炼化“智能工厂”建设思考

侯岩松

[摘 要] 以炼化企业为背景，论文结合中国制造2025关于信息化工业化融合的要求，分析国内炼化企业智能制造建设基础，借鉴国内外行业智能工厂建设思路，提出了中国炼化企业智能工厂建设的基本框架和建设内容。

[关键词] 石油化工；中国制造2025；智能工厂；两化融合

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 07. 041

[中图分类号] F270.7 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2016）07- 0089- 03

现代工业或制造业经历了以蒸汽机为驱动的机械制造、以电力驱动的大规模生产，以及通过电子信息技术驱动实现的自动化制造历程。制造业强国德国将这一工业化过程描述为机器代替人工的工业1.0 时代、流水线生产的工业2.0时代、高度自动化生产的工业3.0时代。近年来，伴随互联网、物联网、云计算、大数据等新的信息技术的迅猛发展以及上述技术对制造业产业形态的深度影响， 德国在2011年汉诺威工业博览会上提出了工业4.0的概念，并将这一概念伴随的制造业强国政策上升到国家战略。与此同时，美国、英国、法国、日本等国家均提出了适合自身工业制造业发展特征的国家制造业升级战略规划。我国在2015年也推出了《中国制造2025》——中国版的“工业4.0”规划，规划提出了中国制造强国战略，同时围绕制造强国这一战略目标，在《中国制造2025》规划中明确了9项战略任务和相关的重点发展领域。比较与其他国家的制造业强国战略，中国制造2025结合我国工业制造业实际，特别强调了要通过信息化和工业化两化融合来引领和带动整个制造业发展，以及以智能制造为主攻方向的战略思路。工信部围绕这一国家战略部署，随即发布了2015年智能制造试点示范项目名单，在石化领域将中石化九江石化智能工厂建设作为示范。论文将结合国家战略方向，九江石化示范实践以及中石油炼化企业实际，探讨炼化企业制造升级及智能工厂建设。

1 炼化行业智能工厂的定位和方向

面临国际金融危机复苏缓慢和国内经济步入新常态，商品市场化和全球化进程逐步加快，国际市场动荡和市场竞争加剧。大宗原料价格持续波动，炼化企业的生产经营风险持续上升，绿色环保要求不断提高。在炼化行业面临巨大压力挑战的同时，也面临着新的机遇和升级发展契机。国家石化产业调整和振兴规划、 煤炭和煤能源化工规划、智能制造等一系列惠及能源化工行业发展的优惠政策陆续出台。国家经济持续发展，需要更多、更好的高质量低成本的能源化工产品，国产能源化工产品供应不足的局面仍将存在。

炼化行业是典型的资本、技术密集型行业，对设备装备的依赖程度很高，整体的自动化水平和信息化水平处于相对较高的水平。针对国内炼化企业，智能仪表、集散控制系统DCS、先进控制、油品调合、流程模拟、计划、调度优化、MES、ERP等自动化和IT技术均有在炼化企业应用。同时在新技术应用方面，炼化行业也在积极的利用物联网、云计算等新技术，在设备远程巡检、安全管理、企业IT治理等方面进行应用尝试。可以说，在一定程度上，国内炼化企业在自动化和信息化应用方面的明显缺项并不多，特别是近几年的大规模信息化建设，部分先进信息系统的部署速度甚至超越了国外同行（例如优化排产）。但是，大家普遍感觉企业的智能化制造能力并没有显著的提升，基层用户应用系统所带来的效益红利不明显等问题时有反映。究其原因，抛开人员素质，本文认为有六个方面的内容有待提升。一是基础仪表自动化方面还有欠账，重点部位仪表、自控的缺失直接影响上层物料平衡、区域优化的应用效果。二是装置级优化操作技术（流程模拟、APC、在线调合、RTO）的长效应用模式和投资维护模式有待改革。三是生产管理类信息系统亟待集成，完整的计划、调度、排产、操作执行、操作监控、平衡分析、绩效考核PDCA管理循环还没有形成，其上的优化基本没有实现。四是现场操作人员操作过程缺乏新技术支持，是炼化企业安全管理的重要盲点，环保监测有待加强，炼厂无线互联应用需要展开。五是设备装置的运行机理数据采集、分析应用不足，设备装置的检维修、挖潜增效工作难以科学评估。六是自动化信息化投资管理、项目管理各自为政，步调不一致，没有形成相互促进与弥补的螺旋式上升模式，没有形成应用合力，产生“1+1>2”的效果。

基于以上分析，我们认为国内炼化企业工业4.0或智能工厂建设，需要在深刻分析行业特点和自身实际的前提下，提出合理的建设模式。作为相对弱市场竞争、高危、大规模流程加工行业，炼化企业的自动化和信息化水平相对较高，炼化行业智能工厂建设的重点应该是围绕成熟自动化和信息化技术的完善提升，以及自动化和信息化的融合，通过两化融合的过程推动技术和管理的优化进步，达到企业设备智能、管理智能、决策智能，最终实现智能制造。

具体到炼化“两化”融合或者智能制造的标志或特征，可以总结为下面四个方面：

数据：首先要能够最大化利用各类传感器、计量设备、存储设备，实现炼化企业工厂设计数据、产品数据、设备动静数据、研发数据、物料数据、运营数据、销售数据、客户数据的采集和信息化管理。满足对企业“透视”的需求。

互联：要能利用工业以太网/无线网/4G、智能手持或穿戴终端实现设备、人员、通信设施的网络化连接。通过网络，使人与人、人与机器形成互联，满足人员与设备装置的信息交互和操作交互。

优化：在数据和互联的基础上，在过程控制层实现高自控率，同时结合计划、需求以及效益数据，实现装置、局域的操作优化控制；在生产管理层实现生产管理PDCA闭环，同时结合ERP信息进行全厂计划、调度优化以及设备维护优化；在经营决策层实现供应商原料采购、企业资金资源、产品销售的优化。

创新：自动化和信息化融合实施过程应该会深刻影响企业的生产经营模式，是一个创新发展的过程，势必伴随技术、产品、管理模式的创新。如果单纯是强调技术，拼装备，不能对企业的运行模式进行优化提升，也不能代表实现了智能制造。

2 炼化企业两化融合及“智能工厂”重点建设内容

围绕自动化和信息化相关系统完善提升，特别是自动化和信息化的融合是炼化企业智能工厂建设的核心思路。炼化智能工厂建设主要内容围绕三条业务主线进行，可以概括为三方面：一是生产管控一体化，对ERP、MES、RTO、APC、PCS等系统进行纵向集成；二是从原油采购、原油加工、原油运输到终端客户服务的供应链一体化，进行横向集成；三是资产的全生命周期管理，从工厂的项目筹建、项目设计、到建造交付，再到工厂运行与设备维护，直至资产的报废退出全生命周期过程的数字化管理。

2.1 生产管控一体化

生产管控一体化主要依托MES2.0、APC、流程模拟、油品调合4个项目设计和实现，各项目之间通过数据流的无缝衔接，协同实现生产管控优化目标。

计划调度统计闭环管理：进行MES与APS的集成，实现炼厂生产运行管理的PDCA闭环。

生产运行优化控制：进行APC系统推广应用，同时与流程模拟、调度模块进行模型数据的集成交互。增强操作控制的智能化和精细化水平。

安全环保质量管理：对能耗、危险源、重点区域视频、环境监测、质量信息进行整合集成。建立完整的企业QHSE管理系统。

2.2 供应链一体化

基于当前总部的APS系统为基础，增加产品价格信息（包括价格和基本趋势等，需要从销售ERP获取数据），生产成本信息（需要从生产ERP处获取），运输成本信息（需要从大区运输部门获取），结合销售需求和产品生产能力等要求，建立合理的线性规划模型，优化企业效益。在示范企业进行罐区自动化系统建设。

在化工业务领域，建立化工产品供应链一体化，实现化工品从客户需求预测、生产计划下达、排产、生产、销售配置、仓储管理、运输管理、配送管理、技术服务全流程一体化。

在推进炼化ERP应用集成的同时，考虑建设中国化工产品电子商务平台，由于电子商务平台的建立具有特别强的互联网特征，技术、运营、资金是三个核心关键点，网站的成功需要前期大量风险资金的投入进行市场推广，同时需要专业的互联网营销团队进行长期运行维护，并且按照互联网企业“数一数二、不三不四”的生存特点（只有做到行业第一第二才可能生存，排名靠后的企业基本无生存空间）。建议该项目采用中钢网等行业网站的运营模式，通过与第三方公司合资控股共同打造化工品电子商务平台。化工电子商务平台的建立和长期良好运行，将极大的促进企业化工品销售以及行业需求信息的收集，占领国内化工品市场销售渠道。

2.3 资产全生命周期管理

设备长周期运行：围绕设备检维修和运行管理，与ERP进行集成，实现设备检维修业务链以及设备运行状态监控。

在数字化工厂设计的基础上，进行炼厂三维数字化实施，将数字化工厂三维模型与设备、生产运行数据进行集成，将虚拟和现实结合，从三维数字化模型可以快速进行设备故障定位，设备运行模拟，提高设备故障预知预判。同时与ERP进行集成，实现设备资产的财务管理和报废管理。

3 结 语

智能工厂的建设过程中将对企业现有专业应用系统进行提升和整合，智能工厂建设将实现工厂的卓越运营，实现劳动力生产率的提高，能耗物耗的降低，产品质量的提高和经济效益的提高。通过搭建炼化一体化全流程优化平台，实现计划、调度、操作的全过程优化，形成完整的PDCA闭环和协同生产新模式。面向生产操作，内外操协同联动提高现场处置效率，提高生产质量和效率。面向能源管理，应用能源管理在线优化技术，实现能流可视化、能效最大化与在线优化。面向HSE管理，结合物联网、移动终端和网络技术，实现现场作业、人员、环境三位一体的闭环监控模式。面向设备，实现设备、工艺、HSE数据以及视频的三维可视化，提高检维修决策能力和设备管理水平。面向决策支持，建设运营实时监控及经营综合分析，实现综合实时监控、预测、预警、动态分析和移动访问。为管理者掌握全局、发现问题、分析及决策提供全方位支持。通过运用无线互联技术，搭建统一的融合通信平台，为进一步智能化应用奠定基础。