氟化工的工業4.0之路淺議

王水耀，方國洪

氟化工

氟化工的工業4.0之路淺議

王水耀，方國洪

（中化藍天集團有限公司，浙江杭州310051）

介紹了工業4.0的基本內涵和實質，剖析了氟化工企業的行業特點和信息化建設水平，論述了適合氟化工行業發展的工業4.0建設思路。

工業4.0；氟化工；信息物理系統；數據集成；業務集成

0　引言

隨著互聯網技術的飛速發展，將各種信息技術運用于傳統制造業的浪潮正在全球興起。無論是企業還是國家，為了在未來競爭中取得優勢地位，都把這個作為重要戰略加以推進。這當中尤以德國提出的工業4.0最為引人注目。2013年，德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部提出了工業4.0的概念，它描繪了制造業的未來愿景，即以信息物理系統（CPS，Cyber-physical systems）為基礎，以生產高度數字化、網絡化、機器自組織為主要標志。由于被認為這是繼蒸汽機的應用、流水線大規模生產和電子工程信息技術等三次工業革命后的第四次工業革命，所以稱之謂工業4.0。

1　工業4.0提出的歷史必然性

1.1信息技術的突飛猛進為工業4.0提供了現實可能性

源于計算機異地登錄遠程通信技術，經過20多年的發展，已經不局限于計算機之間的互通互聯，任何智能化的機器設備都可以借助互聯網實現互聯互通。物聯網、云計算、大數據、移動互聯技術為傳統工業向智能制造轉型升級提供了技術基礎。

1.2人口老齡化倒逼制造業轉型升級

德國是歐洲人口老齡化程度最高的國家，超過五分之一的人口在65歲以上。在世界范圍內，其人口老齡化程度僅次于日本。由于自然余額（出生人數與死亡人數的差額）呈負值，德國經濟面臨來自勞動力市場的巨大挑戰，未來十年增幅可能出現明顯回落。經合組織發布的《2012年德國經濟報告》指出，長期來看，德國經濟平均增長率將保持在1.5%的較低水平，10年后甚至可能降到1%，主要原因是人口迅速老齡化，以及隨之而來的潛在勞動力數量下降。不僅如此，日益減少的勞動者，已經不像他們的父輩那樣愿意整天和機器打交道，愿意在生產一線勞動的人員越來越少。這不僅僅是在德國，連中國這樣的發展中國家，也面臨人口老齡化問題。勞動力短缺和人工成本的持續上升，內在的推動制造業轉型升級。

1.3需求多樣性要求制造業提供滿足個性化的產品和服務

隨著經濟的發展，人們生活富裕程度的提升，追求個性化、多元化生活的人越來越多，這種消費需求，要求制造業不是按照自己的想法給用戶提供整齊劃一的產品，那樣會被市場無情淘汰。

2　工業4.0的基本內涵

對于工業4.0到底應該包括哪些內涵，如何實現等等方面，從產業界到學界沒有一個統一的被廣泛接受的完整理論。即使是最先提出工業4.0的德國，也有上百種的工業4.0詮釋。但不管哪種說法，其基本的內容可以簡單概括為一個網絡、兩大主題、三項集成。一個網絡：物理信息網絡，將資源、信息、物體以及人緊密聯系在一起，創造物聯網和務聯網，將生產工廠轉變為一個智能的環境。兩大主題：智能工廠和智能生產。三項集成：縱向集成、橫向集成和端到端的集成。［1］

建立信息物理系統，實現生產設備、工廠、生產資料和人的高度連接，實現虛擬世界和現實世界的高度融合，就是生產工廠的裝置、智能儀表、傳感器、倉儲球罐、產品包裝物、運輸車輛、人員（包括生產人員、管理人員、客戶等）等都通過網絡技術緊密有機地連接起來，利用一系列自動化控制手段將虛擬和現實緊密結合。

實現三項集成，分別為縱向集成、橫向集成和端到端的集成。縱向集成是打通企業內部的信息孤島，實現所有環節的無縫連接。這是智能化的基礎工作。橫向集成是要實現集團內生產單位之間或和集團外企業之間的無縫合作，提供實時產品和服務，通過價值鏈和信息網絡實現資源整合。端到端集成是圍繞產品全生命周期的價值鏈創造，整合價值鏈上不同企業資源，實現從產品設計、制造、物流配送、使用維護的產品生命周期的管理和服務。

3　氟化工如何融入工業4.0

探討氟化工行業如何實現工業4.0，有必要先弄清楚這個行業有哪些自己的特點。首先，氟化工產品品種多且單品種數量小，即使是氟化工中的屬于大宗產品的氟碳制冷劑，也由于家用空調制冷劑、車用制冷劑、家用冰箱制冷劑應用場景不同，要求使用不同的制冷劑。更不用說用于醫藥、農藥中間體的含氟化學品了。這樣就決定了氟化工生產裝置普遍規模較小，氟碳化學品以萬噸級居多，含氟中間體以千噸級百噸級為主；其次，氟化工是近幾十年才發展起來的新興產業，國內企業對其反應機理、工藝條件尚沒有完全掌握。尤其使用氫氟酸、液氯等強腐蝕性原料，涉及高溫高壓生產工藝，對設備材質要求和腐蝕機理的研究比較缺乏，往往難以選擇到與工藝相匹配的可靠設備，造成設備腐蝕、跑冒滴漏多，生產穩定性比較差，制約高水平自動控制的實現。控制方案基本以單回路控制為主、輔以少量工藝聯鎖，部分控制僅實現了遠程遙控，DCS（Distributed Control System，集散控制系統）只實現了基本的過程工藝參數監控和單參數控制。第三，氟化工產品現階段基本是工業品，下游用戶中，除了小部分汽車用制冷劑和家用空調制冷劑售后服務市場具備消費品的特點外，基本是工業用戶為主。用戶數量少而且相對穩定。

上述氟化工的特點，與實現工業4.0描繪的目標相去甚遠。尤其從制造環節看，工業4.0的實現有賴于企業對化學反應機理、設備裝置的腐蝕機理等的研究和認識深度，也有賴于控制閥門、儀器儀表靈敏度和可靠性的提高，所有這些，都不是一個企業一個地區的單打獨斗能實現的，更不是一個一蹴而就的事情。需要相關產業的協同，長時間的探索和努力。筆者認為氟化工企業應該從現實出發，在加強基礎工藝研究的同時，積極擁抱互聯網，使工業化和信息化逐步融合，打造氟化工的工業4.0。在信息化方面當前要做好以下工作。

3.1高起點制定好信息化規劃

需要從規劃著手，以瞄準智能工廠、智能生產為終極目標，前瞻性的將云計算服務、物聯網技術、大數據、移動互聯技術在企業生產經營管理中的應用納入規劃范疇。包括增強IT基礎架構的可擴展性和靈活性，實現企業資源按需調度，根據企業大數據的規劃與布局，實現數據采集、傳輸、處理和業務管理的一體化；語音、視頻和數據等多業務融合的統一通訊，降低總體擁有成本；現有生產控制設備、IT基礎設施與物聯網的集合；企業信息化應用與移動技術的結合，拓展和延伸網絡覆蓋范圍；提升電子商務互聯網的應用效果；裝置、設備、終端等的安全接入，加強核心信息的安全，對物聯網與互聯網應用和安全建設，移動網絡的安全性、可擴展性、數據加密和風險管理等都要規劃先行。

3.2深化ERP在企業經營管理中的應用

建設工業4.0不是一下子舍棄現在使用的傳統信息系統建立一個高大上的完美的系統，而是根據企業的實際情況，先查漏補缺，補齊短板，夯實信息化基礎，然后改造現有的信息系統以滿足工業4.0的需要。ERP（Enterprise Resource Planning，企業資源計劃）是當前企業普遍運用的企業管理系統，也是運用時間比較久的，由于ERP是從會計電算化基礎上脫胎而來，很多企業只在財務核算領域運用。其實ERP是個強大的企業管理軟件，除財務核算外，企業管理需要的成本分析、物資采購、成本分析評價、設備維修管理等都可以通過ERP相關模塊完成。在互聯網時代，企業的各種報表產出和傳遞、審計和風險管理都可以遠程進行。不僅如此，在未來工業4.0時代，ERP仍然處于非常核心地位。

3.3建設CRM、SRM積極擁抱互聯網

CRM（客戶關系管理系統Customer Relationship Management）指用計算機自動化分析銷售、市場營銷、客戶服務以及應用等流程的軟件系統。它的目標是通過提高客戶的價值、滿意度、贏利性和忠實度來縮減銷售周期和銷售成本、增加收入、尋找擴展業務所需的新的市場和渠道［2］。

SRM（供應商關系管理系統Supplier Relationship Management）是用來改善與供應鏈上游供應商的關系的，它是一種致力于實現與供應商建立和維持長久、緊密伙伴關系的管理思想和軟件技術的解決方案。它旨在改善企業與供應商之間關系的新型管理機制，實施于圍繞企業采購業務相關的領域，目標是通過與供應商建立長期、緊密的業務關系，并通過對雙方資源和競爭優勢的整合來共同開拓市場，擴大市場需求和份額，降低產品前期的高額成本，實現雙贏的企業管理模式；同時它又是以多種信息技術為支持和手段的一套先進的管理軟件和技術，它將先進的電子商務、數據挖掘、協同技術等信息技術緊密集成在一起。實際上，它是為企業產品的策略性設計、資源的策略性獲取、合同的有效洽談、產品內容的統一管理等過程提供了一個優化的解決方案。［3］

3.4把MES作為實現工業4.0的基礎工作加以推進

MES（生產執行系統Manufacturing Execution System），它是連接生產計劃和生產控制的中間紐帶，通過信息傳遞，對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理。作為未來的生產管理模式，各種業務需求通過MES全面提升生產過程的管理、控制、運行和維護的水平，成為真正意義上信息共享、指揮靈活、協調及時、核算科學和技術先進的生產執行系統，實現生產過程的數字化、智能化、自動化，從而提高生產環節的成本控制能力、保證產品質量的持續穩定性和生產設備的安全運行水平。

MES能對生產進行實時監控管理。當工廠里有實時事件發生時，MES能對此及時做出反應、報告，并利用當前的準確數據對他們進行指導和處理。這種對狀態變化的迅速響應使得MES能夠減少內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力、改善物料的流通性能，又能提高生產回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業內部和整個產品供應鏈中提供有關產品行為的關鍵任務信息。

MES是企業經營管理層與底層控制層（DCS）之間的橋梁，填補了兩者之間的空隙。一方面，MES可以對來自上層企業管理軟件（如ERP等）的生產管理信息進行細化、分解，將來自計劃層操作指令傳遞給底層控制層；另一方面，MES可以采集來自DCS各種設備、儀表的信息，以實時監控底層設備的運行狀態，再經過分析、計算與處理，從而方便、可靠地將控制系統與信息系統整合在一起，并將生產狀況及時反饋給計劃管理層，便于及時調節管理生產和銷售、采購環節的關系。

生產執行系統在工業4.0中起著支柱的作用，沒有生產執行系統，智能工廠和智能生產都是空中樓閣，所以我們首先要建立起適合各生產基地的生產執行系統，生產執行系統扮演生產信息總線的角色，生產執行系統采集來自生產裝置運行、檢化驗分析、物料計量、原材料產品出入庫、能耗、傳感器、車輛等全生產過程的數據，以數據作為基礎，規范生產操作，實現精細化生產過程管理。同時也為進一步實現先進制造打下基礎。

3.5創造條件實現信息功能模塊的集成

首先是實現縱向集成。經過一系列信息化模塊的建設，實現了整個業務流程的信息化覆蓋，但由于系統之間數據交互的困難，業務流程跨系統流轉不暢，制約了信息系統發揮作用。縱向集成就是要打通自下而上、自上而下系統之間的交互，實現系統之間的無縫連接。

縱向集成可以分三個層面來實現，分為數據集成、業務集成、門戶集成。例如DCS系統數據經過MES系統處理后可以快速地準確地被ERP用戶所使用，采購人員可以實時掌握原材料庫存；銷售人員可以查詢實時產品庫存；風控人員可以實時查看各種庫存是否在安全范圍之內；生產管理人員可以實時查看生產裝置的運行狀態。

業務集成是通過流程管理，實現跨系統、跨部門的業務協作，打通全業務流程，達到端到端的流程協作。比如，銷售人員接到銷售訂單（客戶網上下單）后，在CRM系統中經過銷售訂單處理流程形成生產訂單，生產訂單在MES系統形成生產計劃下達到生產車間，另一方面SRM系統中也會接到采購申請進入原材料采購流程。當產品下線后，物流系統根據銷售發貨單發貨，ERP系統完成收款流程。所有這些業務處理流程都是無縫的，相關人員都能直觀了解到業務流程的狀態，客戶也能知道什么時候可以收貨。

通過數據集成和業務集成，數據和業務流程都沒問題了，業務可以流暢運轉了，但是當企業信息系統越建越多，業務人員需要進入各種各樣的系統中完成不同的任務，帶來諸多不便，例如進入每個系統的用戶和密碼都不同。門戶集成就是要解決系統統一的認證和展現，實現系統單點登錄、信息集中、業務集中。具體講就是，通過登錄門戶可以進入所有的業務系統，而且門戶上也會展現用戶當前在各個業務系統中需要處理的業務，在門戶中就可以處理所有業務，以極大的提高工作效益和對客戶、供應商的相應速度。

4　結論

無論是德國提出的工業4.0，還是剛剛公布的《中國制造2025》及最近熱門的互聯網+，都離不開一個宗旨，就是利用各種先進的信息技術，在企業內部提高信息溝通的效率以節省成本，在企業外部通過互通互聯打造上下游生態共生共榮的生態鏈，為企業的長期持續穩定發展奠定基礎。面對這樣的工業革命，我們既不要空想一夜就能成功，也不熟視無睹，不聞不問。惟其如此，才能在未來競爭中勝出，基于長青。

［1］德國聯邦教育研究部.德國工業4.0實施建議［R］，2013.

［2］百度百科CRM詞條［EB/OL］，http：//baike.baidu.com/view/ 4799.htm.

［3］百度百科SRM詞條［EB/OL］，http：//baike.baidu.com/view/ 31463.htm.

Discussion on Fluorine Chem ical Industry 4.0 Construction

WANG Shui-yao，FANG Guo-hong
（Sinochem Lantian Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310051，China）

The basic meaning and essence of industry 4.0 were introduced.Characteristics of fluorine chemical industry and informationization construction of enterpriseswas analyzed.The industry 4.0 for fluorine chemical industry construction was discussed.

industry 4.0；fluorine chemical industry；cyber-physical systems；data integration；business integration

1006-4184（2015）6-0001-04

2015-05-21

王水耀（1960-），男，研究生，經濟師，中化藍天集團有限公司副總經理，主要從事企業管理和企業信息管理研究。E-mail：wangshuiyao@sinochem.com.