氟化工的工业4.0之路浅议

王水耀，方国洪

氟化工

氟化工的工业4.0之路浅议

王水耀，方国洪

（中化蓝天集团有限公司，浙江杭州310051）

介绍了工业4.0的基本内涵和实质，剖析了氟化工企业的行业特点和信息化建设水平，论述了适合氟化工行业发展的工业4.0建设思路。

工业4.0；氟化工；信息物理系统；数据集成；业务集成

0　引言

随着互联网技术的飞速发展，将各种信息技术运用于传统制造业的浪潮正在全球兴起。无论是企业还是国家，为了在未来竞争中取得优势地位，都把这个作为重要战略加以推进。这当中尤以德国提出的工业4.0最为引人注目。2013年，德国联邦教研部与联邦经济技术部提出了工业4.0的概念，它描绘了制造业的未来愿景，即以信息物理系统（CPS，Cyber-physical systems）为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为主要标志。由于被认为这是继蒸汽机的应用、流水线大规模生产和电子工程信息技术等三次工业革命后的第四次工业革命，所以称之谓工业4.0。

1　工业4.0提出的历史必然性

1.1信息技术的突飞猛进为工业4.0提供了现实可能性

源于计算机异地登录远程通信技术，经过20多年的发展，已经不局限于计算机之间的互通互联，任何智能化的机器设备都可以借助互联网实现互联互通。物联网、云计算、大数据、移动互联技术为传统工业向智能制造转型升级提供了技术基础。

1.2人口老龄化倒逼制造业转型升级

德国是欧洲人口老龄化程度最高的国家，超过五分之一的人口在65岁以上。在世界范围内，其人口老龄化程度仅次于日本。由于自然余额（出生人数与死亡人数的差额）呈负值，德国经济面临来自劳动力市场的巨大挑战，未来十年增幅可能出现明显回落。经合组织发布的《2012年德国经济报告》指出，长期来看，德国经济平均增长率将保持在1.5%的较低水平，10年后甚至可能降到1%，主要原因是人口迅速老龄化，以及随之而来的潜在劳动力数量下降。不仅如此，日益减少的劳动者，已经不像他们的父辈那样愿意整天和机器打交道，愿意在生产一线劳动的人员越来越少。这不仅仅是在德国，连中国这样的发展中国家，也面临人口老龄化问题。劳动力短缺和人工成本的持续上升，内在的推动制造业转型升级。

1.3需求多样性要求制造业提供满足个性化的产品和服务

随着经济的发展，人们生活富裕程度的提升，追求个性化、多元化生活的人越来越多，这种消费需求，要求制造业不是按照自己的想法给用户提供整齐划一的产品，那样会被市场无情淘汰。

2　工业4.0的基本内涵

对于工业4.0到底应该包括哪些内涵，如何实现等等方面，从产业界到学界没有一个统一的被广泛接受的完整理论。即使是最先提出工业4.0的德国，也有上百种的工业4.0诠释。但不管哪种说法，其基本的内容可以简单概括为一个网络、两大主题、三项集成。一个网络：物理信息网络，将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起，创造物联网和务联网，将生产工厂转变为一个智能的环境。两大主题：智能工厂和智能生产。三项集成：纵向集成、横向集成和端到端的集成。［1］

建立信息物理系统，实现生产设备、工厂、生产资料和人的高度连接，实现虚拟世界和现实世界的高度融合，就是生产工厂的装置、智能仪表、传感器、仓储球罐、产品包装物、运输车辆、人员（包括生产人员、管理人员、客户等）等都通过网络技术紧密有机地连接起来，利用一系列自动化控制手段将虚拟和现实紧密结合。

实现三项集成，分别为纵向集成、横向集成和端到端的集成。纵向集成是打通企业内部的信息孤岛，实现所有环节的无缝连接。这是智能化的基础工作。横向集成是要实现集团内生产单位之间或和集团外企业之间的无缝合作，提供实时产品和服务，通过价值链和信息网络实现资源整合。端到端集成是围绕产品全生命周期的价值链创造，整合价值链上不同企业资源，实现从产品设计、制造、物流配送、使用维护的产品生命周期的管理和服务。

3　氟化工如何融入工业4.0

探讨氟化工行业如何实现工业4.0，有必要先弄清楚这个行业有哪些自己的特点。首先，氟化工产品品种多且单品种数量小，即使是氟化工中的属于大宗产品的氟碳制冷剂，也由于家用空调制冷剂、车用制冷剂、家用冰箱制冷剂应用场景不同，要求使用不同的制冷剂。更不用说用于医药、农药中间体的含氟化学品了。这样就决定了氟化工生产装置普遍规模较小，氟碳化学品以万吨级居多，含氟中间体以千吨级百吨级为主；其次，氟化工是近几十年才发展起来的新兴产业，国内企业对其反应机理、工艺条件尚没有完全掌握。尤其使用氢氟酸、液氯等强腐蚀性原料，涉及高温高压生产工艺，对设备材质要求和腐蚀机理的研究比较缺乏，往往难以选择到与工艺相匹配的可靠设备，造成设备腐蚀、跑冒滴漏多，生产稳定性比较差，制约高水平自动控制的实现。控制方案基本以单回路控制为主、辅以少量工艺联锁，部分控制仅实现了远程遥控，DCS（Distributed Control System，集散控制系统）只实现了基本的过程工艺参数监控和单参数控制。第三，氟化工产品现阶段基本是工业品，下游用户中，除了小部分汽车用制冷剂和家用空调制冷剂售后服务市场具备消费品的特点外，基本是工业用户为主。用户数量少而且相对稳定。

上述氟化工的特点，与实现工业4.0描绘的目标相去甚远。尤其从制造环节看，工业4.0的实现有赖于企业对化学反应机理、设备装置的腐蚀机理等的研究和认识深度，也有赖于控制阀门、仪器仪表灵敏度和可靠性的提高，所有这些，都不是一个企业一个地区的单打独斗能实现的，更不是一个一蹴而就的事情。需要相关产业的协同，长时间的探索和努力。笔者认为氟化工企业应该从现实出发，在加强基础工艺研究的同时，积极拥抱互联网，使工业化和信息化逐步融合，打造氟化工的工业4.0。在信息化方面当前要做好以下工作。

3.1高起点制定好信息化规划

需要从规划着手，以瞄准智能工厂、智能生产为终极目标，前瞻性的将云计算服务、物联网技术、大数据、移动互联技术在企业生产经营管理中的应用纳入规划范畴。包括增强IT基础架构的可扩展性和灵活性，实现企业资源按需调度，根据企业大数据的规划与布局，实现数据采集、传输、处理和业务管理的一体化；语音、视频和数据等多业务融合的统一通讯，降低总体拥有成本；现有生产控制设备、IT基础设施与物联网的集合；企业信息化应用与移动技术的结合，拓展和延伸网络覆盖范围；提升电子商务互联网的应用效果；装置、设备、终端等的安全接入，加强核心信息的安全，对物联网与互联网应用和安全建设，移动网络的安全性、可扩展性、数据加密和风险管理等都要规划先行。

3.2深化ERP在企业经营管理中的应用

建设工业4.0不是一下子舍弃现在使用的传统信息系统建立一个高大上的完美的系统，而是根据企业的实际情况，先查漏补缺，补齐短板，夯实信息化基础，然后改造现有的信息系统以满足工业4.0的需要。ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计划）是当前企业普遍运用的企业管理系统，也是运用时间比较久的，由于ERP是从会计电算化基础上脱胎而来，很多企业只在财务核算领域运用。其实ERP是个强大的企业管理软件，除财务核算外，企业管理需要的成本分析、物资采购、成本分析评价、设备维修管理等都可以通过ERP相关模块完成。在互联网时代，企业的各种报表产出和传递、审计和风险管理都可以远程进行。不仅如此，在未来工业4.0时代，ERP仍然处于非常核心地位。

3.3建设CRM、SRM积极拥抱互联网

CRM（客户关系管理系统Customer Relationship Management）指用计算机自动化分析销售、市场营销、客户服务以及应用等流程的软件系统。它的目标是通过提高客户的价值、满意度、赢利性和忠实度来缩减销售周期和销售成本、增加收入、寻找扩展业务所需的新的市场和渠道［2］。

SRM（供应商关系管理系统Supplier Relationship Management）是用来改善与供应链上游供应商的关系的，它是一种致力于实现与供应商建立和维持长久、紧密伙伴关系的管理思想和软件技术的解决方案。它旨在改善企业与供应商之间关系的新型管理机制，实施于围绕企业采购业务相关的领域，目标是通过与供应商建立长期、紧密的业务关系，并通过对双方资源和竞争优势的整合来共同开拓市场，扩大市场需求和份额，降低产品前期的高额成本，实现双赢的企业管理模式；同时它又是以多种信息技术为支持和手段的一套先进的管理软件和技术，它将先进的电子商务、数据挖掘、协同技术等信息技术紧密集成在一起。实际上，它是为企业产品的策略性设计、资源的策略性获取、合同的有效洽谈、产品内容的统一管理等过程提供了一个优化的解决方案。［3］

3.4把MES作为实现工业4.0的基础工作加以推进

MES（生产执行系统Manufacturing Execution System），它是连接生产计划和生产控制的中间纽带，通过信息传递，对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。作为未来的生产管理模式，各种业务需求通过MES全面提升生产过程的管理、控制、运行和维护的水平，成为真正意义上信息共享、指挥灵活、协调及时、核算科学和技术先进的生产执行系统，实现生产过程的数字化、智能化、自动化，从而提高生产环节的成本控制能力、保证产品质量的持续稳定性和生产设备的安全运行水平。

MES能对生产进行实时监控管理。当工厂里有实时事件发生时，MES能对此及时做出反应、报告，并利用当前的准确数据对他们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。

MES是企业经营管理层与底层控制层（DCS）之间的桥梁，填补了两者之间的空隙。一方面，MES可以对来自上层企业管理软件（如ERP等）的生产管理信息进行细化、分解，将来自计划层操作指令传递给底层控制层；另一方面，MES可以采集来自DCS各种设备、仪表的信息，以实时监控底层设备的运行状态，再经过分析、计算与处理，从而方便、可靠地将控制系统与信息系统整合在一起，并将生产状况及时反馈给计划管理层，便于及时调节管理生产和销售、采购环节的关系。

生产执行系统在工业4.0中起着支柱的作用，没有生产执行系统，智能工厂和智能生产都是空中楼阁，所以我们首先要建立起适合各生产基地的生产执行系统，生产执行系统扮演生产信息总线的角色，生产执行系统采集来自生产装置运行、检化验分析、物料计量、原材料产品出入库、能耗、传感器、车辆等全生产过程的数据，以数据作为基础，规范生产操作，实现精细化生产过程管理。同时也为进一步实现先进制造打下基础。

3.5创造条件实现信息功能模块的集成

首先是实现纵向集成。经过一系列信息化模块的建设，实现了整个业务流程的信息化覆盖，但由于系统之间数据交互的困难，业务流程跨系统流转不畅，制约了信息系统发挥作用。纵向集成就是要打通自下而上、自上而下系统之间的交互，实现系统之间的无缝连接。

纵向集成可以分三个层面来实现，分为数据集成、业务集成、门户集成。例如DCS系统数据经过MES系统处理后可以快速地准确地被ERP用户所使用，采购人员可以实时掌握原材料库存；销售人员可以查询实时产品库存；风控人员可以实时查看各种库存是否在安全范围之内；生产管理人员可以实时查看生产装置的运行状态。

业务集成是通过流程管理，实现跨系统、跨部门的业务协作，打通全业务流程，达到端到端的流程协作。比如，销售人员接到销售订单（客户网上下单）后，在CRM系统中经过销售订单处理流程形成生产订单，生产订单在MES系统形成生产计划下达到生产车间，另一方面SRM系统中也会接到采购申请进入原材料采购流程。当产品下线后，物流系统根据销售发货单发货，ERP系统完成收款流程。所有这些业务处理流程都是无缝的，相关人员都能直观了解到业务流程的状态，客户也能知道什么时候可以收货。

通过数据集成和业务集成，数据和业务流程都没问题了，业务可以流畅运转了，但是当企业信息系统越建越多，业务人员需要进入各种各样的系统中完成不同的任务，带来诸多不便，例如进入每个系统的用户和密码都不同。门户集成就是要解决系统统一的认证和展现，实现系统单点登录、信息集中、业务集中。具体讲就是，通过登录门户可以进入所有的业务系统，而且门户上也会展现用户当前在各个业务系统中需要处理的业务，在门户中就可以处理所有业务，以极大的提高工作效益和对客户、供应商的相应速度。

4　结论

无论是德国提出的工业4.0，还是刚刚公布的《中国制造2025》及最近热门的互联网+，都离不开一个宗旨，就是利用各种先进的信息技术，在企业内部提高信息沟通的效率以节省成本，在企业外部通过互通互联打造上下游生态共生共荣的生态链，为企业的长期持续稳定发展奠定基础。面对这样的工业革命，我们既不要空想一夜就能成功，也不熟视无睹，不闻不问。惟其如此，才能在未来竞争中胜出，基于长青。

［1］德国联邦教育研究部.德国工业4.0实施建议［R］，2013.

［2］百度百科CRM词条［EB/OL］，http：//baike.baidu.com/view/ 4799.htm.

［3］百度百科SRM词条［EB/OL］，http：//baike.baidu.com/view/ 31463.htm.

Discussion on Fluorine Chem ical Industry 4.0 Construction

WANG Shui-yao，FANG Guo-hong
（Sinochem Lantian Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310051，China）

The basic meaning and essence of industry 4.0 were introduced.Characteristics of fluorine chemical industry and informationization construction of enterpriseswas analyzed.The industry 4.0 for fluorine chemical industry construction was discussed.

industry 4.0；fluorine chemical industry；cyber-physical systems；data integration；business integration

1006-4184（2015）6-0001-04

2015-05-21

王水耀（1960-），男，研究生，经济师，中化蓝天集团有限公司副总经理，主要从事企业管理和企业信息管理研究。E-mail：wangshuiyao@sinochem.com.