現代煤化工智能工廠的研究與探討

牛立剛 李泓甫

摘要：隨著社會的發展，我國的科學技術的發展也突飛猛進。在化工企業生產過程中，化工設備的管理不僅起著關鍵性的作用，而且也保證了化工企業在市場上的競爭力。在化工企業的實際運作中，關于化工設備的管理問題，越來越受到化工企業的重視。所以，有必要對化工設備管理的重要性進行不斷地了解，提出科學合理的策略和方法，有效保障企業的穩定生產，促進化工企業的發展。

關鍵詞：現代煤化工;智能工廠;研究與探討

引言

隨著我國社會和經濟的進步，煤化工行業的發展也是一日千里，類似煤制乙二醇、煤基清潔能源、煤制天然氣等企業發展就比較迅速。現在煤化工企業規模較之前有了很大提高，而且用到的生產設備也越來越多，很多都是大型動、靜設備，或者是高溫高壓設備，做好它們的維護工作是化工企業正常運行的基礎。基于此，本文結合目前化工企業的管理運行的實際工作，探討在企業中設備管理的重要性以及管理策略的應用，意在推進管理工作的升級優化。

1 時代背景和前沿趨勢

當前國際形勢下，國際產業格局面臨重大調整，圍繞搶奪制造業制高點的競爭愈演愈烈，各個國家結合自身產業發展優勢不斷加強戰略總體布局和理論方法創新，著力打造信息化背景下國家制造業競爭的新優勢。我國在2015年提出“中國制造2025”的戰略目標，在未來十年的主攻方向是智能制造，結合兩化融合，強化中國制造在裝備系統和數字化方案上的低成本優勢，推進中國從制造大國向制造強國轉型。經過數十年發展，我國流程工業產業結構逐步優化，關鍵技術不斷取得突破，已發展成為世界規模最大的流程工業制造國家，然而在流程工業生產制造總體效能上仍與國際先進水平存在差距。如何積極應對全球化制造新形勢帶來的機遇和挑戰，有效利用現代信息技術，解決目前流程工業在經營決策層面、生產運行層面、能效安環層面以及信息集成層面存在的瓶頸問題，推進以高效化、綠色化和智能化制造為目標的流程工業穩步發展，實現全面生產管理以及營銷模式的變革，是流程工業實現高端制造的關鍵。

2 煤化工企業智能制造關鍵內容與相關技術

在當前互聯網數字經濟時代，智能化建設由量變到質變的過程，需要互聯網與制造業深度融合。企業發掘新動能，提高企業核心競爭力的主要難點是資金流、物質流、能量流和信息流的集成和高效調控。結合兩化融合的最新的發展技術，流程型智能制造企業應當重點依托信息物理系統，以潞安集團180萬噸煤基合成油項目（下簡稱180項目）為成功案例，從以下幾個層面入手，分析相關基礎理論與關鍵內容。

2.1生產運行智能化

流程工業制造過程通常采用由經濟優化層、計劃調度層、先進控制層、基礎控制層等不同功能層組成的分層遞階結構，如何根據實際過程的動態實時運行情況，從全局出發協調系統各部分的操作，是生產運行智能化的核心。為了解決該問題，需要將物質轉化機理與裝置運行信息進行深度融合，將生產計劃與設備進行深度關聯和數據建模，實現對生產過程的精確監控和分析，進而計劃的動態優化，形成以需求為驅動的敏捷規模生產。企業利于大數據平臺，建立多數源的對比分析、相關性分析和預測分析模型，優化控制參數，指導生產操作。

180項目依托智能建設的整體規劃設計分步實施，實現控制、管理、經營一體化。項目的控制系統和信息管理系統的總體結構分為三層，即：過程控制層（PCS）、生產運行管理層（MES）、生產經營管理層（ERP）。目前180項目已建成過程控制層涵蓋生產過程、公用工程、原料產品、成品進出廠等全過程，包括22個生產單元使用DCS集散控制系統，1個單元使用PLC控制系統，共計18290點，實現自動化控制，對產品品質在線實時監測，后期擬建立工藝流程先進過程控制（APC）和在線實時優化控制（RT-OPT）實現自動優化流程控制;在建的MES生產執行系統以生產綜合指標為指導，利用信息化手段制定生產計劃，執行優化調度，對生產過程進行優化管理，將生產控制層的實時數據進行處理形成統一的生產數據平臺，為準確決策提供依據，并承擔各區域的協調管理、總調度管理;生產經營管理層（ERP）集成企業的關鍵信息和核心數據，建立一體化的經營管理平臺，實現物流、價值流和信息流的綜合管理。

2.2設備管理智能化

流程型企業都是重資產企業，新裝置、新設備不斷增加，設備不斷向大型化、集約化方向發展，核心設備長周期、高負荷運行，設備是否受控直接影響到安全和生產。當前設備管理智能化建設的方向主要依托信息物理系統（CPS）和三維虛擬技術，建立虛擬工廠，集成集成設計、生產和維護等各類數據，實現數字化、可視化。建設故障診斷和預測性維護中心，根據各種傳感器實時采集設備運行數據，運用智能監測設備、分析軟件，對設備進行狀態監控，通過問題分析、故障預測，確保設備的穩定和健康。

180項目根據整體規劃，目前正在進行設備的生命全周期管理系統（ETM）的調研實施工作。系統上線后通過運用新型傳感技術和大數據分析建立設備的數學模型，對設備的預測性維護、狀態監控和故障分析提供科學、系統的支撐，實現設備的健康管理和安全管理，提高設備的完好率和運行效果，有效降低設備維修成本，保證生產穩定運行。系統建成后可預見的節約成本在800萬元/a以上。

2.3環保管理智能化

生產過程產生廢水、廢氣、廢渣甚至危化品，為了確保安全生產，其核心就是建立生產制造全生命周期安全環境足跡監控與風險控制的手段。如何通過傳感、檢測、控制以及溯源分析等新方法和新技術，突破流程工業安全環境足跡監控與溯源分析及控制的基礎理論與關鍵技術，是實現綠色制造的迫切需求。企業建立大數據分析，應用自動識別污染物技術和擴散模型，實現實時監控數據異常情況的溯源分析。對廢水廢氣污染物等智能實時分析監測及報警管理系統，實現在線環保監測、污染物監控。

180項目注重可持續性發展，在保證生產情況下，對于環境治理和污染物零排放做著不懈努力。通過運用新型監測監控技術和專項應用系統，運用煤、油、化、電、熱一體化、棄采高硫煤的清潔高效利用、甲烷與二氧化碳重整技術實現廢棄利用、焦爐氣耦合、余熱蒸汽發電回收低能熱能、合理利用空分氮氣實現焦爐干熄焦、廢渣綜合利用生產建材、聯產合成氨作為硝基化工原料、污水深度處理回用等國內外先進技術工藝，實現噸油耗水6.8噸、噸油綜合能耗折標煤3.5噸;二氧化碳與甲烷重整、輸送粉煤，實現減排150萬噸/a，實現高技術應用、高效能循環、高品位展示、低碳、低能耗、低排放的綠色環保要求。

2.4決策管理智能化

決策智能化核心是要解決如何深度融合市場和裝置運行特性知識進行管理模式的變革。由于企業生產計劃的不確定因素眾多，原料采購價格和市場需求多變，給企業生產運行和經營管理的決策帶來難題。同時目前企業的原料采購與裝置運行特性關聯度不高、產品生產與市場需求脫節。因此，以大數據、知識型工作自動化為代表的現代信息技術為制造過程計劃和管理的優化決策帶來了契機。運用互聯網大數據，建立經營管理輔助決策模型，并與生產實時決策系統聯動。系統與市場信息集成，及時準確預測成本，快速響應變化，實現全局性科學決策優化，由經驗型決策管理模式向智慧決策管理模式轉變。建立跨專業、縱向集成的管控一體化管理平臺，建成決策層、管理層和執行層的業務集成在線優化閉環管理，將企業要求由決策層傳遞到管理層、作業層，將效益指標分解為操作指標。

180項目建立完成了生產經營管理系統（ERP），集成了企業的關鍵信息和核心數據，使經營管理平臺一體化，實現經營管理端到端的高度協同一致性。

結語

隨著科學技術的飛速發展，先進制造技術正在向自動化、信息化、智能化方向發展，智能制造日益成為未來制造業發展的核心內容。發展智能制造已經成為實現制造業從低端加工制造向高端智能制造轉變的重要途徑，成為制造業升級轉型的內在的必須要求。同時，將智能制造這一新興制造技術在流程型行業快速移植、轉化、升級，通過規模化生產，可以盡快收回技術研究開發的投入資本，從而持續推進新一輪的技術創新，推動智能制造技術的進步。

參考文獻：

[1] 國務院關于印發.《中國制造2025》的通知[Z].2013，（21）：104-104.

[2] 熊曉洋.大型流程型企業智能工廠建設探索[Z].