系統思想的應用：以石化企業為例

針對復雜系統管理和控制的ACP方法，利用人工社會對復雜系統進行情景建模，借助計算實驗對復雜系統的管理策略進行評估，通過虛實平行運行實現對實際系統的資源管理和優化，從而更好地為企業管理提供科學的決策

石化產業是國民經濟的支柱產業，而乙烯生產在石化產業中居于龍頭地位，是衡量一個國家石油化工發展水平的重要標志。乙烯裝置的安全運轉周期與企業的經濟效益密切相關。據統計，2000～2004年5年間，中國石化每年因停產檢修導致乙烯產量減少75萬噸，效益損失和大修費用支出導致每年減少收入過百億元人民幣，同時還會導致大量的生產原料浪費和環境污染，重新開車又導致大量的水、電、煤氣消耗，造成能源浪費。目前，歐美發達國家的部分乙烯裝置已實現5～6 年的連續運轉，最長的達到8年，而國內多數的乙烯裝置，連續運行時間通常為3年左右。1999年2月至2005年9月，茂名石化乙烯裝置連續安全運轉79個月，為企業直接增效6億元以上。同時，由于抓住了石化行業處于景氣上升周期的機遇，長周期運轉使茂名乙烯取得了良好的經濟效益。

國家安全總局要求認真總結茂名長周期安全運轉經驗，提升石化產業安全管理水平。然而，實現長周期安全運轉并不是一件容易的事情，它牽涉到人員、管理、工藝、設備、技術等多方面的因素。比如，一個年產乙烯80萬噸的裂解車間一般有大約200名管理和技術人員及幾十億元的設備資產，開車運行期間需要由20多名車間技術人員組成的班組一天三班24小時不停監控操作各種設備、維持生產穩定、優化產品質量，管理或生產環節出現任何一個小問題都可能導致不可預料的后果。原中石化高級副總裁曹湘洪院士曾指出，“乙烯裝置長周期運行是一項復雜的系統工程”，必須從系統工程的角度綜合考慮乙烯生產周期的所有影響因素延長連續運轉時間。

自2005年以來，中科院自動化所和清華大學工業工程系致力于提煉和固化茂名石化的乙烯長周期安全生產經驗，形成可以廣泛應用的理論和實踐成果，展開了長期和深入的研究與實驗推廣工作。課題組應用系統工程的創新方法——人工系統（Artificial Systems）、計算實驗（Computational Experiments）和平行執行（Parallel Execution）方法（即ACP方法），圍繞石化企業設備工藝、人機交互、人員組織、規則制度、流程計劃等方面，從企業生產管理系統整體角度著手，突破工藝仿真、人員和組織行為建模、人機交互評價、制度評估、流程優化等關鍵技術，研發出一套適合于中國石化企業的智能管理系統，為實現企業生產管理的精細化提供了有效的工具。從最初茂名石化裂解車間起步研制車間智能管理系統，到目前為止，課題組已經為齊魯石化烯烴廠研發了一系列工廠級智能管理系統，系統的上線運行，提升了企業管理的精細化、科學化和智能化水平，為企業帶來了顯著的經濟和社會效益。

石化企業管理系統的問題與挑戰

進入21世紀，網絡信息技術的迅速發展，不僅僅推動了技術領域的革新，還深刻地改變了傳統的社會、政治、經濟、人文等各個領域的形態與模式，使得傳統的企業管理變得越來越復雜，企業經營管理的動態不確定性因素大大增加，企業長期的發展趨勢更加難以預測。

在企業內部，自動化技術的使用大大減輕了企業人員的勞動負擔，但同時也增加了生產過程與監控操作行為的復雜性，依靠主觀經驗決策的管理致使企業管理過程的動態性、不可控性、突變性巨增，偶然的一個小的操作失誤，可能會導致整個生產系統的故障停車乃至安全事故。例如，2005年11月中石油吉林石化公司雙苯廠因操作工的疏忽大意，苯胺裝置的閥門未能及時關閉，產生爆炸事件，造成中心城市大范圍停水，繼而引發社會安全事件和外交事件，使一個企業內部的生產安全事故演變成一起嚴重的外部社會突發事件。

在企業外部，伴隨著市場經濟的成熟和經濟全球化的發展趨勢，石化企業必須綜合考慮市場因素，有效配置產品結構優化企業生產利潤。近年來，信息技術推動了生產過程的社會化和網絡化，企業已全面而深度地融入網絡（Cyber）環境，演變成為“現實物理世界-網絡虛擬世界”耦合空間中的現代新型企業，如企業的采購和供應鏈經常在多個具有不同功能、能力、信息可用性的組織之間進行，具有非常明顯的動態性和復雜性。由于受到內部和外部多種影響因素的交叉耦合作用，企業管理顯著呈現出開放性、交互性、突變性和數據海量化等特點，這給企業管理帶來了前所未有的巨大挑戰。

基于系統思想的ACP方法

如前所述，一個大型石化企業既是復雜工程系統又是復雜社會系統，因此企業生產管理不僅涉及到設備工藝等工程復雜性，還涉及到人機系統之間的綜合協調以及人員和組織行為等社會性因素。長期以來，人們致力于從工藝改進、流程優化等工程復雜性的角度研究和設計企業管理解決方案，取得了突出的成績。石化企業廣泛應用的生產執行系統和企業資源規劃系統等管理信息系統一定程度上落實了系統工程的科學管理思想，但是由于缺少綜合考慮社會復雜性問題，這些系統的固定管理模式難以適應多樣化的企業文化和動態發展市場形勢、更無法引導企業管理與時俱進不斷完善。長遠來看，企業管理系統迫切需要綜合人、設備、環境、管理等多方面的因素，從系統工程的角度構建閉環的管理機制，進一步提升和指導企業生產管理。

中科院自動化所結合智能科學的最新研究成果，創新性地提出了針對復雜系統管理和控制的ACP方法，是針對復雜系統的管理問題所提出的一種新的計算管理方法，其實質是將實際問題向虛擬空間擴充之后，以數據為驅動，通過虛實互動完成管理任務的一種解決問題的方式，是邁向新的計算管理科學的一種有效途徑。它利用人工社會對復雜系統進行情景建模，借助計算實驗對復雜系統的管理策略進行評估，通過虛實平行運行實現對實際系統的資源管理和優化，從而更好地為企業管理提供科學的決策。

圖1是在乙烯生產過程管理中應用ACP方法的總體指導思路。相對于傳統的管理系統，該思路將管理制度、人員行為和文化等社會性的因素納入到研究范圍，將控制對象由僅對物的管理控制擴展到人和物的綜合管理和控制，通過計算實驗來分析各種因素對系統的影響，實現實際系統和人工系統平行運行的狀態，為復雜系統的管理和控制提出了一套創新性的整體解決方案。實施管理的基本步驟為：

（1）建立生產過程中人員行為、管理制度和設備工藝的信息化系統；

（2）建立生產系統的工程性和社會性的計算模型，之后構建能夠“等價”反映實際生產過程的人工系統；

（3）基于人工系統設計計算實驗平臺，對生產管理過程進行實驗、分析和評估，獲取生產管理在各種情景下的演化規律；

（4）通過人工系統和實際系統的平行執行和協同演化，實現對生產管理制度、人員行為和生產方案等的培訓、評估、管理和控制，提高其適應能力和應急處理能力。

示范應用與效果

2009年6月，智能管理系統首先在茂名石化裂解車間上線實施，2011年7月，系統在齊魯石化烯烴廠的裂解車間上線并投入應用，并陸續推廣到烯烴廠的芳烴、苯酐、動力等20多個車間及部室。如圖2所示，智能管理系統包括學習培訓平行系統、績效管理平行系統、應急管理平行系統（EPS）等子系統，實現了對先進管理理念的制度化、流程化、標準化、常態化、數字化和定量化，有力地提升了企業管理的精細化、科學化和智能化水平。

學習培訓平行系統在人工系統基礎上實施操作技能和管理水平評測實驗，針對車間員工入職實習、升職換崗和在崗期間等各個階段提供有針對性的定制化的培訓，推動了知識提煉、存儲、共享、利用、完善等過程的效率；績效管理平行系統通過收集記錄日常作業行為完成績效管理，并在收集的行為數據基礎上實施人力資源招聘評估、作業行為聚類分析、換崗分析、崗位勝任力評估、管理制度評估等計算實驗為生產管理和人力資源管理提供決策支持；應急管理平行系統利用人工系統模擬應急作業行為，評估應急預案可用性，并實現了對應急預案的細化分解以及分步驟分角色聯機培訓，建立了三維虛擬演練系統，提高了各級崗位人員的事故應急處置能力。這些系統以生產管理中人和組織行為因素為主線，針對員工入職上崗、正常生產以及異常情況工作等問題貫穿了石化企業生產和管理的整個流程。

自2011年7月系統上線以來，兩年多的運行取得了良好的效果，員工培訓效果和素質明顯提升，違章操作率顯著下降，現場隱患處置率和裝置操作平穩率顯著提高，應急處置能力明顯增強；實現了對先進管理理念的制度化、流程化、標準化、常態化、數字化和定量化，有力地提升了企業管理的精細化、科學化和智能化水平，取得了良好的經濟效益和社會效益。

智能管理系統落實了先進管理理念，提升了企業管理水平、車間人員操作技能和關鍵經濟技術指標，能夠幫助企業取得良好的經濟效益和社會效益。裝置還是那些裝置，人還是那些人，智能管理系統落實了先進的管理理念，直接促進了企業管理水平、車間人員操作技能和關鍵經濟技術指標的提升。據統計，系統上線運行后的第一年輔助裂解車間排查各類隱患1300多項，裝置運行平穩率大大提高，雙烯收率已累計達到47.76%，比2010年同期提高1.77個百分點，為企業增效10273萬元。