智能制造新模式——现代煤化工企业信息化建设方向探析

冯应国

（山西省煤化工发展促进中心，山西 太原 030001）

引 言

近年来，以煤制油、煤制烯烃、煤制天然气、煤制乙二醇为代表，采用大规模现代技术的煤化工项目相继建成投产[1]。一方面，与炼化以及传统煤化工企业相似，这些项目也要面对规模、能耗巨大、流程复杂、高污染等难题，甚至更加严峻；另一方面，受益于两化融合、信息技术的快速发展，现代煤化工项目可以有效借助信息化技术的创新和应用，推动提升企业管理现代化和科学化，增强企业竞争力，为企业应对上述难题助力。本文从梳理国内外化工生产智能化实践经验出发，总结分析现代煤化工企业智能制造发展方向，提出不足与应对措施，为煤化工企业制定信息化规划和智能工厂建设提供参考。

1 智能制造发展趋势

智能制造的概念于20世纪90年代由美国提出，其后各发达国家纷纷将智能制造装备产业列为国家级计划并着力发展。如德国“工业4.0”战略，其根本目标是通过构建智能生产网络，推动德国的工业生产制造进一步由自动化向智能化和网络化方向升级。我国实施“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”、“走新型工业化道路”、“两化要深度融合”的发展战略，到2025年制造业重点领域全面实现智能化，通过“三步走”实现制造强国的战略目标[2]。

智能制造系统是具有感知、决策、执行功能的各类制造系统的统称，是信息化与工业化深度融合的重要体现。工业生产经历了集中自动化生产模式和数字化生产模式，目前正逐步向工业化与信息化融合的生产模式转型[3]，与之相伴的，柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）、全能制造系统（HMS）、虚拟制造系统（MS）、敏捷制造（AM）、网络化制造（NM）及智能制造系统（IMS）相继被提出，为制造模式的转型升级提供了技术支撑。

2 国内外化工生产智能化实践特点

在国际化的大背景下，国内外先进化工企业采用自动化技术、信息技术和与之相伴而生的现代管理技术的手段和方法，结合自身实际，取得了智能化建设的局部突破，使企业朝着大型化、清洁化、一体化和智能化等方向发展。

2.1 通过供应链集成优化，实现效益最大化

国外大型炼化企业普遍将计划优化和调度优化集成，以实现上中下游业务整合，快速响应原料和市场需求变化，信息实时一致；通过成熟使用企业资源计划管理系统（ERP），集成生产经营及生产管理业务，业务自动化程度及工作效率显著提高[4]。国内方面，九江石化“智能物资仓库”以“阀门”类物料为试点，结合物联网射频识别（RFID）技术应用，完善仓储现有入库过程、出库过程和盘点过程的管理，实现阀门物料的精细化、精准化管理要求，建立了一个标准的智能仓库应用典范。

2.2 通过实施装置在线优化，提高生产敏捷性

国内大型炼化装置广泛应用先进控制（APC）和实时优化（RTO）技术，如燕山石化乙烯装置APC系统集成了SPYRO裂解深度在线计算，能根据原料情况，自动将装置总处理量推向最大；RTO技术则能在每个生产周期内计算出一套优化的控制参数，并进行实时调整，最终实现装置全流程以效益为核心的闭环优化运行[5]。

2.3 通过报警管理及管道管理，支撑生产管控日常管理

遵从统一标准，实现对控制层的报警优化，减少无效报警，提高报警有效性；建立报警知识库，为操作人员提供有效的操作指导；建立管网整体化信息共享平台，实现管道数字化管理，降低管理难度，提高管理效率。中国石化智能化管线管理系统集成管道数字化、管道完整性、管道运行、应急响应、隐患治理、综合展示与分析等6大功能模块，实现了管道建设期基础资料与运营期相关数据的集成，有效提升了管线安全高效运营管控水平[6]。

2.4 通过实施装置操作导航及在线诊断，提高操作效率及运行平稳率

应用操作导航，实现操作规程的标准化和程序化，在保证安全的前提下，显著提升操作效率；通过在线诊断，实现及时预知设备、仪表性能下降及故障风险，保障运行性能，提高资产可用性。

2.5 实现注重环保、安全的综合管理

（1）以风险管控为核心，全面提高安环管控水平。采用一系列的专业安环管控软件，从单一记录事故事件向实时、智能、知识的综合应用方向发展，逐渐转化为以风险为核心的安环管控，在日常情况下进行全方位的监控和预警，在事故状态下进行应急处理和指导。

（2）以绿色环保为核心，提升环境风险监控能力。以环境风险为核心，实现全方位的环境监控、风险分析和预测预警，全面提高绿色环保水平；与HSE管理系统相结合，提高环境风险处置能力。

（3）强化能源规范管理与优化，实现节能减排。通过能源计划和指标分解，建立贯穿各个运行点的节能调度目标，并对其进行监控跟踪；针对生产加工方案的变化，实时调整能源管网产耗，保证供给，优化能源运行；通过能源评价，建立与行业先进水平的对标，分析最佳实践，指导改进。

2.6 通过设备健康管理，实现资产效益最大化

通过腐蚀监测与评估，分析腐蚀原因、机理，评价流体、环境、工艺过程变化，改善设备运行状态，强化设备智能化监管，提高运行效率和能耗效率，为科学管理与决策提供依据。同步开展设备完整性体系建设，实现效益最大化。

2.7 建设企业级集成框架，支持卓越运营

开放式企业集成平台，具有良好的扩展性；引入工厂参考模型、行业数据标准，实现数据交互的标准化；实现从工厂实时数据到企业经营层面数据的全面整合与贯通；实现企业级应用系统的流程整合和业务协同；实现生产与经营层面各类异构系统的全面集成。

3 现代煤化工智能制造发展方向

煤化工企业智能工厂建设是一个渐进的、持续的和长期的过程，需要由初级阶段逐步向高级阶段演进，可从以下方向重点布局：

3.1 以业务为驱动力，以运营智能为重点

面向企业战略要求，以提升核心竞争力为主要目标，以支撑业务提升为驱动，以运营智能为建设重点或建设主线，在供应链管理、生产管控、HSE管理、设备管理、能源管理等方面，集中力量开展智能化应用突破。

3.2 从“单个系统”到“可集成的系统”

集成是基石，由点对点的集成方式到基于SOA的集成方式；由分散建模到符合行业标准的工厂参考模型，实现数据一致的共享；由独立的业务流程到组件化的编排和集成，实现跨领域、跨应用的协同；由独立的应用系统到基于消息中间件、服务调用的多系统应用集成。

3.3 融合多种技术，打造新型生产方式

综合应用多种技术，实现更透彻的感知、更全面的互联互通、更深入的智能化，包括集成技术、移动应用、大数据分析、云计算、物联网等IT技术，专业模型、专家知识库等专业技术，流程再造、敏捷制造等管理技术。

在打造新型生产方式，实现从一般操作管控向智能生产转化方面：

（1）充分发挥工艺过程模型在生产优化中的作用。煤化工企业现有的模式基本都是生产加模型，即实际生产和针对此过程的模型是分离的，智能工厂可以达到模拟、控制、优化、工厂参考等模型根据实时操作情况的变化及时更新，指导和优化生产。

（2）构建高效、共享的专家系统，实现分布式的智能，使知识能够得到有效管理，并且在需要时能有效运用。对必要的、有用的数据和信息进行分类存储、管理、组织，用户在智能工厂的环境下，可以通过虚拟环境、远程监控等方式解决问题。

（3）从“被动反应”到“主动应对”。借助于覆盖工业现场的感知网络，快速感知与工厂相关的各类信息，综合运用神经网络、遗传算法、进化计算、混沌控制等智能技术，对于突发的环境变化、工艺设备故障、物料短缺、产品质量问题以及生产事故，在可预测的环境下，系统能根据工厂状况进行自我设定，能够事先预防，并及时消除[7]。

4 煤化工企业信息化建设方面的不足和应对

出于高资金密度、高技术密度特点，我国新建大型煤化工企业普遍重视信息化建设和信息化技术成果的应用，中煤榆林能化、神华宁煤煤制油[8]等一批企业在智能工厂规划与实践上走在前列。近年来，一些传统煤化工企业也在积极进行信息化改造和升级，整个煤化工行业的信息化建设取得了长足进步，但就信息化建设整体水平而言，与国内居于领先的大型炼化企业相比，仍尚处较初级阶段，一些共性问题比较突出：

（1）企业信息化规划不清晰。企业信息化建设是一个长期、复杂的工程，必须制定长远的目标、采取有效的措施、依托充分的支持，才能保证其顺利推进，并取得预期效果。部分煤化工企业在制定发展规划时，往往不重视甚至忽略信息化建设规划，导致实施过程中各子系统无法保持一贯、虎头蛇尾、前后不搭，严重降低了系统应用效果，阻碍了信息化建设的进一步发展。

（2）工厂数据孤岛严重。现代煤化工主要采用的生产工艺普遍具有国际国内先进水平，但在应用上多为示范摸索阶段，技术商在配套信息技术应用上持谨慎态度，往往选择与本工艺合作时间较长、衔接更为成熟的硬件设施或控制系统，由此容易形成在同一工厂不同装置单元之间控制应用建设上各品牌分片割裂，数据孤岛现象严重，导致优化控制缺失，信息化一体化水平不高。

（3）系统应用更新升级断代。信息化建设能够明显提高企业决策效率，但信息化系统及其配套硬件升级迭代有其行业规律，其速度远比煤化工企业生产工艺技术升级要快很多。企业从成本考虑，对应用系统或硬件的升级一般持消极态度，也有不少企业实际把信息化建设仅仅作为形象工程看待，更谈不上及时跟进、升级应用。所以煤化工企业中不同系统、硬件“老、中、青”三代同堂并不罕见。

针对以上问题，应该从多个方面积极采取措施：

（1）选择合适的信息化合作伙伴。对于信息化建设，大部分煤化工企业缺乏充分的知识和经验，如果由企业独立来搞信息化建设，势必会走不少弯路，企业需要与有经验的信息化机构合作，走联合开发的道路。

（2）选择适当的企业信息化建设模式。企业的信息化建设一定要与效益挂钩，与企业的实际需求相结合，要能通过信息化建设帮助企业解决当前存在的问题和困难。

（3）加强对复合型信息技术专才的培养。企业需要建立一支知识结构合理、技术水平较高的技术队伍，以保证系统的正常运行和维护管理。

（4）做好化工企业的资金预算，制订长期投资策略。企业的信息化建设投资是一项长期投资，不可能在短时间内转化为效益，资金投入方面要有长远的规划。