煉化“智能工廠”建設思考

侯巖松

[摘 要] 以煉化企業為背景，論文結合中國制造2025關于信息化工業化融合的要求，分析國內煉化企業智能制造建設基礎，借鑒國內外行業智能工廠建設思路，提出了中國煉化企業智能工廠建設的基本框架和建設內容。

[關鍵詞] 石油化工；中國制造2025；智能工廠；兩化融合

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 07. 041

[中圖分類號] F270.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2016）07- 0089- 03

現代工業或制造業經歷了以蒸汽機為驅動的機械制造、以電力驅動的大規模生產，以及通過電子信息技術驅動實現的自動化制造歷程。制造業強國德國將這一工業化過程描述為機器代替人工的工業1.0 時代、流水線生產的工業2.0時代、高度自動化生產的工業3.0時代。近年來，伴隨互聯網、物聯網、云計算、大數據等新的信息技術的迅猛發展以及上述技術對制造業產業形態的深度影響， 德國在2011年漢諾威工業博覽會上提出了工業4.0的概念，并將這一概念伴隨的制造業強國政策上升到國家戰略。與此同時，美國、英國、法國、日本等國家均提出了適合自身工業制造業發展特征的國家制造業升級戰略規劃。我國在2015年也推出了《中國制造2025》——中國版的“工業4.0”規劃，規劃提出了中國制造強國戰略，同時圍繞制造強國這一戰略目標，在《中國制造2025》規劃中明確了9項戰略任務和相關的重點發展領域。比較與其他國家的制造業強國戰略，中國制造2025結合我國工業制造業實際，特別強調了要通過信息化和工業化兩化融合來引領和帶動整個制造業發展，以及以智能制造為主攻方向的戰略思路。工信部圍繞這一國家戰略部署，隨即發布了2015年智能制造試點示范項目名單，在石化領域將中石化九江石化智能工廠建設作為示范。論文將結合國家戰略方向，九江石化示范實踐以及中石油煉化企業實際，探討煉化企業制造升級及智能工廠建設。

1 煉化行業智能工廠的定位和方向

面臨國際金融危機復蘇緩慢和國內經濟步入新常態，商品市場化和全球化進程逐步加快，國際市場動蕩和市場競爭加劇。大宗原料價格持續波動，煉化企業的生產經營風險持續上升，綠色環保要求不斷提高。在煉化行業面臨巨大壓力挑戰的同時，也面臨著新的機遇和升級發展契機。國家石化產業調整和振興規劃、 煤炭和煤能源化工規劃、智能制造等一系列惠及能源化工行業發展的優惠政策陸續出臺。國家經濟持續發展，需要更多、更好的高質量低成本的能源化工產品，國產能源化工產品供應不足的局面仍將存在。

煉化行業是典型的資本、技術密集型行業，對設備裝備的依賴程度很高，整體的自動化水平和信息化水平處于相對較高的水平。針對國內煉化企業，智能儀表、集散控制系統DCS、先進控制、油品調合、流程模擬、計劃、調度優化、MES、ERP等自動化和IT技術均有在煉化企業應用。同時在新技術應用方面，煉化行業也在積極的利用物聯網、云計算等新技術，在設備遠程巡檢、安全管理、企業IT治理等方面進行應用嘗試?？梢哉f，在一定程度上，國內煉化企業在自動化和信息化應用方面的明顯缺項并不多，特別是近幾年的大規模信息化建設，部分先進信息系統的部署速度甚至超越了國外同行（例如優化排產）。但是，大家普遍感覺企業的智能化制造能力并沒有顯著的提升，基層用戶應用系統所帶來的效益紅利不明顯等問題時有反映。究其原因，拋開人員素質，本文認為有六個方面的內容有待提升。一是基礎儀表自動化方面還有欠賬，重點部位儀表、自控的缺失直接影響上層物料平衡、區域優化的應用效果。二是裝置級優化操作技術（流程模擬、APC、在線調合、RTO）的長效應用模式和投資維護模式有待改革。三是生產管理類信息系統亟待集成，完整的計劃、調度、排產、操作執行、操作監控、平衡分析、績效考核PDCA管理循環還沒有形成，其上的優化基本沒有實現。四是現場操作人員操作過程缺乏新技術支持，是煉化企業安全管理的重要盲點，環保監測有待加強，煉廠無線互聯應用需要展開。五是設備裝置的運行機理數據采集、分析應用不足，設備裝置的檢維修、挖潛增效工作難以科學評估。六是自動化信息化投資管理、項目管理各自為政，步調不一致，沒有形成相互促進與彌補的螺旋式上升模式，沒有形成應用合力，產生“1+1>2”的效果。

基于以上分析，我們認為國內煉化企業工業4.0或智能工廠建設，需要在深刻分析行業特點和自身實際的前提下，提出合理的建設模式。作為相對弱市場競爭、高危、大規模流程加工行業，煉化企業的自動化和信息化水平相對較高，煉化行業智能工廠建設的重點應該是圍繞成熟自動化和信息化技術的完善提升，以及自動化和信息化的融合，通過兩化融合的過程推動技術和管理的優化進步，達到企業設備智能、管理智能、決策智能，最終實現智能制造。

具體到煉化“兩化”融合或者智能制造的標志或特征，可以總結為下面四個方面：

數據：首先要能夠最大化利用各類傳感器、計量設備、存儲設備，實現煉化企業工廠設計數據、產品數據、設備動靜數據、研發數據、物料數據、運營數據、銷售數據、客戶數據的采集和信息化管理。滿足對企業“透視”的需求。

互聯：要能利用工業以太網/無線網/4G、智能手持或穿戴終端實現設備、人員、通信設施的網絡化連接。通過網絡，使人與人、人與機器形成互聯，滿足人員與設備裝置的信息交互和操作交互。

優化：在數據和互聯的基礎上，在過程控制層實現高自控率，同時結合計劃、需求以及效益數據，實現裝置、局域的操作優化控制；在生產管理層實現生產管理PDCA閉環，同時結合ERP信息進行全廠計劃、調度優化以及設備維護優化；在經營決策層實現供應商原料采購、企業資金資源、產品銷售的優化。

創新：自動化和信息化融合實施過程應該會深刻影響企業的生產經營模式，是一個創新發展的過程，勢必伴隨技術、產品、管理模式的創新。如果單純是強調技術，拼裝備，不能對企業的運行模式進行優化提升，也不能代表實現了智能制造。

2 煉化企業兩化融合及“智能工廠”重點建設內容

圍繞自動化和信息化相關系統完善提升，特別是自動化和信息化的融合是煉化企業智能工廠建設的核心思路。煉化智能工廠建設主要內容圍繞三條業務主線進行，可以概括為三方面：一是生產管控一體化，對ERP、MES、RTO、APC、PCS等系統進行縱向集成；二是從原油采購、原油加工、原油運輸到終端客戶服務的供應鏈一體化，進行橫向集成；三是資產的全生命周期管理，從工廠的項目籌建、項目設計、到建造交付，再到工廠運行與設備維護，直至資產的報廢退出全生命周期過程的數字化管理。

2.1 生產管控一體化

生產管控一體化主要依托MES2.0、APC、流程模擬、油品調合4個項目設計和實現，各項目之間通過數據流的無縫銜接，協同實現生產管控優化目標。

計劃調度統計閉環管理：進行MES與APS的集成，實現煉廠生產運行管理的PDCA閉環。

生產運行優化控制：進行APC系統推廣應用，同時與流程模擬、調度模塊進行模型數據的集成交互。增強操作控制的智能化和精細化水平。

安全環保質量管理：對能耗、危險源、重點區域視頻、環境監測、質量信息進行整合集成。建立完整的企業QHSE管理系統。

2.2 供應鏈一體化

基于當前總部的APS系統為基礎，增加產品價格信息（包括價格和基本趨勢等，需要從銷售ERP獲取數據），生產成本信息（需要從生產ERP處獲?。?，運輸成本信息（需要從大區運輸部門獲取），結合銷售需求和產品生產能力等要求，建立合理的線性規劃模型，優化企業效益。在示范企業進行罐區自動化系統建設。

在化工業務領域，建立化工產品供應鏈一體化，實現化工品從客戶需求預測、生產計劃下達、排產、生產、銷售配置、倉儲管理、運輸管理、配送管理、技術服務全流程一體化。

在推進煉化ERP應用集成的同時，考慮建設中國化工產品電子商務平臺，由于電子商務平臺的建立具有特別強的互聯網特征，技術、運營、資金是三個核心關鍵點，網站的成功需要前期大量風險資金的投入進行市場推廣，同時需要專業的互聯網營銷團隊進行長期運行維護，并且按照互聯網企業“數一數二、不三不四”的生存特點（只有做到行業第一第二才可能生存，排名靠后的企業基本無生存空間）。建議該項目采用中鋼網等行業網站的運營模式，通過與第三方公司合資控股共同打造化工品電子商務平臺。化工電子商務平臺的建立和長期良好運行，將極大的促進企業化工品銷售以及行業需求信息的收集，占領國內化工品市場銷售渠道。

2.3 資產全生命周期管理

設備長周期運行：圍繞設備檢維修和運行管理，與ERP進行集成，實現設備檢維修業務鏈以及設備運行狀態監控。

在數字化工廠設計的基礎上，進行煉廠三維數字化實施，將數字化工廠三維模型與設備、生產運行數據進行集成，將虛擬和現實結合，從三維數字化模型可以快速進行設備故障定位，設備運行模擬，提高設備故障預知預判。同時與ERP進行集成，實現設備資產的財務管理和報廢管理。

3 結 語

智能工廠的建設過程中將對企業現有專業應用系統進行提升和整合，智能工廠建設將實現工廠的卓越運營，實現勞動力生產率的提高，能耗物耗的降低，產品質量的提高和經濟效益的提高。通過搭建煉化一體化全流程優化平臺，實現計劃、調度、操作的全過程優化，形成完整的PDCA閉環和協同生產新模式。面向生產操作，內外操協同聯動提高現場處置效率，提高生產質量和效率。面向能源管理，應用能源管理在線優化技術，實現能流可視化、能效最大化與在線優化。面向HSE管理，結合物聯網、移動終端和網絡技術，實現現場作業、人員、環境三位一體的閉環監控模式。面向設備，實現設備、工藝、HSE數據以及視頻的三維可視化，提高檢維修決策能力和設備管理水平。面向決策支持，建設運營實時監控及經營綜合分析，實現綜合實時監控、預測、預警、動態分析和移動訪問。為管理者掌握全局、發現問題、分析及決策提供全方位支持。通過運用無線互聯技術，搭建統一的融合通信平臺，為進一步智能化應用奠定基礎。