中國石化的智能制造之路該如何走

中國石化產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化水平從規(guī)模上已經(jīng)躋身世界前列，但大而不強(qiáng)、大而不優(yōu)是我國石化行業(yè)的現(xiàn)狀。中國石化是我國石化行業(yè)數(shù)一數(shù)二的特大型國有企業(yè)，如何通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型迎接競爭與挑戰(zhàn)，看中國石化信息化管理部主任、石化盈科董事長李德芳怎么說。

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，中國石油化工產(chǎn)業(yè)的規(guī)模、產(chǎn)量和能力都有了大幅度的提升——化學(xué)品產(chǎn)量位居世界第一，煉油能力位居世界第二，2017年已達(dá)7.7億噸；同時還擁有自主開發(fā)的催化裂化、加氫裂化等6大煉油核心技術(shù)，以及千萬噸級煉油、百萬噸級乙烯和芳烴生產(chǎn)等5大成套技術(shù)?？梢哉f，中國石化產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化水平從規(guī)模上已經(jīng)躋身世界前列。

但是，我國石化工業(yè)目前還是大而不強(qiáng)、大而不優(yōu)，主要存在產(chǎn)業(yè)布局不盡合理，較為分散；煉油裝置開工率僅為72%，產(chǎn)能過剩；通用產(chǎn)品所占比例較高，高端產(chǎn)品自給率不足；能耗、物耗較高，安全環(huán)保壓力較大，生產(chǎn)成本較高等問題。

除了上述這些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)本身所面臨的壓力之外，特別是新一輪的ICT革命、能源革命以及電動汽車革命，對中國石化行業(yè)發(fā)展帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。電動汽車的發(fā)展引人注目，中國的電動汽車保有量正在不斷攀升，面對新能源汽車的異軍突起，傳統(tǒng)石化企業(yè)是否陷入了發(fā)展危機(jī)？此外，石化行業(yè)在安全和環(huán)保方面也迫切需要實現(xiàn)本質(zhì)提升。這些變化時刻提醒著石化行業(yè)乃至整個能源產(chǎn)業(yè)中的廣大傳統(tǒng)企業(yè)，在制定未來發(fā)展規(guī)劃時必須要有超前的戰(zhàn)略思考。

中國石油化工集團(tuán)公司（簡稱中國石化）是我國石化行業(yè)數(shù)一數(shù)二的特大型國有企業(yè)集團(tuán)，在2017年“財富世界500強(qiáng)”企業(yè)中排名第3位。作為一家傳統(tǒng)企業(yè)，中國石化在轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中同樣面對著上述挑戰(zhàn)，如何應(yīng)對必須引起企業(yè)的高度重視和深入思考。

中國石化的智能制造之路

對于中國石化來說，智能制造是推動我國石化工業(yè)向高效化和綠色化方向發(fā)展，實現(xiàn)由大變強(qiáng)的必由之路。以石化行業(yè)為代表的流程行業(yè)具有以下顯著特點：存在復(fù)雜的物理化學(xué)過程；生產(chǎn)過程耦合性強(qiáng)，難以建立數(shù)學(xué)模型，難以實現(xiàn)數(shù)字化；原料復(fù)雜、生產(chǎn)工況波較動大等，在邁向智能制造的過程中面對著更多的挑戰(zhàn)。

以德國的“工業(yè)4.0”為代表的針對離散工業(yè)的智能制造模式不完全適用于流程工業(yè)，要實現(xiàn)流程工業(yè)的高效化和綠色化，必須自主創(chuàng)新，探索適合我國流程工業(yè)特點的智能制造模式。為此，中國石化以旗下的石化盈科為主體，聯(lián)合國內(nèi)的一些高等院校以及華為、埃森哲等國內(nèi)外領(lǐng)先ICT企業(yè)，展開自主研發(fā)，打造了石化自己的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺和智能制造平臺。

中國石化在智能制造領(lǐng)域進(jìn)行了長期的探索與實踐，其建設(shè)歷程可以分為3大階段：

2003～2011年， MES系統(tǒng)（生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)）建設(shè)和推廣階段。實現(xiàn)自主研發(fā)的MES系統(tǒng)在中國石化煉化企業(yè)全覆蓋，并推廣到神華、中煤等大型企業(yè)；對于這些傳統(tǒng)企業(yè)生產(chǎn)管控水平的提高起到了很大作用，為石化工業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化奠定了一定的基礎(chǔ)；

2012～2015年，智能工廠規(guī)劃與試點階段。完成智能工廠總體規(guī)劃和設(shè)計，在燕山石化、鎮(zhèn)海煉化、茂名石化和九江石化這4家下屬企業(yè)開展試點，打造了石化“智能工廠1.0”版，形成了相關(guān)理論、解決方案和核心軟件產(chǎn)品，2015年九江石化還被國家樹立為智能制造試點示范；

2016年至今，智能工廠升級與ProMACE石化智云建設(shè)階段。啟動“智能工廠2.0”建設(shè)，與華為開展合作，打造ProMACE 2.0，鎮(zhèn)海煉化和茂名石化分別于2016年和2017年被國家樹立為智能制造試點示范；除此之外，還在2016和2017年連續(xù)兩年承擔(dān)國家智能工廠標(biāo)準(zhǔn)制定，2017年石化盈科還入選了全國“第一批智能制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商推薦目錄”。

智能工廠的建設(shè)也使中國石化的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平不斷提升，有效促進(jìn)了企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和提質(zhì)增效，取得了一系列顯著成果——整個公司的勞動生產(chǎn)率平均提升了10%以上，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動采集率達(dá)到95%以上，對重點環(huán)境排放點實現(xiàn)了100%的實時監(jiān)控與分析預(yù)警。公司下屬的鎮(zhèn)海煉化的乙烯裝置績效進(jìn)入全球第一群組，2015～2017年連續(xù)3年利潤超過百億；茂名石化2016年勞動生產(chǎn)率比2013年提升近一倍，2017年效益也首次突破百億元；九江石化2015年起扭虧為盈，2017年盈利超16億，在同規(guī)模企業(yè)中效益名列前茅。

在建設(shè)“智能工廠1.0”、特別是隨后向“智能工廠2.0”提升的過程中，ProMACE智能工廠解決方案的應(yīng)用為中國石化各個方面都帶來了重要的改變：

生產(chǎn)操作協(xié)同聯(lián)動。率先在煉化企業(yè)建成了工業(yè)4G無線網(wǎng)，實現(xiàn)了智能巡檢和內(nèi)外操協(xié)同，提高了現(xiàn)場處置效率，操作平穩(wěn)率提高5.3%，操作合格率從90.7%提升至99%；

基于大數(shù)據(jù)的報警和預(yù)警。利用催化裝置的歷史數(shù)據(jù)分析和挖掘裝置的報警規(guī)律，形成知識庫并建立預(yù)警模型，將關(guān)鍵報警提前了1～2分鐘預(yù)警，為操作人員及時采取措施、規(guī)避生產(chǎn)風(fēng)險爭取了寶貴時間；

計劃調(diào)度協(xié)同優(yōu)化。綜合利用機(jī)理建模技術(shù)與優(yōu)化算法，通過計劃、調(diào)度和操作的協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)了生產(chǎn)全過程效益最大化，試點企業(yè)年綜合增效10億元以上；

日效益分析優(yōu)化。采用深度學(xué)習(xí)算法實現(xiàn)了生產(chǎn)的智能排產(chǎn)和動態(tài)優(yōu)化，企業(yè)由月效益分析轉(zhuǎn)變?yōu)槿招б娣治觯?/p>

數(shù)字化物資倉庫。試點企業(yè)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)庫存物資實時盤點和智能配送，提高了物資管理效率，年減少庫存占用資金5000余萬元；

全自動立體倉庫。鎮(zhèn)海煉化采用國產(chǎn)技術(shù)建成國內(nèi)石化行業(yè)首個超大型、全自動且無人操作的聚丙烯立體倉庫，實現(xiàn)固體產(chǎn)品包裝和倉庫作業(yè)的自動化管理以及無人裝車發(fā)貨；

三維數(shù)字化工廠?；诠こ淘O(shè)計數(shù)字化交付成果建成三維數(shù)字化工廠，實現(xiàn)人員培訓(xùn)、設(shè)備吊裝模擬、工程量估算、設(shè)備故障定位和應(yīng)急演練等應(yīng)用；

設(shè)備健康和可靠性管理。利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行評估以及智能診斷，實現(xiàn)設(shè)備預(yù)知性維修，減少了非計劃停工；

能源全過程管理。實現(xiàn)能源的供、產(chǎn)、轉(zhuǎn)、輸、耗全流程管理，支撐了能源管理中心建設(shè)；

能流在線優(yōu)化。建成了全廠蒸汽動力產(chǎn)、輸?shù)膬?yōu)化模型，優(yōu)化了鍋爐、汽輪機(jī)和換熱器等設(shè)備的操作，促進(jìn)了節(jié)能減排和降本增效，企業(yè)年節(jié)約能源成本700萬元以上；

應(yīng)急指揮協(xié)同一體化。實現(xiàn)了報警、接警和處警的應(yīng)急聯(lián)動和快速響應(yīng)，依據(jù)爆炸、泄漏和火災(zāi)等模型計算事件擴(kuò)散影響范圍，指導(dǎo)現(xiàn)場救援；

環(huán)保在線管控。通過“環(huán)保地圖”實現(xiàn)污染物排放（COD、氨氮、二氧化硫、VOCs）的實時監(jiān)控、異常報警和信息推送。

打造“不一樣”的智能工廠

在“智能工廠1.0”建成以后，為什么中國石化還要繼續(xù)打造ProMACE石化智云？中國石化智能工廠試點建設(shè)起步于2012年，當(dāng)時采用的還是傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)架構(gòu)。隨著2016年“智能工廠2.0”的啟動、新技術(shù)的發(fā)展以及業(yè)務(wù)需求的變化，我們建設(shè)系統(tǒng)的思路、途徑、方法、技術(shù)都需要進(jìn)行調(diào)整。

按照《中國制造2025》國家戰(zhàn)略的要求，面向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化現(xiàn)代工廠的目標(biāo)，我們提出“平臺+數(shù)據(jù)+服務(wù)”的建設(shè)模式，致力于打造一個“不一樣”的智能工廠，并與華為在2016年聯(lián)合推出了ProMACE石化智云。

這既是中國石化智能制造自身建設(shè)的需要，也是支撐整個流程工業(yè)，為整個行業(yè)提供服務(wù)的要求。同時，ProMACE石化智云將以智能工廠為核心，以智能物流、智能服務(wù)為紐帶，與智慧園區(qū)、智慧城市融為一體，形成傳統(tǒng)行業(yè)與信息技術(shù)深度融合的新模式、新業(yè)態(tài)，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。

作為中國石化未來智能制造發(fā)展的主要支撐平臺，ProMACE主要具有如下5項核心要素：

第一，安全可控的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：通過全面感知與互聯(lián)互通形成泛在的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，實現(xiàn)物料、產(chǎn)品、設(shè)備、環(huán)境和人員的感知、識別和控制；

第二，開放智能的流程工業(yè)云平臺（工業(yè)PaaS）：云平臺是智能制造的工業(yè)操作系統(tǒng)，提供集中集成、實時計算、智能分析、物聯(lián)網(wǎng)接入以及二/三維可視化5項核心能力；

第三，融入最佳實踐的工業(yè)App：面向流程工業(yè)，提供融入了生產(chǎn)管控、安全、環(huán)保、設(shè)備和能源等最佳實踐的工業(yè)級核心應(yīng)用；

第四，基于行業(yè)經(jīng)驗的專家服務(wù)：通過行業(yè)內(nèi)的院士、設(shè)計大師、設(shè)備專家和工藝專家等，為客戶提供設(shè)備遠(yuǎn)程診斷、煉化工藝指導(dǎo)和安全環(huán)保咨詢等特色服務(wù)；

第五，標(biāo)準(zhǔn)與安全體系：ProMACE運行的保障。

可以說，ProMACE石化智云是物理信息系統(tǒng)（CPS）在石化行業(yè)智能工廠的具體實現(xiàn)， 也是流程工業(yè)CPS的具體實現(xiàn)，承載了我們對于物理工廠的模型化描述。站在流程工業(yè)的角度，主要有3個維度：一是對工廠資產(chǎn)的描述，通過工廠模型、三維模型等進(jìn)行刻畫；二是對過程的描述，通過機(jī)理模型進(jìn)行刻畫；三是各類數(shù)據(jù)匯聚形成大數(shù)據(jù)模型，隨著數(shù)據(jù)更新獲得自學(xué)習(xí)能力。利用ProMACE中的模型和數(shù)據(jù)，結(jié)合優(yōu)化與控制，實現(xiàn)了計算進(jìn)程與物理進(jìn)程的交互，打造了流程工業(yè)的CPS。支撐了生產(chǎn)管控、供應(yīng)鏈管理和資產(chǎn)全生命周期管理3條業(yè)務(wù)主線，并形成了新一代生產(chǎn)運營模式。