吳 青
(中海石油煉化有限責任公司,北京100029)
綜述與專論
信息化及其新技術對煉化產業變革影響的思考
吳 青
(中海石油煉化有限責任公司,北京100029)
介紹了信息化及其新技術,如社交媒體、云計算、大數據、物聯網、移動互聯、區塊鏈、虛擬現實和人工智能,并對這些技術對推動煉化產業生產模式變革、營銷模式變革以及管理變革的影響進行論述、實例分享,并提出了今后發展以及應對策略。
煉化產業;信息化;信息化新技術;重大影響與變革
信息化是中國加快實現工業化和現代化的必然選擇,目前國家提倡、企業擁護的深化“互聯網+”應用與“兩化融合”正蓬勃推進與發展。云計算、大數據、物聯網、移動應用、社交媒體、區塊鏈、虛擬現實、人工智能等信息化新技術,能大大推動全球經濟增長,到2025年可能會產生14萬億~33萬億美元的經濟價值[1]。
煉油化工行業是中國國民經濟的基礎工業和典型的傳統產業,是流程最長、工藝最復雜的制造業之一,具有原料物性復雜、生產工藝復雜、生產裝備復雜等特點。當前安全環境因素以及經濟、環境、社會多目標協同發展以及市場競爭壓力和管理效率要求使石油化工生產面臨嚴峻挑戰。煉化產業的發展正在上述壓力下砥礪前行,而信息化及其信息技術的迅猛發展正在對其產生巨大沖擊。一方面信息化新技術改變了石化產品市場格局和用戶消費行為,使市場競爭日趨激烈;另一方面,信息化新技術對煉化生產模式的變革與創新也起到了推動作用,煉化產業的生產、管控和經營等各方面業務均面臨重大變革和新的發展態勢。不管消費者、市場規則、供應企業出于主動還是被動,都在順應趨勢做出轉變。
現代工業經歷了機械化﹑電氣化和信息化過程,信息化是工業化發展到現今階段的必然產物。目前,隨著“互聯網+工業”﹑“工業 4.0”和“中國制造 2025”等概念相繼襲來與深化應用,以工業化和信息化深度融合為核心的智能化制造成為制造業的發展方向與趨勢。從資源角度看,信息化把信息作為重要的資源之一。從生產形態角度看,信息化使人類的物質生產轉變為物質、信息和知識生產,由機器制造機器轉變為由計算機制造機器和信息,促進信息產業、信息產品、信息技術、信息資源與傳統產業、傳統產品、傳統技術、傳統資源的融合和滲透。以物質、能源為主導地位的制造業向以信息為主導地位的制造業轉變和發展的過程,就是工業信息化。
企業是制造業的基礎,因此,工業信息化的重點是企業信息化。企業信息化就是全面應用信息技術、計算機技術、通信技術、自動控制技術以及現代管理思想與方法、技術等,來武裝、提升和改造傳統產業,并在“決策管理層、執行層和過程控制層”以及企業內部和外部,全面提升生產技術能力、經營管理能力和市場應變力。
社交媒體是用戶之間基于互聯網分享意見、見解、經驗和觀點的工具和平臺,也是企業開拓公共關系和提供客戶服務的渠道。
“云、大、物、移”是云計算、大數據、物聯網和移動通訊等4大類信息化技術的簡稱。
1)云計算。云計算是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式,擁有每秒10萬億次的強大運算能力,可以模擬核爆炸、預測氣候變化和市場發展趨勢。
對云計算的定義有多種說法,現階段廣為接受的是美國國家標準與技術研究院(NIST)給出的定義:云計算是一種按使用量付費的模式,這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問,進入可配置的計算資源共享池,這些資源能夠被快速提供,只需投入很少的管理工作,或與服務供應商進行很少的交互。
目前中國云服務的市場規模約為300億元,按市場銷售金額計算,新華三、華為、浪潮位居市場前三位[2]。
2)大數據——“洞悉變化、及時應對”。Gartner研究機構認為,“大數據”(Big data)是指需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發現力和流程優化能力來適應海量、高增長率和多樣化的信息資產。麥肯錫全球研究所給出的定義是:一種規模大到在獲取、存儲、管理、分析方面大大超出了傳統數據庫軟件工具能力范圍的數據集合,具有海量的數據規模、快速的數據流轉、多樣的數據類型和價值密度低四大特征。
大數據的核心是在海量數據中發現不同數據項之間的關聯關系。通過分析戰略大數據、運營大數據,使企業有能力對重要的跡象進行預測并及時采取行動,獲得競爭優勢。
據估計,全球大數據產業的市場規模約為1 500 億美元[3]。
3)物聯網——“實時交互、智能運營”。物聯網是通過射頻識別、紅外感應器等信息傳感設備,把物品與互聯網連接起來,按照約定的通信協議進行信息交換和通訊,以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的網絡,具有全面感知、可靠傳遞和智能處理3大特征。
據測算,物聯網的市場規模在萬億美元以上,而中國目前已經在萬億人民幣左右。
4)移動互聯。全球移動互聯網由于智能手機的普及而呈爆炸式增長。移動網絡技術主要包括高速有線網絡、近場無線通信、公網、企業專網和5G等。其中5G是指第五代移動電話行動通信標準,美國高盛、中國華為、韓國三星電子以及日本、歐盟等都在投入相當的資源研發5G網絡。
根據國際電信聯盟(ITU)、中國互聯網信息中心(CNNIC)等的研究報告,2013年全球的移動互聯網業務收入就已經達到1.6萬億美元,相當于全球GDP的2.28%[4];移動數據收入超過4 000億美元。
隨著新一代通信技術的推廣應用,移動互聯網發展推動了消費模式共享化、設備智能化和場景多元化,社會各行各業已經全面進入“互聯網+”時代。
區塊鏈[5-6]是通過去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠數據庫的技術方案,區塊鏈完整保存所有數據資產并獲得極大的安全性,使交易流程更透明,同時減少市場風險。
區塊鏈技術的核心優勢是去中心化,能夠通過運用數據加密、時間戳、分布式共識和經濟激勵等手段,在節點無需互相信任的分布式系統中實現基于去中心化信用的點對點交易、協調與協作,從而為解決中心化機構普遍存在的高成本、低效率和數據存儲不安全等問題提供了解決方案。區塊鏈技術被認為是繼大型計算機、個人電腦、互聯網、移動/社交網絡之后的第五次顛覆式計算范式的創新,是人類信用進化史上繼血親信用、貴金屬信用、央行紙幣信用之后的第四個里程碑。 區塊鏈技術是下一代云計算的雛形,有望像互聯網一樣徹底重塑人類社會活動形態,并實現從目前的信息互聯網向價值互聯網的轉變。
虛擬現實技術(VR)利用計算機生成一種模擬環境,是一種多源信息融合的、交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真,通過創建和體驗虛擬世界使用戶沉浸到環境中,場景仿真將支持模擬分析、預測和可視化模擬,降低錯誤成本,以提高安全性。
虛擬現實技術是仿真技術的一個重要方向,是仿真技術與計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術、網絡技術等多種技術的集合,是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域。
人工智能(Artificial Intelligence)或智能機器人是基于計算機通過信息處理和反饋機制,進行一定程度的獨立活動和問題處理,可以替代人類完成一些危險工作或重復勞動,同時提高工作效率。人工智能自1956年夏天誕生于達特茅斯會議之后,已經歷3次浪潮。人工智能作為一個綜合性的學科研究領域,它的發展多少伴隨著傳統計算機科學的發展程度;而計算機科學中計算機網絡模塊,隨著時代的發展,也漸漸向人工智能靠攏。計算機的數據處理也變得復雜化、多樣化起來。數據處理的方法也從傳統的特定編程問題與答案轉向人工智能中的思考處理。
隨著信息處理效率和準確性的提高,也可憑借人工智能技術與記憶功能,實現記憶在建立數據庫的過程中存儲的信息,以及以信息庫作為平臺,進行信息的綜合總結和解讀,產生更科學、準確的高級信息,提升網絡管理水平。隨著石油特別是重油、渣油的分析表征技術及計算機信息化處理技術的進步,石油組學[10-11]、石油分子工程與管理[12-13]對石油加工領域研究、生產、管控、優化和智慧煉化建設帶來影響和促進。
信息化及其新技術已經成為歐美地區和中國等很多國家的國家發展戰略,被認為是擺脫經濟危機、破解發展瓶頸、提高國家競爭力的重要戰略舉措。因此,對處于迫切希望化解過剩產能、急切尋求產業結構轉型升級的煉化產業而言,信息化的支持乃至引領尤顯理所當然了。
按照德國的說法,世界工業發展經歷了4個階段[14]。工業1.0為工業規模化發展階段,體現在石化行業就是業務規模化、工藝不斷創新、煉化收益不斷提升;工業2.0為工業自動化發展階段,主要表現為DCS、PLC、APC等系統在生產裝置中不斷應用,自動化控制技術不斷發展,推動手工工藝控制與操作向裝置自動化控制轉變;工業3.0為數字化發展階段,主要表現為信息技術的融入,并推動各項業務信息化、數字化;工業4.0為智能化發展階段,基于各種模型、互聯網等新興技術,借助自控手段及數字化操作與管理,實現智能化。工業智能化不僅指裝置的優化,還包括區域的優化,全工廠的優化以及整個產業鏈的優化。工業智能化最終實現以客戶為中心的智能研發、智能工廠(生產)、智能物流、智能服務、智能營銷,其模型見圖1。
2.2.3 柱溫 在選定的流動相條件下,選擇柱溫10、15、20、25℃進行實驗,結果表明,隨著柱溫降低,各組分的色譜峰分離度明顯提高。但隨著柱溫降低,ATP峰形變差。在綜合考慮生物樣品的特殊性及研究需要,最終確定柱溫為15℃。

圖1 工業智能化模型
建立在數字化工廠基礎上的智能工廠實現了人與機器的相互協調,即“人機交互”。企業由數字化向智能化轉變過程中,各種信息技術的應用貫穿企業運營的方方面面,起到了非常大的推動作用。
借助信息技術,智能制造企業的制造過程具有更完善的判斷與適應能力,從而實現智能化工廠建設目標。智能化工廠是通過智能設備和模型驅動而構造的智能制造模式。智能化在企業的實現過程是建立和應用智能化系統,即利用現代通信技術、軟件技術、計算機網絡技術、智能控制技術等匯集而成的針對某一個方面應用的智能集合。
智能化是信息化的高級應用形式,其過程包括確立目標、收集數據、建立數學模型以及預測結果與評判等4個階段。通過敏捷反應體系建立、專家知識庫和相關模型建立、資產全生命周期管理、一體化優化系統建立以及協同管理等過程,分別在經營決策與供應鏈管理層面、生產制造運行層面、能效安全環保層面以及信息集成層面采用信息化新技術,確保在“工程技術、生產制造運行和供應鏈”這3個維度下能夠完整表達圍繞產品設計、技術支持、生產制造及原材料供應、銷售和市場相關的所有環節的活動。一方面,利用這3個維度的各自貫通,得到實時數據的支持,并實時下達指令去指導這些活動;另一方面,利用3個維度之間的交互,實現全面協調優化。在此基礎上,進一步實現產品設計的智能化、產品制造的智能化以及管理的智能化,保證資金流、物質流、能量流和信息流“四流合一”,這就是面向需求驅動的智慧決策和智能生產,即,智慧煉化,也是煉化企業智能優化制造的愿景。
因此,信息化對煉化產業的影響可以總結為對“生產模式、營銷模式和管理模式”的變革與轉變,體現在“產業資源虛擬化、生產過程信息化以及制造產業服務化”三大方面。
信息化一直在深刻影響著制造業,也同樣影響著煉化產業。20世紀下半葉,國外特別是西方發達國家相繼提出的柔性制造(FMS)、計算機集成制造系統(CIMS)、準時生產(JIT)、精良生產(LP)、虛擬制造系統 (MS)、網絡化制造 (NM)、智能制造系統(IMS)、敏捷制造(AM)及全能制造系統(HMS)等現代制造技術與制造模式,多是信息化帶來的。
到20世紀末,制造業掀起了一場新的現代制造技術革命,美國等發達國家正式提出“現代制造技術(MMT)”或“先進制造技術(AMT)”、“智能制造技術(IMT)”、“無污染過程工業制造技術(Clean Manufacturing in Process Industries)”、“21 世紀全球同步集成制造技術(Global Manufacturing 21)”、“自律性制造系統(Holonic Development)”和“知識系統化(systematization of knowledge)”等概念,并作為國家優先發展的關鍵技術。這些制造模式主要集中于分布式、網絡化、虛擬化生產框架[15]。為提高生產系統的自治性和協同性,多智能體技術和人工智能技術相繼被引入制造系統的設計研究中[16-17]。近年來,云制造(CM)作為面向服務的新型制造模式[18],進一步將智能制造系統及關鍵技術研究的焦點移至服務領域,將生產決策、管理、控制等功能的智能化研究,以及不同產業智能制造的應用模式研究與面向服務的產業模式相結合。
因此,信息化及其新技術對煉化產業生產模式轉變與變革的最大影響就是各企業正在推進的數字煉化完善與升級,即從數字煉化經智能煉化實現智慧煉化建設。
中國海油惠州石化開發、應用的煉化生產全流程協同管控信息化平臺對惠州石化現有信息系統數據進行規劃、整合,消除“信息孤島”,在一體化數據中心的基礎上建立了統一的生產全流程協同信息平臺。平臺的架構見圖2。

圖2 生產全流程協同信息平臺結構圖
生產全流程協同信息化平臺,堅持“業務需求驅動、統一規劃開發”的原則,遵循“統一組織、典型設計、有效試點、分步推廣”的路線,共實現5大主題25類161個功能模塊。其中生產運行有“生產監控、生產技術、計劃管理、調度管理、質量管理和綜合管理”6大類主題、51個子模塊;設備管理有“設備主數據、狀態監測、運行管理、檢修管理、備品備件、承包商管理和綜合管理”7大類主題、50個子模塊;能源管理有“能源消耗管理、重點用能設備管理和綜合管理”3大類主題、15個子模塊;安全環保有“現場安全管理、環保管理、職業衛生和消防應急”4大類主題、30個子模塊;經營管理有“市場信息、原油評價、原油品質和庫存跟蹤”4大類主題、15個子模塊。
在這個平臺上,惠州石化還實現了“大數據平臺(平臺)+APN網絡(網)+手持終端、RFID卡、藍牙外設(硬)+管控軟件(軟)”的集成——生產作業受控系統。該系統根據“工業互聯網+‘六有’工作法”理念進行設計,可以實現作業許可、銷項操作和裝置巡檢等現場工作的“五定”管理,從而確保生產安全受控。“五定”管理是中海油獨創的一種特色管理方法,是指:1)定點:即基于智能化手持終端、實時通信網絡、RFID、GPS 的正確的地點;2)定時:按作業計劃按時(正確的時間)作業;3)定人:通過門禁、HR(含人員資質)、RFID確認人員信息,保證是正確的人去作業;4)定路線:作業按預定路線執行,實現二維、三維動態展示,確保做正確的事;5)定標準:要求作業執行規范動作,如標準消項卡、作業卡,將原本以人的經驗為核心的操作變更為標準動作,即正確的標準。同時設置信息安全保護方案和斷點續傳、離線模式等的冗余手段保證系統在惡劣工控下穩定運行(運行保障)。
惠州石化的所有生產作業均集中在這個平臺上進行,實現了生產作業模式的全新轉變與變革。
作業許可主要包含JHA分析、作業預約、申請、現場審核、批準、執行、評價、關閉流程。其中內外協同審核確認、通過網絡實時傳輸數據、限定作業人員資質、與銷項作業操作卡聯動等功能屬中海油獨有。
在巡檢方面,主要實現工藝與設備巡檢、隱患排查、異常報警、現場DCS數據查看及GPS路線展示。管理人員可以根據GIS可視化展示,實時監控巡檢情況,生成數據分析報表。惠州石化對SKF測溫測振儀進行改造,使之可與智能化生產作業受控系統手持終端通過藍牙點對點鏈接,同時也對企業工業互聯網感知設備延伸驗證了可行性,并積累了技術經驗。目前國內通過網絡實時傳輸數據的巡檢系統實現案例較少,安全管控較本系統差。惠州石化通過藍牙模塊開發感知設備,實施集成化工業互聯網平臺,這是國內煉化行業首創。
信息化及其新技術的應用,實現了“全生產過程感知、全業務領域覆蓋、全生命周期管理、全流程集成優化和全方位資源支撐”的目的,在強化生產數據管控、保證生產平穩運行,細化能源管理、有效降本增效,強化HSE信息化管理,強化市場研判,有效增效及推動公司技術進步等方面取得了顯著成效。
2.1.2 中國海油山東海化的無人機巡檢
中海煉化下屬的山東海化集團公司(簡稱山東海化)是一家老化工企業,其純堿廠廢棄物料堆放在專門的渣場。老線渣場占地1.25 km2,采用筑壩堆存方式存放堿渣,目前的運行高度已達17 m左右。為加強管理,山東海化推出了無人機定點巡檢方案,見圖3。
巡檢無人機的系統結構及構成如下:1)巡檢無人機套機:無人機采用XK-UAV-001型,該機擁有智能化飛控且具有一定的避障功能,套機包括機體、槳葉、電調、飛控、電池倉等部分;2)視頻模塊:視頻模塊由無人機前端掛載的高清云臺相機及地面手持終端組成,該模塊使用可靠的視頻數據傳輸協議,保證數據流的穩定;3)地面站:地面站系統是無人機的控制核心,包括筆記本電腦、藍牙電臺、手持遙控器等,手持遙控器與手持終端組合可以實現人工控制無人機飛行,同時能夠實時看到巡檢畫面。

用無人機新技術并結合信息化,改變了原有的工作習慣,大大提升了工作效率,無論是及時性還是歷史數據的分析等均得到了保障,實現了目的。
2.1.3 三維數字化工廠項目建設與應用
中國石油蘭州石化公司(簡稱蘭州石化)于2013年實施了“數字化工廠研究與試點應用”項目[19],系統構建了與現實裝置完全一致的550萬t/a常減壓三維虛擬裝置和蘭州石化數字化工廠平臺,并集成了生產執行系統(MES)、設備管理平臺(EAM)、實驗室化驗分析系統(LIMS)、高清視頻、地下管網及文檔管理系統(EDMS)等,建立了與生產、設備和安全相關的重點系統數據。同時,開展深化數字化工廠系統應用工作,并研究如何基于三維數字化工廠進行生產與管理模式創新,使之為生產管理發揮強大的支撐作用。蘭州石化以 “數字化工廠研究與試點應用”項目上線為契機,探索大檢修的規劃、調度、技術交底、三維檢維修方案和數據處理,并形成配套的管理模板,建立大檢修全生命周期知識數據庫,從而規范大檢修管理流程,節省人力和物力資源,提高工作效率和大檢修的整體質量水平,確保裝置安全穩定運行的同時積累了很好的經驗。
從檢修方案制定、技術交底、制定檢修規劃、實際過程使用三維模型等積累了經驗,搭建了大檢修知識庫,包括全面設備信息,為提高全裝置設備的資產管理水平提供了依據,同時在安全方面也有很大的提升。
2.1.4 中國石化智能工廠試點、示范與建設
中國石化在燕山石化、鎮海煉化、茂名石化和九江石化等4家企業試點智能工廠建設,取得明顯成效。通過實施智能煉廠建設,這4家試點企業的先進控制投用率、生產數據自動數采率分別提升了10%和20%,全部達到90%以上;外排污染源自動監控率達到100%;生產優化從局部優化、離線優化逐步提升為一體化優化和在線優化,勞動生產率提高10%以上,提質增效作用十分明顯,促進了集約型內涵式發展。為此,九江石化、鎮海煉化分別于2015年、2016年入選國家工信部“智能制造試點示范項目”。
實施智能煉廠項目取得了良好效果,如提升了資源優化和調度指揮水平;提高了生產操作質量和效率;支撐了生產“安、穩、長”高效運行;支持了能源管理創新;提升安全環保水平和應急指揮能力以及形成了智能工廠1.0標準推廣模板等。
信息化新技術的應用帶來了營銷模式的轉變和變革。
2.2.1 中國石化圍繞產業鏈整合行業資源,打造行業的B2B平臺
通過建設石化行業電商平臺,可以匯聚整個行業資源,平衡供需信息,有機調節市場,不僅承接全產業鏈的購銷交易,還可以開展物流、金融等新業務,形成新的商業業態。
2.2.2 加油站零售管理系統以及信息化新技術應用
作為銷售終端的加油站,是煉化產業鏈的末端,是將“生產價值與效益”向“實現價值、變現效益”轉變的最重要手段之一。“加油站管理系統”是最主要的信息化系統,其中零售管理系統是加油站的最基本和重要的信息化系統。圖4和圖5分別為國內零售行業“老大”——中石化與中石油以及有一定規模優勢的中海油、殼牌(中國)所采用的零售管理系統技術構架。

圖4 中石化的零售管理系統技術構架圖
各銷售企業的業務范圍的不同賦予信息化系統的要求、功能也不同。
信息化新技術在加油站終端應用很多,如中石化廣東石油在搭建溝通橋梁、增強客戶互動方面,以微信公眾號、加油廣東APP作為互聯網主要入口,迅速積累線上用戶。該公司還通過打造“石化錢包”,實現支付移動化,將“石化錢包”融入到線上、線下業務,借助現代科學、互聯網技術與工具,系統打造智慧加油站,以積極探索建立符合未來市場發展規律的經營之道,從而提高資產利用效率和綜合競爭力。中海油也在傾力打造智慧加油站[20]。

圖5 中石油以及中海油、殼牌(中國)的零售管理系統技術構架圖
除了2.1節中涉及到的信息化對管理模式轉變和變革的影響外,信息化以及信息化新技術對管理模式變革的影響還包括財務、物資裝備與采購、IT以及人事等的共享服務(中心),以提高運營效率,使業務更加規范,節約運營成本,可以快速支持重組并購和業務擴張,有效支持專業化、一體化和全球化發展戰略等。這些業務、服務能否很好共享,取決于技術平臺的構架、性能。
財務共享服務中心(FSSC)是近年來出現并流行起來的會計和報告業務管理方式。根據埃森哲公司(Accenture)在歐洲的調查,30多家在歐洲建立“財務共享服務中心”的跨國公司平均降低了30%的財務運作成本。國內外不少大型企業也開始了共享服務中心的建設,并已有很多成功案例。
作為一種新型的管理模式,共享服務的本質是由信息網絡技術推動的運營管理模式的變革與創新。在財務領域,它是基于統一的系統平臺、ERP系統、統一的會計核算方法和操作流程來實現的。IT技術的發展,特別是“企業資源規劃系統(ERP System)”的出現,推動了“財務共享服務”概念在企業界的實踐和推廣。利用ERP系統和其他信息技術,“財務共享服務”模式可以跨越地理距離的障礙,向其服務對象提供內容廣泛的、持續的、反應迅速的服務。
信息化及其新技術的發展極其迅猛,對煉化生產模式、管控和經營模式的變革勢不可擋。只有順應變化,洞察并掌握信息化發展大勢,大力深化“互聯網+”應用和“兩化融合”,才能支撐并引領煉化產業的發展而把握未來、立于不敗之地。
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Research on impact of informatization and new technologies thereof on upgrading and innovation of oil refining and chemical industry
Wu Qing
(CNOOC Oil&Petrochemicals Co.,Ltd.,Beijing 100029,China)
The informatization and its new technologies,such as social media,cloud computing,big data, internet of things,mobile internet,block chain, virtual reality(VR) and artificial intelligence(AI) were reviewed.The application and effects of those technologies on the promotion of upgrading and innovation for the 3M(manufacturing model,management model and marketing model)of oil refining&chemical industry were discussed and some demonstrations were shared as well.The future development and coping strategies were put forward at last.
oil refining and chemical industry;informatization;new technologies of in formatization;significant impact and revolution
TE65
A
1006-4990(2018)01-0001-07
2017-11-01
吳青(1964— ),男,工學博士,教授級高工,研究方向包括石油分子工程、資源優化與總流程優化、重油加工、產品結構轉型升級、智慧煉化建設等,發表論文近100篇,曾獲國家科技進步二等獎、中國專利優秀獎和省部級一等獎等多種獎勵。
聯系方式:wuqing@cnooc.com.cn