煉化企業設備智能化建設探索與實踐

何旌旗 王華 呂斌 楊傳江

第一作者簡介：何旌旗（1985-），男，工程師。研究方向為智能工廠、設備管理。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.022

摘? 要：數字化轉型智能化建設是新信息技術迅速發展背景下企業創新變革、提質增效、提升競爭力的必然選擇，是企業高質量發展的重要抓手。煉化企業具有支撐國家經濟發展的重要意義，應抓住機遇面對挑戰，加速信息化建設，強化技術和管理創新，助力企業產業結構升級。設備作為煉化企業生產的關鍵要素，是數字化轉型智能化重點建設內容之一，如何開展設備數字化智能化建設成為企業重點研究的問題。該文在國家“十四五”信息化和工業化深度融合發展的背景下，并結合新一代信息技術的應用，對煉化企業設備智能化建設的意義進行探討，并提出設備智能化建設架構和基本思路，希望對煉化企業設備智能化建設提供參考。

關鍵詞：智能工廠；數字化轉型；設備智能化建設；設備管理；煉化企業

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）12-0100-04

Abstract： Digital transformation and intelligent construction is the inevitable choice for enterprises to innovate， improve quality， improve efficiency and enhance competitiveness under the new information， and it is also an important starting point for the high-quality development of enterprises. Refining and chemical enterprises are of great significance to support national economic development. They should seize the opportunity to face challenges， speed up information construction， strengthen technological and management innovation， and help enterprises upgrade their industrial structure. Equipment， as a key element of production in refining and chemical enterprises， is one of the key construction contents of digital transformation and intelligentization. How to carry out the construction of digital and intelligent equipment has become a key research issue for enterprises. In the context of the deep integration of informatization and industrialization in the "14th Five-Year Plan"， and based on the application of new generation information technology， this paper discusses the significance of intelligent equipment construction in refining and chemical enterprises. and put forward the construction framework and basic ideas of intelligent equipment， hoping to provide reference for the intelligent construction of equipment in refining and chemical enterprises.

Keywords： intelligent factory; digital transformation; intelligent equipment construction; equipment management; refining and chemical enterprises

隨著新一輪科技革命和產業升級，企業面臨的競爭環境日益激烈。為了能在市場中取得優勢，許多企業開始探索智能工廠的建設。在企業智能工廠的設計中，智能化控制、生產、供應鏈、經營等環節基于統一平臺的數據互聯互通，實現業務高效協同，助力企業向安全、綠色、節能、高效、柔性的方向全面提升智能制造能力[1]。設備作為基礎性生產元素和信息系統的數據來源[2]，其智能化水平直接影響企業的經營效益。因此，設備智能化建設是企業數字化轉型智能化建設的重要一環。據此，本文著眼煉化企業數字化轉型智能化建設現狀和發展方向，結合物聯網、工業互聯網、大數據分析、人工智能等新一代信息技術，提出了針對煉化企業設備智能化建設的整體思路和方案，幫助煉化企業拓展思路，明確設備數字化轉型智能化建設方向，為企業推進設備智能化建設提供參考。

1? 煉化企業設備智能化建設的必要性

煉化企業是工藝裝置密集、長下游依賴性強的高危險性生產企業，設備的長周期穩定運行直接影響企業的生產效益，通過設備智能化建設可以實現煉化企業應用系統的高度集成、數據的有效治理、設備狀態的監控與預警、設備故障的分析與診斷、設備策略優化分析與控制、業務的貫通與協同、數據分析與輔助決策等方面的智能化應用。從而促進企業設備管理變革，提升設備管理效益；有效推進數據融合，實現數據共享和信息交互；挖掘數據價值、輔助管理決策；推動人才強企建設，培育企業智能化發展文化。

2? 煉化企業設備智能化建設現狀分析

中石油、中石化屬于國內大型石油化工企業，2家企業在設備方面經過多年持續的信息化建設，開發部署了如設備管理系統、機組監測系統、腐蝕監測系統、智能儀表系統及ERP等設備應用系統，極大地支撐了設備業務的開展。但隨著信息化技術的發展，企業數字化轉型智能化建設的不斷推進，設備業務發展對信息化建設提出了更加苛刻的要求，已建的設備相關應用系統已不能滿足新形勢下設備業務數字化、智能化發展的要求，具體問題表現在：①設備狀態數據采集率較低，不能為設備運行智能分析提供可靠數據；②存在嚴重的數據孤島和信息煙囪，數據價值未能充分挖掘，設備業務未能自動貫通；③數據標準不一致，系統數據集成與治理困難；④部分應用系統技術落后、統兼容性差，不能滿足設備業務發展的新需求；⑤設備類應用系統建設分散，未能形成統一的設備綜合業務管理平臺，制約設備業務創新和發展。

3? 煉化企業設備智能化建設內容分析

3.1? 設備智能化建設整體架構設計

基于物聯網、通信、工業互聯網、5G、區塊鏈、大數據和人工智能等智能化技術，以“管理+IT”平臺化智能應用為核心，構建涵蓋新一代信息基礎設施、數據采集與治理、業務融合一體化、業務智能化及人才培養等方面的設備智能化建設架構。其主要架構體現在：①設備感知與控制。通過各種傳感器、執行器等智能設備的配置與優化，同時通過先進的技術手段實現設備的自動化、遠程化和智能化控制。②數據采集與處理。煉化企業的設備智能化建設需要廣泛采集設備數據，并運用先進的數據處理和分析技術，挖掘數據中蘊含的價值，為設備智能化分析預測和應用提供可靠數據。③業務應用。將煉化企業的實際業務需求轉化為數字化應用，并通過對數據的分析處理，實現設備的故障預測、性能優化等智能化應用，同時將各類業務數據進行整合，形成統一的數據集成平臺，滿足不同業務部門對數據的需求。③信息集成與共享。將不同系統之間的信息集成和共享，打破不同部門間的業務障礙，實現不同系統之間的數據交互和信息共享，提高整體的信息利用率和工作效率。④智能決策支持。以集成化數據為基礎，通過算法和模型的應用，為決策者提供數據支持和決策參考，并通過可視化技術等手段實現重要信息的可視化管理，幫助決策者快速做出科學決策。

依此，煉化企業設備智能化建設架構設計應以感知與控制為基礎，數據采集與處理為支撐，業務應用為核心，信息集成與共享為紐帶，智能決策支持為目標的整體設計思路。在此基礎上，還需關注標準化、安全性、可擴展性等方面的要求，以滿足煉化企業設備智能化建設的長期發展需求。

面對大型企業設備智能化建設，如中石油、中石化等，應做好統一規劃和頂層設計，充分考慮數據集成與業務貫通，加強各層面應用系統的集成與交互。建立設備數據標準體系，規范數據標準和使用規范。最終實現煉化企業設備運行狀態全面感知、數據自動采集與傳輸、運行趨勢分析與故障診斷、業務高效協同應用的智能化建設。

3.2? 設備智能化基礎設施建設分析

煉化企業的設備開始融入了各種自動化技術和智能化技術，其自動化水平持續提高。但也給設備管理帶來了一定的影響，需要不斷更新設備信息化管理系統的硬件配置以及軟件系統[3]，硬件的配置與更新體現在基礎設施建設的范圍內。傳統煉化企業已建的信息化基礎設施服務能力落后，不能滿足業務發展的需求，需要對原有信息化基礎設施服務能力進行研判，規劃需要優化完善的建設內容，然后逐步實施建設。本文筆者結合智能工廠建設先進實踐，探索煉化企業基礎設施重點建設內容。①新一代基礎網絡建設。隨著物聯網、云計算、大數據及人工智能等技術在設備智能感知、設備監測預警、設備故障診斷等方面的深化應用。傳統煉化企業應對已有生產網、信息網及視頻專網進行整體優化升級，升級核心層、匯聚層與接入層網絡設備互聯鏈路帶寬，做好三網融合；升級優化網絡配置硬件設備，提升基礎設施服務能力。②視頻網絡建設。傳統企業模擬視頻攝像頭數量占比較多，對比先進技術的高清數字視頻設備的性能，模擬視頻攝像頭采集的視頻畫面清晰度不高、質量較差，不能滿足未來人工智能在安全、設備、生產方面的深化應用，制約企業智能化建設。因此，企業必須對現有模擬視頻硬件進行高清數字化的升級、優化改造，以便支撐智能AI在設備檢修過程中對作業規范的智能識別等智能化應用。③5G網絡建設。隨著萬物互聯對數據采集和傳輸的要求，以及業務數字化的推進，企業應建設覆蓋全公司安全可靠的5G專網，為設備狀態監測、設備遠程操作和維護、設備智能化分析等提供數據傳輸的能力。以此，保證數據更快傳輸、數據交換更加頻繁和高效，使設備能夠更好地融入到智能化的生產系統中，提高生產效率。④IPv6建設。基于“萬物互聯、人機協同”的建設推進，設備需要更多的身份地址組網，并與云端連接實現人機交互。而企業IPv4所提供的棧道已經不能滿足未來海量設備的入網上云、遠程控制的要求。因此，企業應將IPv6納入新的數字化基礎設施建設內，實現巨量設備的聯網監控，大大提高設備的安全性能。⑤工業互聯網平臺的建設。工業互聯網已經可以連接煉化生產、管理的各個環節，甚至可以實現生產與操作的控制，工業互聯網距離煉化企業越來越近[4]。傳統企業設備應用系統的部署采用物理部署的方式，面對大量系統的部署和應用，資源利用率低、統一運維較為困難，不滿足未來設備智能化應用系統微服務技術路線的要求。工業互聯網平臺以基礎設施作為內容建設，可以將其定位為一種新型的網絡媒體形態，改變原有資源管理和數據管理模式，是煉化企業智能化建設重點建設內容。因此，企業在5G網絡、云技術等先進技術的加持下，構建企業級工業云平臺，為企業數字化智能化建設提供統一的基礎資源和資源管理、統一的數據管理、統一的應用服務等，支撐設備智能化場景的應用。廣東石化公司是中石油第一個建立了云平臺的企業，強大的企業級數據中心，實現大規模數據的處理、存儲級計算；企業全部系統實現服務上云，提高了系統的穩定性和交互性能，實現了業務的集成化和數據融合。所有應用系統采用容器化部署，大大節約部署資源的浪費，提高了統一運維的效率。

3.3? 設備數據采集與集成建設分析

為了更好地沉淀企業級數據資產，對現有系統的數據進行完善采集、提高數據的完整性、可靠性和數據質量，同時增強數據的透視和可視化分析，實現數據資產價值的體現，真正做到數據驅動業務，助力企業設備智能化發展。在設備數據建設方面，首先，煉化企業應充分分析業務需求，建立完整的設備智能化數據體系。傳統煉化企業，如呼和浩特石化、錦西石化等公司，在“十四五”數字化轉型智能化發展規劃報告中，將數據建設作為重點規劃內容，如定義數據、制定標準、規范數據與集成方式等，實現數據的全面融合。中石油廣東石化屬于新建煉廠，在數據建設方面遵循智能工廠頂層設計的要求，統一對數據建設整體進行規劃，部署了企業綜合數據庫，實現對全廠數據的全面集成、統一管理和分發應用，建設效果明顯。其次，強化設備監測等數據的采集，包括設備運行時間、振動、溫度、腐蝕和電力等實時數據。而數據的采集依托于現場的儀表、各類傳感器和攝像機等，企業應該對底層的智能化儀表等進行升級或擴建。新建煉廠在基礎設計階段對數據采集進行整體設計，統一建設。傳統煉廠在設備智能化建設統一規劃下，可對關鍵儀表、調節閥等進行“分步式”智能化改造，對過程儀表測量數據及儀表運行數據進行全面采集；可通過安裝智能傳感器，通過低功耗局域網協議組網實時采集設備狀態參數，監控設備運行情況。

3.4? 設備智能運營管理平臺建設

大數據、云計算及人工智能等技術給設備智能化應用提供了強有力的技術動力，提高設備數字化管理和業務智能化應用水平。煉化企業應以設備全業務智能應用為場景，全面地組織和規范設備信息化管理的各項工作，建立或整合出一套內容全面、真正符合煉化企業設備管理特點的、最大限度涵蓋從股份公司到地區公司再到基層生產車間、各級設備管理人員日常全部工作的、對應各層級設備管理人員職能的、統一的設備智能運營管理平臺。這個平臺既要包括設備基礎管理、運行和檢測維修管理的主要功能，又能夠整合各專業管理系統和實時數據系統，實現管理層對設備全面的在線實時監控，切實提高設備管理水平；既要滿足目前設備管理的需要，又要體現一種先進的管理理念，將基于風險的管理、關鍵績效指標管理、全壽命周期管理、預知維修等內容融入平臺，通過管好、用好設備，為企業創造更大的效益。通過移動應用技術，突破業務空間限制、提高業務效率、改變業務操作模式，實現設備運行監測、風險預警等綜合應用。

3.5? 設備智能化應用建設分析

設備智能化應用主要通過引入先進的傳感器、網絡通信、自動化和人工智能等手段，使設備具備感知、分析、推理、決策和控制的能力，從而實現設備的自主運行、優化控制和智能管理，支撐設備業務的開展。因此，煉化企業設備智能化應用應重點開展如下幾方面的探索：①應積極探索設備狀態在線監測預警與故障自診斷的智能化應用。利用大數據技術可以對工廠設施設備運行實現實時的狀態監測，能夠對特定信息進行檢測、記錄、處理，對設備出現的故障能夠進行基本的診斷[5]。設備狀態監測預警與自診斷包含了動設備、靜設備、電氣設施、儀表及控制回路，水質分析、加熱爐效率等。②開展三維數字化工廠的深化應用。在三維虛擬現實里實現設備漫游、設備運維管理、備品備件管理、預知維修的可視化管理、資產實物管理、腐蝕管理、密封管理等，為公司設備管理提供三維可視化空間數據、資產統計、規劃以及仿真模擬服務。實現設備操作規程培訓、設備拆裝培訓，提高工廠的培訓水平。③積極探索人工智能在設備管理中的應用。基于攝像機、人工智能產品及智能AI分析技術，開發和適配各類模型算法，解決檢測維修作業過程中人員違章操作、著裝問題、非作業人員進入區域等監管失效問題。對廠區設備的跑冒泄漏識別和預警，提高設備安全性。利用內置高清攝像機，結合5G網絡，重點區域配置無人機，采集影像圖片，對長距離管線、罐區以及作業現場等重點關注的區域進行巡檢，提高安全管控水平。④開展全業智能化統計分析工作。以集團公司管理制度和設備關鍵績效指標，基于集成的海量數據，通過業務統計智能化分析模型和設備關鍵指標算法等，實現管理決策智能化分析與統計，驅動業務管理變革，提高工作效率。

3.6? 設備智能化人才建設分析

總結中石油、中石化設備智能化建設實踐，煉化企業設備智能化人才建設應以“業務+IT技術”優化融合為核心，采用多機制培養方式，培養新一代信息建設者，不斷推動業務和IT技術的融合，才能不斷提高企業的創新能力和競爭力，適應智能化發展的需要和趨勢。因此，企業在人才培養方面應重點探索如下幾方面的建設。①企業對員工進行設備智能化建設的文化培養，轉變其意識形態，讓其快速接受設備智能應用，不要讓員工認為設備智能化建設是虛設，只會增加員工的負擔。②企業可以建立跨部門合作機制，將設備部門和IT部門人員進行臨時性整合，完成暫時的軟知識集成，這種臨時性整合有利于對項目的理解和推進，也可以通過業務專業知識來指導和推動IT技術的發展和應用，更重要的是通過項目對IT技術人員和業務技術人員進行技術的有效融合，使業務人員懂IT技術、使IT人員懂業務，最終培養企業復合型性人才。③企業還應重視人員知識結構和技能要求的提升。智能化技術和管理理念的發展，激發了員工對新知識的探索，但是如何去獲取知識成為關鍵，企業應對象化地定期向員工提供相應的知識培訓，包括設備結構和業務管理、設備智能化系統設計及應用、新的IT技術的培訓。④通過移動應用技術建立移動式線上培訓模式，如微信學習小程序、移動APP培訓等等，讓員工隨時隨地、不斷學習和掌握新的技術和知識，不斷適應智能化發展的需要和趨勢。

4? 結束語

在設備智能化建設中，新建煉化企業和傳統煉化企業所面臨的問題大不相同，傳統煉廠遇到的問題尤為突出，但不管是新建煉化還是傳統煉化企業，都應明確設備管理變革的方向和智能化建設內容，做到統一規劃與設計。企業應重點加強新一代信息基礎的建設，為設備智能化發展提供資源保障；應強化數據采集力度，減少數據人為干預。構建數據共享服務架構，實現數據自動流轉，提高工作效率。積極探索智能化技術的應用，不斷提高設備管理智能化決策能力和分析能力。強化設備信息化管理意識培養，建立設備智能化建設人才培養機制。綜上所述，煉化企業在設備智能化建設中應全面考慮，秉持“統一規劃、基礎先行、數據支撐、業務整合”的原則，才能有效地推進設備智能化建設，為企業設備管理高質量發展提供動力。

參考文獻：

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