(jiān)理、檢測等多方的數(shù)據(jù)。在冷氫化車間內(nèi)的流化床是最重要的反應(yīng)裝置，也是最昂貴的裝置，其它輔助設(shè)備包括壓縮機(jī)組、電加熱器、粗分塔等。要管理好這些笨重龐大的家伙，傳統(tǒng)模式下還得依靠堆放在檔案室那厚厚的紙質(zhì)資料。

華陸設(shè)計(jì)院和主裝置廠商為業(yè)主提供了工廠運(yùn)行所必備的初始資料和數(shù)據(jù)，包括三維模型、儀表圖、工藝包、參數(shù)資料等，這些靜態(tài)數(shù)據(jù)，是生產(chǎn)過程中維修、巡檢和技改工程中最常用的數(shù)據(jù)。

移交這些資料，是一個(gè)笨重而無趣的過程。一般而言，都是紙質(zhì)交付。業(yè)主需要收到近400份文檔，它們有時(shí)候是坐著卡車來的，公文袋相互擁擠著。如此笨重的資料，業(yè)主也只有在交付之后才能看到它們。至于哪些文檔、哪些數(shù)據(jù)是重要的，哪些是強(qiáng)關(guān)聯(lián)的，只有資深技術(shù)人員才能勾勒一二。這些文件袋會(huì)被統(tǒng)一放到檔案室，當(dāng)裝置生產(chǎn)遇到瓶頸，或者需要調(diào)整驗(yàn)證時(shí)，為了核對(duì)數(shù)據(jù)，工程師才會(huì)跑去翻閱。

達(dá)美盛的數(shù)字化交付平臺(tái)，就是要解決這些不同文檔的內(nèi)在邏輯問題。供應(yīng)商按照數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，交付各種機(jī)器參數(shù)。各種數(shù)據(jù)進(jìn)來后，都要在數(shù)字化交付平臺(tái)上進(jìn)行一體化的匯集和展示，包括設(shè)計(jì)院的工廠設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、主機(jī)廠裝置的參數(shù)數(shù)據(jù)，以及不同廠家的閥門、流量計(jì)儀表等。它們本來在各自數(shù)字設(shè)計(jì)的過程中是存在的，但都是各自割裂的。

然而，這些數(shù)據(jù)只是解釋了工廠的過去，即設(shè)計(jì)的過程。工廠內(nèi)的機(jī)器一旦咆哮起來，大量的運(yùn)維數(shù)據(jù)就會(huì)源源不斷地涌現(xiàn)出來。這些生產(chǎn)運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，會(huì)來自不同的自動(dòng)化裝置和信息化系統(tǒng)，如分布式控制系統(tǒng)DCS、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)LIMS等。這些數(shù)據(jù)的數(shù)值動(dòng)態(tài)變化，正是整個(gè)工廠健康的指示燈，它們的平穩(wěn)，保證了產(chǎn)品穩(wěn)定的質(zhì)量。然而，這些動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，跟設(shè)計(jì)院的靜態(tài)數(shù)據(jù)往往分隔一方，各自不相見面。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，需要跟靜 態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)合起來，才是世界本來的秩序。達(dá)美 盛的數(shù)字化運(yùn)營平臺(tái)就是重建腦 回路，讓不同時(shí)間下的數(shù) 據(jù)，進(jìn)行混合編隊(duì)。通過和中控公司合作，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化交付的靜態(tài)和控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)。這里有時(shí)間戳的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，有三維空間數(shù)據(jù)，還有工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，這些原來各自割裂的數(shù)據(jù)，匯聚在一起還原了一個(gè)透明車間的統(tǒng)一邏輯。

數(shù)字空間的原有邏輯被恢復(fù)了，它與物理空間吻合在一起。原來隱性存在的數(shù)據(jù)空間，變得顯性起來。人們可以用圖表、顏色、聲音重新認(rèn)識(shí)那些本來看不見的邏輯，此后的判斷，有了全新的支撐。

直觀三維，喚醒休眠數(shù)據(jù)，決策變得輕松起來。

強(qiáng)人化：數(shù)字化安全作業(yè)

對(duì)于流程行業(yè)而言，安全是第一位的。根據(jù)危險(xiǎn)防控領(lǐng)域的瑞士奶酪模型，一個(gè)重大傷害事故，往往都是由一連串的偶然所形成的。人為的失誤和操作，往往導(dǎo)致錯(cuò)中帶錯(cuò)，使得一連串的屏障機(jī)制都連續(xù)失效，最終釀成大禍。在這個(gè)過程中，人員的風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)和及時(shí)的信息預(yù)警將起著關(guān)鍵的警醒作用。

在高危行業(yè)中，如制藥、航空、石化等，連續(xù)設(shè)置的屏障管理是安全管理的核心。也許與很多人想象的不一樣，在這其中，人往往是最薄弱的部分，現(xiàn)場作業(yè)操作最容易將狀態(tài)擋桿撥向“危險(xiǎn)”地帶。

對(duì)于現(xiàn)場故障的發(fā)現(xiàn)和排查，國家對(duì)于重大危險(xiǎn)源的管控，要求1-2小時(shí)巡檢一次，并對(duì)狀態(tài)進(jìn)行記錄。而現(xiàn)場作業(yè)都有著嚴(yán)格的審批制度。通常，從風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、作作業(yè)業(yè)方方案案確確認(rèn)認(rèn)、、發(fā)發(fā)起起作作業(yè)業(yè)申申請(qǐng)請(qǐng)、、作作業(yè)業(yè)屬屬地地部部門門審審批批、、作作業(yè)人員資格審批，到安全環(huán)保部門審批等，這一連串的流程下來，可能需要一兩天的時(shí)間。兩票一證——工作票、操作票、作業(yè)許可證，則是必不可少的。

以前采用紙質(zhì)作業(yè)票的時(shí)候，經(jīng)常跳過流程，先干再報(bào)，實(shí)行補(bǔ)簽方式。而為了明確人員責(zé)任，如今的作業(yè)票審批，已經(jīng)采用了一套數(shù)字化作業(yè)票系統(tǒng)。它采用射頻條碼RFID，必須到現(xiàn)場刷卡才能批準(zhǔn)，而定位地理信息系統(tǒng)GIS則能顯示到現(xiàn)場的人和時(shí)間點(diǎn)。通過二維地理信息系統(tǒng)GIS，確認(rèn)現(xiàn)場作業(yè)，包括痕跡化管理（如流程上誰簽字誰審批）和人員定位系統(tǒng)等，從而確保生產(chǎn)管理人員和安全員都要到現(xiàn)場。

但是這種二維地理信息系統(tǒng)，只能解決人員的平面定位。對(duì)于空間位置，依然沒有辦法定位，就像有時(shí)汽車導(dǎo)航到了上下多重立交橋時(shí)，就會(huì)犯暈一樣。

而達(dá)美盛數(shù)字化運(yùn)營平臺(tái)的真實(shí)立體空間模型，有效地將二維地理信息模型擴(kuò)展到三維，將二者聯(lián)動(dòng)起來。作業(yè)票的三維審批，將變得清晰明了。

原來是二維平面，大屏幕上有30個(gè)畫面顯示，即30個(gè)作業(yè)點(diǎn)。如果發(fā)現(xiàn)問題，需要工作人員主動(dòng)放大，效率不高。而改成三維模型的作業(yè)點(diǎn)之后，如果有問題，會(huì)自動(dòng)彈出對(duì)話框，讓設(shè)備主動(dòng)告知現(xiàn)場的不安全行為，工作人員只需要看一下屏幕，出問題會(huì)自動(dòng)切換，也可以在模型上點(diǎn)擊相應(yīng)點(diǎn)，更直觀。

同樣，當(dāng)檢修人員進(jìn)入到重大危險(xiǎn)源，基于定位工卡，中央集控室的內(nèi)操人員，也能在數(shù)字化平臺(tái)上清楚地看到現(xiàn)場人員位于的具體樓層和位置。如果出現(xiàn)有毒氣體報(bào)警，可以在第一時(shí)間知道設(shè)備上一共有幾個(gè)人、分別在哪些位置上。當(dāng)裝置上的操作人員對(duì)現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)缺乏感知時(shí)（例如有毒、有害、輻射等），內(nèi)操人員可以通過數(shù)字化交付平臺(tái)上的完整邏輯所展示的風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警，第一時(shí)間通知現(xiàn)場人員盡快離開。

在低級(jí)別的報(bào)警情況下，數(shù)字化運(yùn)營平臺(tái)也可以起到簡化工序的作用。沒有數(shù)字化交付平臺(tái)之前，一般中央控制室人員，是通過查看分布式控制系統(tǒng)來了解模糊的位置，并進(jìn)行必要報(bào)警，而且需要現(xiàn)場人員的支持?，F(xiàn)在，報(bào)警信息已經(jīng)和三維模型關(guān)聯(lián)，可以準(zhǔn)確反饋報(bào)警的具體位置，也能調(diào)取并查看攝像頭，實(shí)際查看重大危險(xiǎn)源，而不需要人員第一時(shí)間跑去現(xiàn)場查看。通過數(shù)字化技術(shù)，可以避免工作人員暴露于危險(xiǎn)場所的風(fēng)險(xiǎn)。

化工企業(yè)很容易給人留下一種印象：有毒、有害、有危險(xiǎn)、離市區(qū)遠(yuǎn)、沉重。實(shí)際上，現(xiàn)在的化工現(xiàn)場已經(jīng)廣泛采用自動(dòng)化、信息化和數(shù)字化的手段，現(xiàn)場人員并不多，而且明顯呈現(xiàn)年輕化趨勢。某新能源公司在新疆工廠有3000多名員工，平均年齡為27歲。一個(gè)界面友好、清潔安全的工廠，才是有吸引力的工廠。工廠利用數(shù)字化技術(shù)，采用了“強(qiáng)人化”的方式，來加快年輕員工的培養(yǎng)，并且讓生產(chǎn)過程并非都是單調(diào)無趣。在數(shù)十萬噸冷氫化車間，有三分之一的員工，都與操作有關(guān)，既有在控制室盯儀表盤的，也有在外部巡檢管線的。該公司采用了三維仿真的培訓(xùn)系統(tǒng)，讓員工就像打游戲一樣，在浸入式的體驗(yàn)中，完成對(duì)裝置的各種開停機(jī)培訓(xùn)。而在實(shí)際檢修中，數(shù)字化巡檢平臺(tái)，讓一線現(xiàn)場巡檢和后方班長，有了新的交互。例如閥門壓差，需要有開度匯報(bào)、凍表匯報(bào)等。傳統(tǒng)巡檢，就是外部操作人員帶個(gè)對(duì)講機(jī)，按照巡檢路線走。如果現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題，傳回給中央集控室的班長。對(duì)講機(jī)是唯一的工具。由于無法確認(rèn)外操人員的準(zhǔn)確位置，班長只能對(duì)著對(duì)講機(jī)吼，溝通效率很低。現(xiàn)在，借助于三維立體模型，二者可以做到心手合一，班長“重見天日”，外操人員“眼疾手快”，二者可以形成非常默契的合作。多人協(xié)同，跨越空間，實(shí)現(xiàn)心手合一，正是元宇宙最令人向往的地方。而數(shù)字化運(yùn)營平臺(tái)，則是搭建未來元宇宙的一個(gè)必經(jīng)之路。

質(zhì)量魚缸：跟人性做斗爭

在流程行業(yè)，特別是煉化行業(yè)及精細(xì)化工行業(yè)，每個(gè)生產(chǎn)流程都是連續(xù)的，溫度、壓力都在不斷波動(dòng)。有一個(gè)流程擱置，都會(huì)造成連鎖影響。參數(shù)控制及工藝優(yōu)化的前提就是裝置平穩(wěn)和安全。

在實(shí)際過程中，產(chǎn)線往往會(huì)發(fā)生兩種波動(dòng)。一種是小波動(dòng)，不怎么影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，比如閥門誤動(dòng)作等。一種是大波動(dòng)，會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，比如突然限電停電，裝置部分設(shè)備突然異常等。造成的后果是導(dǎo)致裝置停機(jī)，企業(yè)效益受損。對(duì)于現(xiàn)場操作人員而言，一般都會(huì)對(duì)小波動(dòng)進(jìn)行直接處理，往往也不會(huì)上報(bào)。但是，小隱患處理不好，也會(huì)導(dǎo)致大波動(dòng)。

那么，上層管理者了解小波動(dòng)，是否真的有價(jià)值？根據(jù)美國海因里希金法則，一次重大事故，背后有29次小事故，300次事故癥狀，以及1000次的事故隱患。因此，小事故可能導(dǎo)致大波動(dòng)，小事故隱患可能正是系統(tǒng)失靈的關(guān)鍵起點(diǎn)。

質(zhì)量大師戴明一向認(rèn)為，一個(gè)企業(yè)的質(zhì)量首先是由制造系統(tǒng)決定的，而區(qū)分波動(dòng)的種類，對(duì)于穩(wěn)定的質(zhì)量至關(guān)重要。然而，經(jīng)典的質(zhì)量管理理論也表明，人員的恐懼會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量內(nèi)在的惡化。一個(gè)維修人員可能會(huì)向上瞞報(bào)或者減輕事故的等級(jí)，因?yàn)樗赡芤瓿赡骋粋€(gè)量化的KPI指標(biāo)。而車間主任也可能為了實(shí)現(xiàn)本月的產(chǎn)能，而對(duì)于壓縮機(jī)設(shè)備的軸承故障采用拖延處理。這意味著，現(xiàn)場的質(zhì)量數(shù)據(jù)只有成為透明魚缸，人人可見，才能穿越現(xiàn)場人員的恐懼和僥幸，直逼整個(gè)制造系統(tǒng)的隱患。這正是領(lǐng)導(dǎo)最需要關(guān)心的質(zhì)量系統(tǒng)。

現(xiàn)場已經(jīng)有了各種信息化系統(tǒng)，例如MES是面向生產(chǎn)調(diào)度人員使用的，監(jiān)控物料、產(chǎn)量數(shù)據(jù)等，以決定裝置滿負(fù)荷或者低負(fù)荷運(yùn)行，而LIMS是生產(chǎn)管理人員用的，進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量管理。但都是各自在自己的系統(tǒng)運(yùn)行，很難交叉分析使用。

工廠里有不少人最喜歡的管理方式，仍然是excel表格。但excel的數(shù)據(jù)其實(shí)非常不直觀，對(duì)于大多數(shù)人來說則充滿了各種謎語式的數(shù)據(jù)。即使經(jīng)驗(yàn)豐富的人，也會(huì)遺漏一些重要的信息。三維展現(xiàn)，才是人類最友善的形式。

達(dá)美盛的數(shù)字化運(yùn)營平臺(tái)，將這些相互孤立的系統(tǒng)，進(jìn)行打通，建立內(nèi)在因果分析，重建邏輯和三維化展示。在中央集控車間里，已經(jīng)有四個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)（如硅粉等），實(shí)現(xiàn)了參數(shù)可視化。而這些數(shù)據(jù)則是分別來自不同的系統(tǒng)，如MES和LIMS?；谌S模型監(jiān)控和可視化，它就像是一只眼睛，注視著現(xiàn)場的每一次波動(dòng)。

大平穩(wěn)，才有大效益，小隱患，需要立即除掉。數(shù)字化運(yùn)營平臺(tái)，就是要知微見著，讓質(zhì)量脫離人性的弱點(diǎn)。

連接孤島

企業(yè)已經(jīng)安裝了很多良好的信息化系統(tǒng)，包括生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室檢測系統(tǒng)、安全作業(yè)管控系統(tǒng)（作業(yè)票）、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，也涉及到四大平級(jí)部門：安全環(huán)保部、質(zhì)量技術(shù)部、機(jī)動(dòng)部、智能制造部，分別管理安全環(huán)保、質(zhì)量、設(shè)備、信息化。

再往前來看工廠的早期建設(shè)。設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)需要引入到業(yè)主的信息化系統(tǒng)中來，而對(duì)施工方的約束也同樣重要。施工方每天的項(xiàng)目進(jìn)度、采用的原材料，也需要進(jìn)行數(shù)字化的綁定，數(shù)據(jù)隨時(shí)上傳。但是，真正在實(shí)施過程中，很多時(shí)候只是半個(gè)月左右進(jìn)行一次局部階段的上傳，甚至變成一個(gè)以月、季度、半年為單位的上傳。在這個(gè)過程中，大量的數(shù)據(jù)會(huì)先天性丟失，給后來的工廠運(yùn)行帶來了巨大的隱患。在文檔交付的年代，業(yè)主對(duì)于這些知識(shí)的管理，有心無力。而有了數(shù)字化交付的武器，業(yè)主就可以制約設(shè)計(jì)院、主設(shè)備商、施工方，推動(dòng)多方在同一個(gè)數(shù)據(jù)管道中流動(dòng)。即使再長的數(shù)據(jù)鏈條，數(shù)字化交付平臺(tái)都保證了一種校準(zhǔn)機(jī)制，讓數(shù)據(jù)像一道激光一樣，前行再遠(yuǎn)也不發(fā)散。數(shù)字化運(yùn)營平臺(tái)則承接原有的數(shù)據(jù)，與工廠日常運(yùn)行的數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合起來，讓流動(dòng)的知識(shí)成為工廠平穩(wěn)運(yùn)行的潤滑劑。

IT系統(tǒng)是天然的孤島。大多數(shù)企業(yè)都經(jīng)過不同階段的項(xiàng)目建設(shè)，而且每次來的供應(yīng)商往往都是不同的廠家。因此，工廠里普遍存在煙囪系統(tǒng)或者是孤島，這是由時(shí)代的局限性所決定。沒有人能夠一次就把信息化建設(shè)策劃得大而全，這意味著孤島系統(tǒng)無法超越時(shí)代。IT發(fā)展變化快，但是工廠運(yùn)行周期很長。所以，煙囪系統(tǒng)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，信息孤島是時(shí)代的贈(zèng)品，是不能拒絕的附件。

數(shù)字化運(yùn)營平臺(tái)，則給了業(yè)主一種全新的信念和沖動(dòng)，從前端設(shè)計(jì)、現(xiàn)場運(yùn)行到設(shè)備維護(hù)，各個(gè)系統(tǒng)的不同邏輯和數(shù)據(jù)，被重新整合在一個(gè)全新的空間進(jìn)行。數(shù)十萬噸冷氫化車間現(xiàn)場各種設(shè)備、場地、物料數(shù)據(jù)，都被重新點(diǎn)亮，熠熠生輝。在這里，人與空間的融合、人與機(jī)器的互動(dòng)、人與人的交流，都讓人豁然開朗，逐步邁向無縫合一。渾然一體的數(shù)字化工廠，會(huì)綻放出燈塔般的光芒。