工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于石油化工設(shè)備域中

師恩容 耿玲玲 金林珠/文

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能加快發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)模式正在發(fā)生深刻變革。加快石油化工生產(chǎn)智能化，推動(dòng)精細(xì)化工生產(chǎn)柔性化是每一個(gè)石化企業(yè)的迫切的任務(wù)之一。

石油石化工業(yè)屬于流程性制造業(yè)，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)過程連續(xù)性強(qiáng)且較為繁瑣，加工過程基本處于全封閉狀態(tài)，整個(gè)設(shè)備運(yùn)行條件苛刻，大多數(shù)物料屬于危化品，具有潛在危險(xiǎn)性，提高石化工業(yè)的自動(dòng)化、智能化水平，對(duì)石油石化工業(yè)持續(xù)健康發(fā)展至關(guān)重要。

設(shè)備域在石油化工產(chǎn)業(yè)中起到了生產(chǎn)工具的作用，是我國(guó)石油化工企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。設(shè)備域的監(jiān)管也是國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局每年在安全生產(chǎn)中的重點(diǎn)之一。以中石化、中石油和中海油為代表的石油化工企業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展已經(jīng)在采掘、煉油、化工等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)眾多生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化控制與管理，逐漸實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域的自動(dòng)化控制。但過去的發(fā)展中，企業(yè)內(nèi)和企業(yè)間信息化建設(shè)主要是圍繞專項(xiàng)工程開展，缺少橫向協(xié)調(diào)與聯(lián)通，這樣也導(dǎo)致了整個(gè)石油石化企業(yè)缺乏對(duì)于工業(yè)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的統(tǒng)一把控和綜合利用。如何從海量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)中挖掘出有效的信息，為操作人員提供對(duì)裝置運(yùn)行狀態(tài)分析及時(shí)準(zhǔn)確，防止事故的發(fā)生，是確保企業(yè)安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。因此，故障監(jiān)測(cè)與診斷作為計(jì)算機(jī)集成過程運(yùn)行系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，正日益受到先進(jìn)國(guó)家的高度重視，為提高復(fù)雜系統(tǒng)的安全性與可靠性開辟了一條新的途徑。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，隨著工業(yè)智能場(chǎng)景的不斷落地，融合共生的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系建設(shè)成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系中，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)管理等信息技術(shù)不斷發(fā)展，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的人工智能輔助決策則為工業(yè)帶來第一個(gè)革命性的改變，這一改變擺脫人類認(rèn)知和知識(shí)邊界的限制，為決策支持和協(xié)同優(yōu)化提供可量化依據(jù)。

輕便的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)改造方式對(duì)設(shè)備域產(chǎn)生的作用

與消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)和管理互聯(lián)網(wǎng)不同，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聚焦于工業(yè)設(shè)備層面。通過部署一系列的組件，對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)價(jià)值提煉，在企業(yè)原有的互聯(lián)網(wǎng)管理基礎(chǔ)上對(duì)平臺(tái)進(jìn)一步優(yōu)化，使得其具有工業(yè)屬性。

中國(guó)石化集團(tuán)進(jìn)行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)改造，改造過程中增加包括物聯(lián)網(wǎng)接入工具、機(jī)理模型庫、組態(tài)建模工具和云端IDE集成開發(fā)環(huán)境四個(gè)組件工具，使原有云服務(wù)平臺(tái)具有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)接入、設(shè)備分析處理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可視化、工業(yè)應(yīng)用集成開發(fā)等方面的運(yùn)作能力，并最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備的感知應(yīng)用，如圖1所示。

圖1 改造后云服務(wù)平臺(tái)

物聯(lián)網(wǎng)接入工具物聯(lián)網(wǎng)接入工具是一個(gè)專注工業(yè)數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用的邊緣側(cè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，為用戶提供設(shè)備接入、網(wǎng)關(guān)配置管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、二次開發(fā)、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等功能和服務(wù)。通過HTTP（S）或MQTT協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與云平臺(tái)可靠連接通訊，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至大數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析處理，生成數(shù)據(jù)提供APP調(diào)用。

具體實(shí)踐中，以擠壓機(jī)為例，將擠壓造粒機(jī)中主齒輪箱主數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)以設(shè)備模型的形式進(jìn)行綁定，形成部件與測(cè)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系建立，在此基礎(chǔ)上接入齒輪箱DCS和傳感器測(cè)點(diǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，形成設(shè)備的統(tǒng)一接入，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并轉(zhuǎn)發(fā)用于機(jī)理模型中主齒輪箱故障預(yù)測(cè)進(jìn)行分析。

機(jī)理模型庫構(gòu)建機(jī)理模型組件庫，支持集成OpenModelica建模軟件，提供基于Modelica、Python語言構(gòu)建多領(lǐng)域物理模型的統(tǒng)一管理及服務(wù)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)機(jī)械、液壓、熱力、電氣和控制等機(jī)理模型組件快速構(gòu)建、仿真和統(tǒng)一管理，支持機(jī)理模型組件的上傳、下載、管理、監(jiān)控等，面向集中監(jiān)控分系統(tǒng)、智能監(jiān)測(cè)分系統(tǒng)、裝備運(yùn)維與健康管理分系統(tǒng)、感知測(cè)量分系統(tǒng)等提供故障診斷、數(shù)據(jù)分析等機(jī)理模型組件共享、管理以及在線調(diào)用等支撐服務(wù)，為科研人員提供機(jī)理模型構(gòu)建工具的目的。

具體實(shí)踐中，以擠壓造粒機(jī)為例，將擠壓造粒機(jī)中主齒輪箱故障預(yù)測(cè)與壽命預(yù)測(cè)模型，通過機(jī)理模型庫自帶的建模軟件進(jìn)行相關(guān)機(jī)理算法，并注冊(cè)到機(jī)理模型庫中，通過物聯(lián)網(wǎng)接入將測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)帶入模型計(jì)算，形成相應(yīng)的報(bào)告數(shù)據(jù)反饋給設(shè)備接入。

組態(tài)建模組態(tài)建模工具通過圖形組態(tài)、可視化建模，面向不同工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，提供快速發(fā)布一套監(jiān)控系統(tǒng)的全流程服務(wù)。組態(tài)建模基于純web的解決方案，對(duì)業(yè)務(wù)場(chǎng)景（如聚乙烯生產(chǎn)線等）進(jìn)行統(tǒng)一組態(tài)建模發(fā)布，提供簡(jiǎn)單易用的圖形編輯平臺(tái)，用戶可快速構(gòu)建所需業(yè)務(wù)場(chǎng)景。組態(tài)建模的即編即用功能特別適合部署云的監(jiān)控開發(fā)組件，為工程人員遠(yuǎn)程維護(hù)、調(diào)試、升級(jí)提供了極大的方便。

以擠壓造粒機(jī)為例，將擠壓造粒機(jī)主齒輪箱及增加傳感器的BOM結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將所有傳感器在組態(tài)建模上進(jìn)行布點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)將物聯(lián)網(wǎng)接入傳感器數(shù)據(jù)疊加到布點(diǎn)上進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。

云端IDE開發(fā)環(huán)境面向開發(fā)者提供低代碼開發(fā)、微服務(wù)及數(shù)據(jù)治理、流程建模、API集成、BI可視化、算法建模、組態(tài)建模等一站式云端集成應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，并提供設(shè)備管理等基礎(chǔ)服務(wù)組件，滿足業(yè)務(wù)場(chǎng)景落地需要。

例如，擠壓造粒機(jī)的云端IDE集成開發(fā)環(huán)境構(gòu)建擠壓機(jī)設(shè)備運(yùn)行服務(wù)微應(yīng)用，將擠壓造粒機(jī)主齒輪箱進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)疊加主齒輪箱設(shè)備運(yùn)行的臺(tái)賬列表、各設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)數(shù)據(jù)及組態(tài)建模可視化數(shù)界面和主齒輪箱的故障診斷報(bào)告數(shù)據(jù)，支撐設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)端查看與管理。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在石油石化設(shè)備域產(chǎn)生的價(jià)值

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的工業(yè)智能系統(tǒng)在降低成本、提高效率、提升產(chǎn)品和服務(wù)品質(zhì)三個(gè)方面有著顯著的效果，這也是推動(dòng)工業(yè)企業(yè)實(shí)施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的最大動(dòng)力。

降低成本基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的工業(yè)智能系統(tǒng)對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與報(bào)警、故障診斷、預(yù)測(cè)性維護(hù)、遠(yuǎn)程運(yùn)維、能源管理、安全管理等工業(yè)模型實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一高效管理，能有效幫助工業(yè)企業(yè)降低人員成本、運(yùn)維成本、資源及能源成本等生產(chǎn)成本，并能減少因設(shè)備故障、計(jì)劃外停機(jī)、安全事故等導(dǎo)致的意外損失。

提高效率基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的工業(yè)智能系統(tǒng)將對(duì)數(shù)字孿生、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興工業(yè)模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，有效支撐制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、智能決策的生產(chǎn)效率提升，具體表現(xiàn)在縮短研發(fā)周期、縮短交付周期、提升資源利用效率、提升員工工作效率、提高供應(yīng)鏈運(yùn)作效率等方面。目前基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的員工賦能等創(chuàng)新應(yīng)用顛覆了傳統(tǒng)的師徒傳承模式，能快速提升員工工作技能，提高作業(yè)效率。

提升產(chǎn)品和服務(wù)品質(zhì)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的工業(yè)智能系統(tǒng)對(duì)機(jī)器視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)感知等智能模型實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化管理，通過精準(zhǔn)化的模型調(diào)度，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理、工藝優(yōu)化、產(chǎn)品全生命周期管理等深度應(yīng)用，幫助工業(yè)企業(yè)提升產(chǎn)品合格率、降低產(chǎn)品故障率、推動(dòng)產(chǎn)品持續(xù)優(yōu)化、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可追溯、提升售后響應(yīng)速度、不斷延伸客戶服務(wù)等。其中，提升產(chǎn)品合格率的經(jīng)濟(jì)價(jià)值最為顯著，也是工業(yè)企業(yè)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要訴求。