化工智能化发展与职业教育专业目录修（制）订工作的思考

全国石油和化工职业教育教学指导委员会副主任兼秘书长 于红军

最近，我走访一些石油和化工企业，目睹了现代石油和化工行业的智能化发展，应该说“未来已经来了”。智能化的发展在化工行业已经进入到了一个特有的阶段，推动了整个业态的改变。从行业发展上来说，有很多需要我们关注的地方，但是智能化对业态的影响是一个突破点，新的职业教育专业目录修订把智能化时代催生的工业变革作为聚焦点，我认同。现在化工行业的智能化到底发生什么样的变化，今天我和大家一起分享一下，同时谈一下对职业教育专业目录修（制）订工作的认识。

2020年，职业教育专业目录修（制）订工作定位和聚焦到专业升级与数字化改造，化工技术类专业的研制工作在石化行指委指导、行指委相关的专委会积极配合下开展工作，进展顺利。

我想讲四个方面，分别是：我们服务的石油和化学工业、化工行业发展及智能化迭代、智能化技术下生产新业态、强化石化行指委指导作用。

一、我们服务的石油和化学工业

石油和化学工业是我国国民经济的能源原材料产业、基础产业和支柱产业，具有资金技术密集的特点。给大家提供一些化工行业的数据：化工行业总产值现在占全国工业总产值的12%左右；化工行业生产4 万多个化工产品，渗透在95%以上的工业领域中；我国石油和化工行业贡献了超过40%的世界行业产能。

我国是名副其实的世界第一的石油和化工大国，但却不是石油和化工强国。一场疫情，让我们更加清楚地看到化学工业是极富创造性的工业领域，是名副其实的可以产生新物质的行业，化工可以解决人类面临的资源短缺、环境污染、重大传染性疾病等许多困难，为人类创造更美好的生活。

全球进入经济至暗时刻，也深刻影响全球石油和化工产业。在疫情防控中，很多化工人成为美丽的逆行者，为国内外抗疫生产出熔喷布、消毒剂、护目镜、医疗用品、塑料包装等大量化工产品。化工企业为了支撑整个抗疫过程，加班加点工作，中石油和中石化很快就上了熔喷布之类的项目，再如奥克控股集团股份公司生产的消毒剂等，均对抗疫起到了非常有效的作用。化工造福人类的形象凸显，“谈化色变”的化工形象有所改变。

“十三五”期间，我国经济保持稳定增长，年均增长率高于各大经济体，具体如表1所示；我国石化产业坚持绿色可持续稳步发展，具体发展情况如表2所示。

表1 “十三五”期间，中国国内生产总值和经济年均增长率

表2 “十三五”期间，中国石油和化工产业收入

二、化工行业发展及智能化迭代

现代化工的一系列变化最核心、需要聚焦的是智能化迭代问题。智能化迭代在化工行业中到底是什么位置？

（一）加快数字化与化工转型发展的快速融合

从化工行业发展趋势及创新明确看出：

一是产业链从中低端向中高端转型和跃升。化工行业面临淘汰过剩和落后产能，转型升级。

二是新技术和自主创新能力在提升。现在由于“卡脖子”问题很严重，如电化学产品，化工新材料领域，关键基础材料进口率达到40%以上。我国还存在着生产技术落后的问题，并且随着外企进入，中国化工市场竞争日趋激烈。

三是粗放型的生产模式向提高资源利用率、节能降耗转变。由于管理效率低下，基础原材料产品的平均能耗比国际上先进水平高出20%左右。

四是资源型生产向深加工发展。提高化工的精细化生产能力是发展方向之一。发达国家化工的精细化率60%，比我国高出20%。中石油提出“油头化尾”发展布局，我们还在化工的前端徘徊，深加工以及后续的发展仍需持续解决。

五是绿色化工、可持续发展。需要加快应对资源、环境制约的挑战。

六是化工生产智能化发展是化工业内最聚焦的核心点。智能化将是推动我国石化行业向高效、绿色、安全以及高质量发展的重要驱动力和重要引擎，已经被提到非常高的位置。

（二）推进新科技革命与产业变革

疫情推进了新科技革命与产业变革的进程。在5G、工业互联网和人工智能三足鼎立支撑下，石化产业正在形成智能化下的产业迭代。自动调节和控制生产过程，实现生产稳定、安全、可靠运行。优化工业软件的使用，管理生产计划，提高生产效能、降低能耗物耗；为安全生产和高质量发展保驾护航。智能化发展从根本上改变传统产业的技术基础、组织模式和商业形态，减少经济增长对于体力劳动的需求，形成对人类脑力劳动的大规模替代。化工行业面对学校招生和企业招工双重困难，为了解决大量的脑力劳动和体力劳动问题，需要比其他行业企业更加关注智能化问题。

（三）智能化迭代需要复合型人才储备

我国石油和化学工业是典型的技术密集型、人才密集型产业，汇集了接近2 000 万人的产业大军，约30 万家生产企业，其中规模以上企业约2.7 万家。大量的中小企业在整个产业用人短缺的情况下，尤其在疫情期间，面临着无人可用、因缺人不能开工的难题。因此，企业纷纷加快数字化转型与智能化提升的步伐是必然的。一方面的原因是技术发展到了一定程度；另一方面是行业的特殊性，化工智能化发展所需要的复合型人才储备严重不足。目前，学校还未意识到、专业的转型太慢，课程体系仍然比较陈旧。

《流程工业》最近发布了对500 家流程工业企业的数字化建设情况市场调查数据，如图1所示。

图1 500 家流程工业企业的数字化建设情况市场调查数据

调查显示：500 家流程工业企业中，七成的企业已经将数字化转型作为重大战略之一，超过95%的企业开展了数字化的相关工作，还有不到3%的流程工业企业目前还未涉及数字化、智造转型的课题。这可以从一个侧面反映出现代化工企业的新业态。

面对数字化浪潮，企业重视复合型人才储备。因此，为了打破业务孤岛，数字化人才培养在企业已经先于学校行动起来了。很多企业已经有计划地培养数字化人才，制定数字化人才培养计划的企业达到61%以上。具体数据如图2所示。

图2 500 家流程工业企业的数字化人才培养调查数据

企业的数字化转型对数字化人才提出越来越高的需求，绝大部分的企业具备了数字化人才储备的意识，设置了明确的岗位职能，如37.27%的企业在现有职能中添加与数字化相关的职责，构建了数字化人才职能发展体系，如接近23%的企业设置了首席数字官（CDO）、数字化专员等明确岗位。具体数据如图3所示。

图3 500 家流程工业企业的数字化人才需求调查数据

三、智能化技术下化工生产新业态

（一）智能化技术在化工生产中的应用

智能化技术生产的业态到底是什么样的？石化行业大力推进智能化技术在在化工生产全过程的应用。石油和化工行业的五年规划《石化和化学工业发展规划（2016—2020年）》中，明确提出利用大数据技术发展石油化工产业。

1.流程工业DCS 控制系统是“大数据金矿”

化工是流程工业，具有数字化管理的优势，DCS控制系统是“大数据金矿”。化工生产是流程工业的典型代表，早在30年前已经采用集散控制系统总控操作，积累了工业DCS 大数据。化工企业在运行过程中生成并存储的大量工业数据，构建出化工产业大数据研究的“数据金矿”。通过大数据在化工领域的应用，实现化工企业感知、预测、协同、分析、控制和优化能力的提升是化工领域大数据研究的长期目标。

2.大数据在化工领域应用

石化领域数字化控制起步早，是国家智能制造第一批试点领域。数字化走过3 个层级：首先是数字化，DCS 积累了大数据；然后是数字化和网络化结合，实现网络化下的数字化分析；再下一步是数字化+网络化+智能化，在之前的基础上增加了智能干预，使生产安全与产品质量进一步提高，替代了大量的人类体力劳动和脑力劳动）。

有专家认为，大数据在化工领域应用的1.0 阶段：自2010年起，国内少数石化企业已开始了智能工厂的示范探索，以企业信息系统建设与应用为核心，并开展了部分业务领域的智能化优化尝试。

大数据在化工领域应用的2.0 阶段：自2015年以来，企业以智能化优化技术为核心，以提高企业效益和综合竞争力为目标，对全生产过程开展智能化优化技术研发。初步在生产过程优化智能化、供应链优化智能化、资产全生命周期管理智能化等方面取得成效，如中国石化九江石化是国家首批认可的石化领域智能制造示范企业，中石化9 个试点企业目前都有可喜成果。

3.化工大数据下的智能化工

向大家介绍2 个化工大数据与工业软件的应用案例。

第一个是采用工业DCS 数据，聚全氟乙丙烯树脂合成工序和氟橡胶聚合生产过程中通过BDMOS 软件（Big Data Mining Optimization System，大数据挖掘优化系统）进行数据处理，实现了生产优化及产物合格率的提高。

第二个是燕山石化以HAZOP 软件作为大数据分析基础，构建了包括动静态设备、仪表、电气等预测性维护系统，实现故障诊断和劣化趋势预测——化工危险与可操作性分析。

这是一项非常了不得的应用，现在各级安监和应急管理部门也在推化工危险与可操控性分析，中国化工教育协会2020年申请下来HAZOP 的1+X 证书，也是最早申请下来的化工安全操作智能化分析方法（HAZOP）证书。在化工操作中有了危险与可操控性分析，就智能化程度而言，可以完成人类不能预知的安全隐患，能够把操作规范到最正确的轨道上，把最优秀的操作思路、最好的操作工的做法设定好。就像最有经验的老师傅把规范模型做出来，无论谁来操作这台机器，危险与可操控性分析都会引导操作者无限趋近最优化、最安全，这就是智能化在化工生产中的重要应用。

（二）化工行业智能化研究应用重点

现代化工智能化研究是多方位研究，除了大量工业软件在渗透之外，主要体现在几个“价值”上进行的深入研究和应用。

1.工艺排程与调度。价值在于优化生产过程，改善设备运维。

2.化工危险与可操作性分析。价值在于异常工况诊断，安全可控。

3.在线实时监测。价值在于预测产品检验与质量管理，提高质量。

4.能耗实时监控。价值在于提升生产效率和产品质量，减少生产成本和资源消耗。

5.物流和产品链协调。价值在于产业链优化和下游需求匹配。

6.生产业态优化。提高生产自动化水平，减少劳动强度，提高工作效率。

7.加快智能制造技术相匹配的人才培养与供给。

这些都是全新的业态，而缺少相应人才的问题，需要教育界来尽快弥补。

（三）智能化工厂几个方面应用

1.数字化工厂

建立全厂统一的数据管理平台，实现生产运营的数字化、可视化、集成化，从而提高企业生产效率和安全运行能力。

2.智能专家系统

化工企业的核心设备大型机组及关键生产过程目前都建立了远程专家监控管理系统，将互联网与大数据技术相结合，通过建模实现计算机的自学习能力（智能化）。建模非常关键，把化工有关的控制原理整个输入到程序中，让计算机有足够的智慧来理解化工过程的危险分析，将实际运行趋势与拟合趋势图做比较分析，偏离正常范围的数据将自动发出预警功能，实现智能化预警和智能化的数据分析。这样动态的海量数据分析是人类专家所无法比拟的。目前，我了解到不少企业的智能化分析情况，如湖北三宁化工股份有限公司的智能化控制就非常有特色。

⑴ 数字化工厂：新建项目自带数字化工程基因

现在的化工生产企业只要建厂就自带数字化（工程）基因，不是随便建厂，而是在建厂之初，首先请专家设计智能化控制体系。2019年12月30日，我们考察湖北三宁化工60 万吨/年乙二醇项目。该项目在建设中将数字化技术应用于生产和运营的各个场景纳入工程建设计划，做到化工生产全生命周期的优化，以数字化贯穿产品与生产的石化智能工厂建设整个过程，极大提升了生产及管理水平（图4）。

图4 湖北三宁化工60 万吨/年乙二醇项目

我们在参观山东滨化集团时，企业领导带我们进入大门的第一个房间见到了能耗实时监控系统（图5）。当班班组的能耗，包括耗水、耗电、耗原材料等，具体消耗数值当班就能知道，而且立刻得到企业在全国的具体能耗水平。企业领导说，“我不怕产品卖不出去，全国比能耗是最低的，价格有优势。”这就是化工企业的生存之道。

图5 山东滨化集团有限责任公司的能耗实时监控

⑵ 中石化智能工厂建设：成效明显

2013年，茂名石化（图6）、九江石化（图7）、镇海炼化（图8）、燕山石化（图9）四家企业作为中石化智能工厂试点项目建设单位。

图6 茂名石化

图7 九江石化

图8 镇海石化

图9 燕山石化

据报道：茂名石化构建总部、企业应急指挥中心和现场指挥部三级一体化应急平台，为实现“信息互通、数据同步、快速接警、综合研判、科学决策、联动指挥”的扁平化控制提供了保障，即将总部的专家管理延伸到一线，提高了应急处置协同能力。

九江石化的试点项目，员工总数减少12%，班组数量减少13%，外操室数量削减35%。“可视化”是九江石化“智能工厂”建设的重要特征，也是未来信息技术的重要发展方向。

镇海石化企业生产组织模式变化，监控8 000 个监控点仅需要7 名员工。

燕山石化开创“黑屏操作”新模式（无报警屏幕不亮，报警时屏幕高亮显示），最长黑屏时间可达4 个小时，53 套装置的操作站实现生产正常状态下操控台黑屏、生产异常状态下系统自动精准警示。降低了一线职工劳动生产强度，提高了应急响应速度和处理能力，明确降低了一线职工数量。

这就是现代化工发展的趋势。四家第一批试点企业生产数据自动数采率达到90%以上，外排污染源自动监控率达到100%，企业生产组织模式发生重大变化。

2018年9月5日，中国石化智能工厂推广项目初步设计通过评审，将进一步打造齐鲁石化、天津石化、上海石化、金陵石化、海南炼化、青岛炼化等6家成熟的炼化行业智能工厂。

3.人工智能巡检系统

人工智能巡检系统可以制定巡检路线，结合人员定位系统，佩戴智能巡检仪器将装置的情况采用拍照、录像等方式，通过网络传送至控制中心，并与控制中心人员实时对话，及时解决隐患和故障。自动生成台账及日志，进一步规范管理。提升企业生产安全等级，提升管理效率。人员背负监测仪器，走过巡检路线，这个方案明显提高巡检质量，原因是人员所佩戴的温度测试器、气体测试器等一切可能泄漏的有危险性气体的灵敏度测试仪器，在人闻不到味时或看不到设备内部温度变化时，设备就报警了，这是巡检时人做不到而仪器能做到的。智慧巡检提升了企业生产安全等级和管理效率。

4.机器人应用

机器人也进入了化工操作领域。

⑴ 无人机应用

无人机在中石油的前期即石油开采和管道输送中应用量非常大。无人机一般用于高远处的设备巡检，自身搭载专业航拍设备（高清摄像机、红外热像、气体感应仪等），并回传到地面站或监控中心。根据巡检任务的不同，有针对性地选择检测位置，搭载设备（图10）。

图10 机器人应用

⑵ 各类机器人应用（机器换人）

从根本上解决枯燥的重复性工作,解决了人工容易出现的操作隐患，而且降低生产运行成本，提高了生产质量。如无人驾驶车，油罐清洁机器人、运维机器人、无人消防车等技术已在生产中广泛运用（图11）。虽然要投入更多的成本，但是可以确保员工安全。

图11 灭火机器人

⑶ 机器人化学家

近期见到报道，利物浦大学的研究人员开发出具有人形特征，可以在标准实验室中自己工作的AI化学家机器人，在8 天时间里独立完成了668 个实验，并研发出了一种全新的化学催化剂。这种机器人具有无限的耐心，可以同时考虑数十个维度的变量，每天工作21.5 个小时。

应用机器人员工可为企业提高生产效率、降低生产成本、提高产品技术含量、扩大企业竞争实力。此外，随着劳动力市场供给减少，部分高危行业面临劳动力短缺。这可能成为机器人很快“上岗”的又一推动因素。

化工已经发展到这个程度，化工的教育是否需要进行调整？这就要求学生会操作无人机、机器人。化工数字化人才需求要求学校了解企业数字化生产管理、自动化运行的思维方法；要求学校参与企业数字化改造和优化工作，生产模式变革以及流程重构；要求学校熟悉数字化工具、数字化技术的使用价值和使用方法。化工智能化要求具有较高知识水准，复合型技能结构的一线专门技术人才。

现在企业一线一般不会让学生修改工艺参数，工艺参数都是由计算机控制的。因此，现在教授化工工艺学需要学生理解工艺的原理、了解逻辑关系以及自动化控制工艺流程，要具备智能化设备的维护能力和检测能力。现代化工企业需要具备化工机械知识、化工仪表知识、分析检验知识等方面一系列背景的复合型人才，特别是需要技术开发人才。

四、强化石化行指委指导作用

石化行指委正处于换届阶段，新一届行指委正在筹建。

（一）组建新一届石化行指委

受教育部委托，中国化工教育协会作为全国石油和化工职业教育教学指导委员会牵头单位组建新一届全国石油和化工职业教育教学指导委员会。2020年7月，《关于上报“全国石油和化工职业教育教学指导委员会换届工作方案》的报告”（中化教协发〔2020〕25 号）》已经报送教育部，待批。

拟从各方面推荐的行业企业、职业院校、普通本科高校和研究机构等200 余名专家中，按照行业企业40%、中等职业学校15%、高等职业学校40%、普通本科高校和研究机构等5%的比例遴选组建。石化行指委秘书处仍然设在中国化工教育协会，由石化行指委提名秘书处人员组成名单。计划设置若干专业、课程及综合类委员会。

（二）指导专业目录修订

1.上一轮专业目录的主要调整点

一是融入企业文化及职业精神的内涵，对企业认同、对行业理解、对家国情怀的渗透，将“责任关怀”“合规”“全球契约”等理念融入教学标准中，强化立德树人。

二是注重引入绿色化工生产技术（健康、安全、环保），以“全生命周期”为导向的绿色化工、循环经济等内容引入专业教学标准。

三是教学过程与生产过程的紧密对接，倡导理实一体化教学，创新实践教学形式，提高实践教学实效。

四是中职连续三年不招生的3 个专业给予取消，新增了适应行业转型升级的化工仪表智能控制专业方向。

目前，尚存在着教育与产业脱节、滞后问题依然严重的问题，因此需加快专业目录的动态改进。

2.对新一轮专业目录修订提出了的指导意见

目前，化工智慧化发展进入快车道，企业对人才提出新的要求：

⑴ 不再需要生产线的“螺丝钉”，而是需要产品智能生产系统的操作者、维护者、管理者。

⑵ 除精湛的操作技能，特别需要了解智能控制原理，具备对智能网络的高度理解和运用能力。

⑶ 会使用常用工业软件，参与化工生产智能化开发过程的复合型的人才。

⑷ 操作人员教育层次提升。智能化工要求具有较高知识结构的一线专门技术人才，本科层次甚至硕士学历操作人员进入化工总控室关键岗位。

配合石油和化学工业智能化发展，对人才需求的三步走措施：

⑴ 普及X 证书，在石油和化工相关专业普及“HAZOP”等化工人工智能技术等级证书。

⑵ 专业改造，开发工业信息化相关课程，实现人工智能+化工类专业的交叉融合。

⑶ 新建复合型专业，建议专业名称为“过程制造智能技术”，其内涵为：过程加工制造技术+控制技术+信息技术。

另外，在化工类专业改造方面，主要围绕“人工智能+X”展开。

2020年7月，北京化工大学在谭天伟院士领衔推进下，建立了人工智能交叉研究中心。聚焦人工智能在化工行业的融合应用：

⑴ 推动人工智能与生命、化工、材料、化学等专业的交叉融合，人工智能+X（涉化专业）。

⑵ 开展原创性重大理论与实践问题研究，为人工智能与实体经济融合战略提供技术与人才支撑。

⑶ 推动人工智能创新成果在化工行业的落地应用。

3.组织开发高含金量的X 证书，对专业教学内容进行有效补充

为加强石油和化工职业院校服务行业企业发展的能力，组织开发具有现代职业技术含金量的X 证书项目。中国化工教育协会以全资企业“北京化育求贤教育科技有限公司”申报了第四批职业教育培训评价组织。

获批两个项目，补充了石化类专业职业教育教学内容的短缺：

⑴ 化工危险与可操作性分析（HAZOP）应用职业技能等级证书

HAZOP 是国际公认的可极大提高工厂生产安全性、可靠性的一种安全评价方法，国家安监总局明确要求我国危险化学品建设项目要进行HAZOP 分析。

⑵ 化工精馏安全控制职业技能等级证书

化工精馏是化工生产过程中最主要的工艺之一。此证书将以典型精馏过程的工艺技术规程、操作规程、安全规程为依据，将化工精馏相关的新技术、新工艺、新规范、新要求等融入到新的职业技能标准中，是适应产业最新发展需求的化工精馏安全控制职业技能等级标准，是对专业教学内容的有效补充。

目前正在组织申报首批石油和化工职业教育X证书试点院校，希望有意向的学校积极报名。

⑴ 完善证书内涵及实施方案，推进培训基地建设。

⑵ 开发覆盖行业最新技术发展的X 证书项目。

4.组织制定国赛改革试点赛化工类赛项规程

组织全国职业院校技能大赛改革试点赛。化工类赛项规程制定包括中职组工业分析检验赛项规程和高职组化学实验技术赛项规程。

借鉴世界技能大赛标准规范（WSSS），本行业企业知识、技能的国际共识。对知识和理解的评价通过对表现的评价实现，指导职业教育教学内涵的改革。

最后，为大家播放森麒麟轮胎（泰国）有限公司的宣传片，让我们体会现代智慧化工企业的惊艳之处。

2018年我到森麒麟轮胎（泰国）有限公司考察，这是青岛森麒麟轮胎股份有限公司在泰国建的轮胎智能制造生产基地，设计产能1 000 万条半钢子午线轮胎。由于在泰国生产用工很困难，因此做了非常好的智能化开发，使员工数量减少2/3，实现生产过程的“自动化、信息化、智能化、数字化、可视化、可溯化”，以智能化示范工厂推动轮胎行业智能制造（图12、图13）。

图12 森麒麟轮胎（泰国）有限公司

图13 森麒麟轮胎（泰国）有限公司