化工智能化發展與職業教育專業目錄修（制）訂工作的思考

全國石油和化工職業教育教學指導委員會副主任兼秘書長 于紅軍

最近，我走訪一些石油和化工企業，目睹了現代石油和化工行業的智能化發展，應該說“未來已經來了”。智能化的發展在化工行業已經進入到了一個特有的階段，推動了整個業態的改變。從行業發展上來說，有很多需要我們關注的地方，但是智能化對業態的影響是一個突破點，新的職業教育專業目錄修訂把智能化時代催生的工業變革作為聚焦點，我認同。現在化工行業的智能化到底發生什么樣的變化，今天我和大家一起分享一下，同時談一下對職業教育專業目錄修（制）訂工作的認識。

2020年，職業教育專業目錄修（制）訂工作定位和聚焦到專業升級與數字化改造，化工技術類專業的研制工作在石化行指委指導、行指委相關的專委會積極配合下開展工作，進展順利。

我想講四個方面，分別是：我們服務的石油和化學工業、化工行業發展及智能化迭代、智能化技術下生產新業態、強化石化行指委指導作用。

一、我們服務的石油和化學工業

石油和化學工業是我國國民經濟的能源原材料產業、基礎產業和支柱產業，具有資金技術密集的特點。給大家提供一些化工行業的數據：化工行業總產值現在占全國工業總產值的12%左右；化工行業生產4 萬多個化工產品，滲透在95%以上的工業領域中；我國石油和化工行業貢獻了超過40%的世界行業產能。

我國是名副其實的世界第一的石油和化工大國，但卻不是石油和化工強國。一場疫情，讓我們更加清楚地看到化學工業是極富創造性的工業領域，是名副其實的可以產生新物質的行業，化工可以解決人類面臨的資源短缺、環境污染、重大傳染性疾病等許多困難，為人類創造更美好的生活。

全球進入經濟至暗時刻，也深刻影響全球石油和化工產業。在疫情防控中，很多化工人成為美麗的逆行者，為國內外抗疫生產出熔噴布、消毒劑、護目鏡、醫療用品、塑料包裝等大量化工產品。化工企業為了支撐整個抗疫過程，加班加點工作，中石油和中石化很快就上了熔噴布之類的項目，再如奧克控股集團股份公司生產的消毒劑等，均對抗疫起到了非常有效的作用。化工造福人類的形象凸顯，“談化色變”的化工形象有所改變。

“十三五”期間，我國經濟保持穩定增長，年均增長率高于各大經濟體，具體如表1所示；我國石化產業堅持綠色可持續穩步發展，具體發展情況如表2所示。

表1 “十三五”期間，中國國內生產總值和經濟年均增長率

表2 “十三五”期間，中國石油和化工產業收入

二、化工行業發展及智能化迭代

現代化工的一系列變化最核心、需要聚焦的是智能化迭代問題。智能化迭代在化工行業中到底是什么位置？

（一）加快數字化與化工轉型發展的快速融合

從化工行業發展趨勢及創新明確看出：

一是產業鏈從中低端向中高端轉型和躍升。化工行業面臨淘汰過剩和落后產能，轉型升級。

二是新技術和自主創新能力在提升。現在由于“卡脖子”問題很嚴重，如電化學產品，化工新材料領域，關鍵基礎材料進口率達到40%以上。我國還存在著生產技術落后的問題，并且隨著外企進入，中國化工市場競爭日趨激烈。

三是粗放型的生產模式向提高資源利用率、節能降耗轉變。由于管理效率低下，基礎原材料產品的平均能耗比國際上先進水平高出20%左右。

四是資源型生產向深加工發展。提高化工的精細化生產能力是發展方向之一。發達國家化工的精細化率60%，比我國高出20%。中石油提出“油頭化尾”發展布局，我們還在化工的前端徘徊，深加工以及后續的發展仍需持續解決。

五是綠色化工、可持續發展。需要加快應對資源、環境制約的挑戰。

六是化工生產智能化發展是化工業內最聚焦的核心點。智能化將是推動我國石化行業向高效、綠色、安全以及高質量發展的重要驅動力和重要引擎，已經被提到非常高的位置。

（二）推進新科技革命與產業變革

疫情推進了新科技革命與產業變革的進程。在5G、工業互聯網和人工智能三足鼎立支撐下，石化產業正在形成智能化下的產業迭代。自動調節和控制生產過程，實現生產穩定、安全、可靠運行。優化工業軟件的使用，管理生產計劃，提高生產效能、降低能耗物耗；為安全生產和高質量發展保駕護航。智能化發展從根本上改變傳統產業的技術基礎、組織模式和商業形態，減少經濟增長對于體力勞動的需求，形成對人類腦力勞動的大規模替代。化工行業面對學校招生和企業招工雙重困難，為了解決大量的腦力勞動和體力勞動問題，需要比其他行業企業更加關注智能化問題。

（三）智能化迭代需要復合型人才儲備

我國石油和化學工業是典型的技術密集型、人才密集型產業，匯集了接近2 000 萬人的產業大軍，約30 萬家生產企業，其中規模以上企業約2.7 萬家。大量的中小企業在整個產業用人短缺的情況下，尤其在疫情期間，面臨著無人可用、因缺人不能開工的難題。因此，企業紛紛加快數字化轉型與智能化提升的步伐是必然的。一方面的原因是技術發展到了一定程度；另一方面是行業的特殊性，化工智能化發展所需要的復合型人才儲備嚴重不足。目前，學校還未意識到、專業的轉型太慢，課程體系仍然比較陳舊。

《流程工業》最近發布了對500 家流程工業企業的數字化建設情況市場調查數據，如圖1所示。

圖1 500 家流程工業企業的數字化建設情況市場調查數據

調查顯示：500 家流程工業企業中，七成的企業已經將數字化轉型作為重大戰略之一，超過95%的企業開展了數字化的相關工作，還有不到3%的流程工業企業目前還未涉及數字化、智造轉型的課題。這可以從一個側面反映出現代化工企業的新業態。

面對數字化浪潮，企業重視復合型人才儲備。因此，為了打破業務孤島，數字化人才培養在企業已經先于學校行動起來了。很多企業已經有計劃地培養數字化人才，制定數字化人才培養計劃的企業達到61%以上。具體數據如圖2所示。

圖2 500 家流程工業企業的數字化人才培養調查數據

企業的數字化轉型對數字化人才提出越來越高的需求，絕大部分的企業具備了數字化人才儲備的意識，設置了明確的崗位職能，如37.27%的企業在現有職能中添加與數字化相關的職責，構建了數字化人才職能發展體系，如接近23%的企業設置了首席數字官（CDO）、數字化專員等明確崗位。具體數據如圖3所示。

圖3 500 家流程工業企業的數字化人才需求調查數據

三、智能化技術下化工生產新業態

（一）智能化技術在化工生產中的應用

智能化技術生產的業態到底是什么樣的？石化行業大力推進智能化技術在在化工生產全過程的應用。石油和化工行業的五年規劃《石化和化學工業發展規劃（2016—2020年）》中，明確提出利用大數據技術發展石油化工產業。

1.流程工業DCS 控制系統是“大數據金礦”

化工是流程工業，具有數字化管理的優勢，DCS控制系統是“大數據金礦”。化工生產是流程工業的典型代表，早在30年前已經采用集散控制系統總控操作，積累了工業DCS 大數據。化工企業在運行過程中生成并存儲的大量工業數據，構建出化工產業大數據研究的“數據金礦”。通過大數據在化工領域的應用，實現化工企業感知、預測、協同、分析、控制和優化能力的提升是化工領域大數據研究的長期目標。

2.大數據在化工領域應用

石化領域數字化控制起步早，是國家智能制造第一批試點領域。數字化走過3 個層級：首先是數字化，DCS 積累了大數據；然后是數字化和網絡化結合，實現網絡化下的數字化分析；再下一步是數字化+網絡化+智能化，在之前的基礎上增加了智能干預，使生產安全與產品質量進一步提高，替代了大量的人類體力勞動和腦力勞動）。

有專家認為，大數據在化工領域應用的1.0 階段：自2010年起，國內少數石化企業已開始了智能工廠的示范探索，以企業信息系統建設與應用為核心，并開展了部分業務領域的智能化優化嘗試。

大數據在化工領域應用的2.0 階段：自2015年以來，企業以智能化優化技術為核心，以提高企業效益和綜合競爭力為目標，對全生產過程開展智能化優化技術研發。初步在生產過程優化智能化、供應鏈優化智能化、資產全生命周期管理智能化等方面取得成效，如中國石化九江石化是國家首批認可的石化領域智能制造示范企業，中石化9 個試點企業目前都有可喜成果。

3.化工大數據下的智能化工

向大家介紹2 個化工大數據與工業軟件的應用案例。

第一個是采用工業DCS 數據，聚全氟乙丙烯樹脂合成工序和氟橡膠聚合生產過程中通過BDMOS 軟件（Big Data Mining Optimization System，大數據挖掘優化系統）進行數據處理，實現了生產優化及產物合格率的提高。

第二個是燕山石化以HAZOP 軟件作為大數據分析基礎，構建了包括動靜態設備、儀表、電氣等預測性維護系統，實現故障診斷和劣化趨勢預測——化工危險與可操作性分析。

這是一項非常了不得的應用，現在各級安監和應急管理部門也在推化工危險與可操控性分析，中國化工教育協會2020年申請下來HAZOP 的1+X 證書，也是最早申請下來的化工安全操作智能化分析方法（HAZOP）證書。在化工操作中有了危險與可操控性分析，就智能化程度而言，可以完成人類不能預知的安全隱患，能夠把操作規范到最正確的軌道上，把最優秀的操作思路、最好的操作工的做法設定好。就像最有經驗的老師傅把規范模型做出來，無論誰來操作這臺機器，危險與可操控性分析都會引導操作者無限趨近最優化、最安全，這就是智能化在化工生產中的重要應用。

（二）化工行業智能化研究應用重點

現代化工智能化研究是多方位研究，除了大量工業軟件在滲透之外，主要體現在幾個“價值”上進行的深入研究和應用。

1.工藝排程與調度。價值在于優化生產過程，改善設備運維。

2.化工危險與可操作性分析。價值在于異常工況診斷，安全可控。

3.在線實時監測。價值在于預測產品檢驗與質量管理，提高質量。

4.能耗實時監控。價值在于提升生產效率和產品質量，減少生產成本和資源消耗。

5.物流和產品鏈協調。價值在于產業鏈優化和下游需求匹配。

6.生產業態優化。提高生產自動化水平，減少勞動強度，提高工作效率。

7.加快智能制造技術相匹配的人才培養與供給。

這些都是全新的業態，而缺少相應人才的問題，需要教育界來盡快彌補。

（三）智能化工廠幾個方面應用

1.數字化工廠

建立全廠統一的數據管理平臺，實現生產運營的數字化、可視化、集成化，從而提高企業生產效率和安全運行能力。

2.智能專家系統

化工企業的核心設備大型機組及關鍵生產過程目前都建立了遠程專家監控管理系統，將互聯網與大數據技術相結合，通過建模實現計算機的自學習能力（智能化）。建模非常關鍵，把化工有關的控制原理整個輸入到程序中，讓計算機有足夠的智慧來理解化工過程的危險分析，將實際運行趨勢與擬合趨勢圖做比較分析，偏離正常范圍的數據將自動發出預警功能，實現智能化預警和智能化的數據分析。這樣動態的海量數據分析是人類專家所無法比擬的。目前，我了解到不少企業的智能化分析情況，如湖北三寧化工股份有限公司的智能化控制就非常有特色。

⑴ 數字化工廠：新建項目自帶數字化工程基因

現在的化工生產企業只要建廠就自帶數字化（工程）基因，不是隨便建廠，而是在建廠之初，首先請專家設計智能化控制體系。2019年12月30日，我們考察湖北三寧化工60 萬噸/年乙二醇項目。該項目在建設中將數字化技術應用于生產和運營的各個場景納入工程建設計劃，做到化工生產全生命周期的優化，以數字化貫穿產品與生產的石化智能工廠建設整個過程，極大提升了生產及管理水平（圖4）。

圖4 湖北三寧化工60 萬噸/年乙二醇項目

我們在參觀山東濱化集團時，企業領導帶我們進入大門的第一個房間見到了能耗實時監控系統（圖5）。當班班組的能耗，包括耗水、耗電、耗原材料等，具體消耗數值當班就能知道，而且立刻得到企業在全國的具體能耗水平。企業領導說，“我不怕產品賣不出去，全國比能耗是最低的，價格有優勢。”這就是化工企業的生存之道。

圖5 山東濱化集團有限責任公司的能耗實時監控

⑵ 中石化智能工廠建設：成效明顯

2013年，茂名石化（圖6）、九江石化（圖7）、鎮海煉化（圖8）、燕山石化（圖9）四家企業作為中石化智能工廠試點項目建設單位。

圖6 茂名石化

圖7 九江石化

圖8 鎮海石化

圖9 燕山石化

據報道：茂名石化構建總部、企業應急指揮中心和現場指揮部三級一體化應急平臺，為實現“信息互通、數據同步、快速接警、綜合研判、科學決策、聯動指揮”的扁平化控制提供了保障，即將總部的專家管理延伸到一線，提高了應急處置協同能力。

九江石化的試點項目，員工總數減少12%，班組數量減少13%，外操室數量削減35%。“可視化”是九江石化“智能工廠”建設的重要特征，也是未來信息技術的重要發展方向。

鎮海石化企業生產組織模式變化，監控8 000 個監控點僅需要7 名員工。

燕山石化開創“黑屏操作”新模式（無報警屏幕不亮，報警時屏幕高亮顯示），最長黑屏時間可達4 個小時，53 套裝置的操作站實現生產正常狀態下操控臺黑屏、生產異常狀態下系統自動精準警示。降低了一線職工勞動生產強度，提高了應急響應速度和處理能力，明確降低了一線職工數量。

這就是現代化工發展的趨勢。四家第一批試點企業生產數據自動數采率達到90%以上，外排污染源自動監控率達到100%，企業生產組織模式發生重大變化。

2018年9月5日，中國石化智能工廠推廣項目初步設計通過評審，將進一步打造齊魯石化、天津石化、上海石化、金陵石化、海南煉化、青島煉化等6家成熟的煉化行業智能工廠。

3.人工智能巡檢系統

人工智能巡檢系統可以制定巡檢路線，結合人員定位系統，佩戴智能巡檢儀器將裝置的情況采用拍照、錄像等方式，通過網絡傳送至控制中心，并與控制中心人員實時對話，及時解決隱患和故障。自動生成臺賬及日志，進一步規范管理。提升企業生產安全等級，提升管理效率。人員背負監測儀器，走過巡檢路線，這個方案明顯提高巡檢質量，原因是人員所佩戴的溫度測試器、氣體測試器等一切可能泄漏的有危險性氣體的靈敏度測試儀器，在人聞不到味時或看不到設備內部溫度變化時，設備就報警了，這是巡檢時人做不到而儀器能做到的。智慧巡檢提升了企業生產安全等級和管理效率。

4.機器人應用

機器人也進入了化工操作領域。

⑴ 無人機應用

無人機在中石油的前期即石油開采和管道輸送中應用量非常大。無人機一般用于高遠處的設備巡檢，自身搭載專業航拍設備（高清攝像機、紅外熱像、氣體感應儀等），并回傳到地面站或監控中心。根據巡檢任務的不同，有針對性地選擇檢測位置，搭載設備（圖10）。

圖10 機器人應用

⑵ 各類機器人應用（機器換人）

從根本上解決枯燥的重復性工作,解決了人工容易出現的操作隱患，而且降低生產運行成本，提高了生產質量。如無人駕駛車，油罐清潔機器人、運維機器人、無人消防車等技術已在生產中廣泛運用（圖11）。雖然要投入更多的成本，但是可以確保員工安全。

圖11 滅火機器人

⑶ 機器人化學家

近期見到報道，利物浦大學的研究人員開發出具有人形特征，可以在標準實驗室中自己工作的AI化學家機器人，在8 天時間里獨立完成了668 個實驗，并研發出了一種全新的化學催化劑。這種機器人具有無限的耐心，可以同時考慮數十個維度的變量，每天工作21.5 個小時。

應用機器人員工可為企業提高生產效率、降低生產成本、提高產品技術含量、擴大企業競爭實力。此外，隨著勞動力市場供給減少，部分高危行業面臨勞動力短缺。這可能成為機器人很快“上崗”的又一推動因素。

化工已經發展到這個程度，化工的教育是否需要進行調整？這就要求學生會操作無人機、機器人。化工數字化人才需求要求學校了解企業數字化生產管理、自動化運行的思維方法；要求學校參與企業數字化改造和優化工作，生產模式變革以及流程重構；要求學校熟悉數字化工具、數字化技術的使用價值和使用方法。化工智能化要求具有較高知識水準，復合型技能結構的一線專門技術人才。

現在企業一線一般不會讓學生修改工藝參數，工藝參數都是由計算機控制的。因此，現在教授化工工藝學需要學生理解工藝的原理、了解邏輯關系以及自動化控制工藝流程，要具備智能化設備的維護能力和檢測能力。現代化工企業需要具備化工機械知識、化工儀表知識、分析檢驗知識等方面一系列背景的復合型人才，特別是需要技術開發人才。

四、強化石化行指委指導作用

石化行指委正處于換屆階段，新一屆行指委正在籌建。

（一）組建新一屆石化行指委

受教育部委托，中國化工教育協會作為全國石油和化工職業教育教學指導委員會牽頭單位組建新一屆全國石油和化工職業教育教學指導委員會。2020年7月，《關于上報“全國石油和化工職業教育教學指導委員會換屆工作方案》的報告”（中化教協發〔2020〕25 號）》已經報送教育部，待批。

擬從各方面推薦的行業企業、職業院校、普通本科高校和研究機構等200 余名專家中，按照行業企業40%、中等職業學校15%、高等職業學校40%、普通本科高校和研究機構等5%的比例遴選組建。石化行指委秘書處仍然設在中國化工教育協會，由石化行指委提名秘書處人員組成名單。計劃設置若干專業、課程及綜合類委員會。

（二）指導專業目錄修訂

1.上一輪專業目錄的主要調整點

一是融入企業文化及職業精神的內涵，對企業認同、對行業理解、對家國情懷的滲透，將“責任關懷”“合規”“全球契約”等理念融入教學標準中，強化立德樹人。

二是注重引入綠色化工生產技術（健康、安全、環保），以“全生命周期”為導向的綠色化工、循環經濟等內容引入專業教學標準。

三是教學過程與生產過程的緊密對接，倡導理實一體化教學，創新實踐教學形式，提高實踐教學實效。

四是中職連續三年不招生的3 個專業給予取消，新增了適應行業轉型升級的化工儀表智能控制專業方向。

目前，尚存在著教育與產業脫節、滯后問題依然嚴重的問題，因此需加快專業目錄的動態改進。

2.對新一輪專業目錄修訂提出了的指導意見

目前，化工智慧化發展進入快車道，企業對人才提出新的要求：

⑴ 不再需要生產線的“螺絲釘”，而是需要產品智能生產系統的操作者、維護者、管理者。

⑵ 除精湛的操作技能，特別需要了解智能控制原理，具備對智能網絡的高度理解和運用能力。

⑶ 會使用常用工業軟件，參與化工生產智能化開發過程的復合型的人才。

⑷ 操作人員教育層次提升。智能化工要求具有較高知識結構的一線專門技術人才，本科層次甚至碩士學歷操作人員進入化工總控室關鍵崗位。

配合石油和化學工業智能化發展，對人才需求的三步走措施：

⑴ 普及X 證書，在石油和化工相關專業普及“HAZOP”等化工人工智能技術等級證書。

⑵ 專業改造，開發工業信息化相關課程，實現人工智能+化工類專業的交叉融合。

⑶ 新建復合型專業，建議專業名稱為“過程制造智能技術”，其內涵為：過程加工制造技術+控制技術+信息技術。

另外，在化工類專業改造方面，主要圍繞“人工智能+X”展開。

2020年7月，北京化工大學在譚天偉院士領銜推進下，建立了人工智能交叉研究中心。聚焦人工智能在化工行業的融合應用：

⑴ 推動人工智能與生命、化工、材料、化學等專業的交叉融合，人工智能+X（涉化專業）。

⑵ 開展原創性重大理論與實踐問題研究，為人工智能與實體經濟融合戰略提供技術與人才支撐。

⑶ 推動人工智能創新成果在化工行業的落地應用。

3.組織開發高含金量的X 證書，對專業教學內容進行有效補充

為加強石油和化工職業院校服務行業企業發展的能力，組織開發具有現代職業技術含金量的X 證書項目。中國化工教育協會以全資企業“北京化育求賢教育科技有限公司”申報了第四批職業教育培訓評價組織。

獲批兩個項目，補充了石化類專業職業教育教學內容的短缺：

⑴ 化工危險與可操作性分析（HAZOP）應用職業技能等級證書

HAZOP 是國際公認的可極大提高工廠生產安全性、可靠性的一種安全評價方法，國家安監總局明確要求我國危險化學品建設項目要進行HAZOP 分析。

⑵ 化工精餾安全控制職業技能等級證書

化工精餾是化工生產過程中最主要的工藝之一。此證書將以典型精餾過程的工藝技術規程、操作規程、安全規程為依據，將化工精餾相關的新技術、新工藝、新規范、新要求等融入到新的職業技能標準中，是適應產業最新發展需求的化工精餾安全控制職業技能等級標準，是對專業教學內容的有效補充。

目前正在組織申報首批石油和化工職業教育X證書試點院校，希望有意向的學校積極報名。

⑴ 完善證書內涵及實施方案，推進培訓基地建設。

⑵ 開發覆蓋行業最新技術發展的X 證書項目。

4.組織制定國賽改革試點賽化工類賽項規程

組織全國職業院校技能大賽改革試點賽。化工類賽項規程制定包括中職組工業分析檢驗賽項規程和高職組化學實驗技術賽項規程。

借鑒世界技能大賽標準規范（WSSS），本行業企業知識、技能的國際共識。對知識和理解的評價通過對表現的評價實現，指導職業教育教學內涵的改革。

最后，為大家播放森麒麟輪胎（泰國）有限公司的宣傳片，讓我們體會現代智慧化工企業的驚艷之處。

2018年我到森麒麟輪胎（泰國）有限公司考察，這是青島森麒麟輪胎股份有限公司在泰國建的輪胎智能制造生產基地，設計產能1 000 萬條半鋼子午線輪胎。由于在泰國生產用工很困難，因此做了非常好的智能化開發，使員工數量減少2/3，實現生產過程的“自動化、信息化、智能化、數字化、可視化、可溯化”，以智能化示范工廠推動輪胎行業智能制造（圖12、圖13）。

圖12 森麒麟輪胎（泰國）有限公司

圖13 森麒麟輪胎（泰國）有限公司