王水耀，方國洪

氟化工

氟化工的工業(yè)4.0之路淺議

王水耀，方國洪

（中化藍天集團有限公司，浙江杭州310051）

介紹了工業(yè)4.0的基本內(nèi)涵和實質(zhì)，剖析了氟化工企業(yè)的行業(yè)特點和信息化建設水平，論述了適合氟化工行業(yè)發(fā)展的工業(yè)4.0建設思路。

工業(yè)4.0；氟化工；信息物理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)集成；業(yè)務集成

0　引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展，將各種信息技術運用于傳統(tǒng)制造業(yè)的浪潮正在全球興起。無論是企業(yè)還是國家，為了在未來競爭中取得優(yōu)勢地位，都把這個作為重要戰(zhàn)略加以推進。這當中尤以德國提出的工業(yè)4.0最為引人注目。2013年，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術部提出了工業(yè)4.0的概念，它描繪了制造業(yè)的未來愿景，即以信息物理系統(tǒng)（CPS，Cyber-physical systems）為基礎，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡化、機器自組織為主要標志。由于被認為這是繼蒸汽機的應用、流水線大規(guī)模生產(chǎn)和電子工程信息技術等三次工業(yè)革命后的第四次工業(yè)革命，所以稱之謂工業(yè)4.0。

1　工業(yè)4.0提出的歷史必然性

1.1信息技術的突飛猛進為工業(yè)4.0提供了現(xiàn)實可能性

源于計算機異地登錄遠程通信技術，經(jīng)過20多年的發(fā)展，已經(jīng)不局限于計算機之間的互通互聯(lián)，任何智能化的機器設備都可以借助互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)技術為傳統(tǒng)工業(yè)向智能制造轉型升級提供了技術基礎。

1.2人口老齡化倒逼制造業(yè)轉型升級

德國是歐洲人口老齡化程度最高的國家，超過五分之一的人口在65歲以上。在世界范圍內(nèi)，其人口老齡化程度僅次于日本。由于自然余額（出生人數(shù)與死亡人數(shù)的差額）呈負值，德國經(jīng)濟面臨來自勞動力市場的巨大挑戰(zhàn)，未來十年增幅可能出現(xiàn)明顯回落。經(jīng)合組織發(fā)布的《2012年德國經(jīng)濟報告》指出，長期來看，德國經(jīng)濟平均增長率將保持在1.5%的較低水平，10年后甚至可能降到1%，主要原因是人口迅速老齡化，以及隨之而來的潛在勞動力數(shù)量下降。不僅如此，日益減少的勞動者，已經(jīng)不像他們的父輩那樣愿意整天和機器打交道，愿意在生產(chǎn)一線勞動的人員越來越少。這不僅僅是在德國，連中國這樣的發(fā)展中國家，也面臨人口老齡化問題。勞動力短缺和人工成本的持續(xù)上升，內(nèi)在的推動制造業(yè)轉型升級。

1.3需求多樣性要求制造業(yè)提供滿足個性化的產(chǎn)品和服務

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活富裕程度的提升，追求個性化、多元化生活的人越來越多，這種消費需求，要求制造業(yè)不是按照自己的想法給用戶提供整齊劃一的產(chǎn)品，那樣會被市場無情淘汰。

2　工業(yè)4.0的基本內(nèi)涵

對于工業(yè)4.0到底應該包括哪些內(nèi)涵，如何實現(xiàn)等等方面，從產(chǎn)業(yè)界到學界沒有一個統(tǒng)一的被廣泛接受的完整理論。即使是最先提出工業(yè)4.0的德國，也有上百種的工業(yè)4.0詮釋。但不管哪種說法，其基本的內(nèi)容可以簡單概括為一個網(wǎng)絡、兩大主題、三項集成。一個網(wǎng)絡：物理信息網(wǎng)絡，將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)和務聯(lián)網(wǎng)，將生產(chǎn)工廠轉變?yōu)橐粋€智能的環(huán)境。兩大主題：智能工廠和智能生產(chǎn)。三項集成：縱向集成、橫向集成和端到端的集成。［1］

建立信息物理系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)設備、工廠、生產(chǎn)資料和人的高度連接，實現(xiàn)虛擬世界和現(xiàn)實世界的高度融合，就是生產(chǎn)工廠的裝置、智能儀表、傳感器、倉儲球罐、產(chǎn)品包裝物、運輸車輛、人員（包括生產(chǎn)人員、管理人員、客戶等）等都通過網(wǎng)絡技術緊密有機地連接起來，利用一系列自動化控制手段將虛擬和現(xiàn)實緊密結合。

實現(xiàn)三項集成，分別為縱向集成、橫向集成和端到端的集成?？v向集成是打通企業(yè)內(nèi)部的信息孤島，實現(xiàn)所有環(huán)節(jié)的無縫連接。這是智能化的基礎工作。橫向集成是要實現(xiàn)集團內(nèi)生產(chǎn)單位之間或和集團外企業(yè)之間的無縫合作，提供實時產(chǎn)品和服務，通過價值鏈和信息網(wǎng)絡實現(xiàn)資源整合。端到端集成是圍繞產(chǎn)品全生命周期的價值鏈創(chuàng)造，整合價值鏈上不同企業(yè)資源，實現(xiàn)從產(chǎn)品設計、制造、物流配送、使用維護的產(chǎn)品生命周期的管理和服務。

3　氟化工如何融入工業(yè)4.0

探討氟化工行業(yè)如何實現(xiàn)工業(yè)4.0，有必要先弄清楚這個行業(yè)有哪些自己的特點。首先，氟化工產(chǎn)品品種多且單品種數(shù)量小，即使是氟化工中的屬于大宗產(chǎn)品的氟碳制冷劑，也由于家用空調(diào)制冷劑、車用制冷劑、家用冰箱制冷劑應用場景不同，要求使用不同的制冷劑。更不用說用于醫(yī)藥、農(nóng)藥中間體的含氟化學品了。這樣就決定了氟化工生產(chǎn)裝置普遍規(guī)模較小，氟碳化學品以萬噸級居多，含氟中間體以千噸級百噸級為主；其次，氟化工是近幾十年才發(fā)展起來的新興產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)企業(yè)對其反應機理、工藝條件尚沒有完全掌握。尤其使用氫氟酸、液氯等強腐蝕性原料，涉及高溫高壓生產(chǎn)工藝，對設備材質(zhì)要求和腐蝕機理的研究比較缺乏，往往難以選擇到與工藝相匹配的可靠設備，造成設備腐蝕、跑冒滴漏多，生產(chǎn)穩(wěn)定性比較差，制約高水平自動控制的實現(xiàn)?？刂品桨富疽詥位芈房刂茷橹?、輔以少量工藝聯(lián)鎖，部分控制僅實現(xiàn)了遠程遙控，DCS（Distributed Control System，集散控制系統(tǒng)）只實現(xiàn)了基本的過程工藝參數(shù)監(jiān)控和單參數(shù)控制。第三，氟化工產(chǎn)品現(xiàn)階段基本是工業(yè)品，下游用戶中，除了小部分汽車用制冷劑和家用空調(diào)制冷劑售后服務市場具備消費品的特點外，基本是工業(yè)用戶為主。用戶數(shù)量少而且相對穩(wěn)定。

上述氟化工的特點，與實現(xiàn)工業(yè)4.0描繪的目標相去甚遠。尤其從制造環(huán)節(jié)看，工業(yè)4.0的實現(xiàn)有賴于企業(yè)對化學反應機理、設備裝置的腐蝕機理等的研究和認識深度，也有賴于控制閥門、儀器儀表靈敏度和可靠性的提高，所有這些，都不是一個企業(yè)一個地區(qū)的單打獨斗能實現(xiàn)的，更不是一個一蹴而就的事情。需要相關產(chǎn)業(yè)的協(xié)同，長時間的探索和努力。筆者認為氟化工企業(yè)應該從現(xiàn)實出發(fā)，在加強基礎工藝研究的同時，積極擁抱互聯(lián)網(wǎng)，使工業(yè)化和信息化逐步融合，打造氟化工的工業(yè)4.0。在信息化方面當前要做好以下工作。

3.1高起點制定好信息化規(guī)劃

需要從規(guī)劃著手，以瞄準智能工廠、智能生產(chǎn)為終極目標，前瞻性的將云計算服務、物聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)技術在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理中的應用納入規(guī)劃范疇。包括增強IT基礎架構的可擴展性和靈活性，實現(xiàn)企業(yè)資源按需調(diào)度，根據(jù)企業(yè)大數(shù)據(jù)的規(guī)劃與布局，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和業(yè)務管理的一體化；語音、視頻和數(shù)據(jù)等多業(yè)務融合的統(tǒng)一通訊，降低總體擁有成本；現(xiàn)有生產(chǎn)控制設備、IT基礎設施與物聯(lián)網(wǎng)的集合；企業(yè)信息化應用與移動技術的結合，拓展和延伸網(wǎng)絡覆蓋范圍；提升電子商務互聯(lián)網(wǎng)的應用效果；裝置、設備、終端等的安全接入，加強核心信息的安全，對物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)應用和安全建設，移動網(wǎng)絡的安全性、可擴展性、數(shù)據(jù)加密和風險管理等都要規(guī)劃先行。

3.2深化ERP在企業(yè)經(jīng)營管理中的應用

建設工業(yè)4.0不是一下子舍棄現(xiàn)在使用的傳統(tǒng)信息系統(tǒng)建立一個高大上的完美的系統(tǒng)，而是根據(jù)企業(yè)的實際情況，先查漏補缺，補齊短板，夯實信息化基礎，然后改造現(xiàn)有的信息系統(tǒng)以滿足工業(yè)4.0的需要。ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計劃）是當前企業(yè)普遍運用的企業(yè)管理系統(tǒng)，也是運用時間比較久的，由于ERP是從會計電算化基礎上脫胎而來，很多企業(yè)只在財務核算領域運用。其實ERP是個強大的企業(yè)管理軟件，除財務核算外，企業(yè)管理需要的成本分析、物資采購、成本分析評價、設備維修管理等都可以通過ERP相關模塊完成。在互聯(lián)網(wǎng)時代，企業(yè)的各種報表產(chǎn)出和傳遞、審計和風險管理都可以遠程進行。不僅如此，在未來工業(yè)4.0時代，ERP仍然處于非常核心地位。

3.3建設CRM、SRM積極擁抱互聯(lián)網(wǎng)

CRM（客戶關系管理系統(tǒng)Customer Relationship Management）指用計算機自動化分析銷售、市場營銷、客戶服務以及應用等流程的軟件系統(tǒng)。它的目標是通過提高客戶的價值、滿意度、贏利性和忠實度來縮減銷售周期和銷售成本、增加收入、尋找擴展業(yè)務所需的新的市場和渠道［2］。

SRM（供應商關系管理系統(tǒng)Supplier Relationship Management）是用來改善與供應鏈上游供應商的關系的，它是一種致力于實現(xiàn)與供應商建立和維持長久、緊密伙伴關系的管理思想和軟件技術的解決方案。它旨在改善企業(yè)與供應商之間關系的新型管理機制，實施于圍繞企業(yè)采購業(yè)務相關的領域，目標是通過與供應商建立長期、緊密的業(yè)務關系，并通過對雙方資源和競爭優(yōu)勢的整合來共同開拓市場，擴大市場需求和份額，降低產(chǎn)品前期的高額成本，實現(xiàn)雙贏的企業(yè)管理模式；同時它又是以多種信息技術為支持和手段的一套先進的管理軟件和技術，它將先進的電子商務、數(shù)據(jù)挖掘、協(xié)同技術等信息技術緊密集成在一起。實際上，它是為企業(yè)產(chǎn)品的策略性設計、資源的策略性獲取、合同的有效洽談、產(chǎn)品內(nèi)容的統(tǒng)一管理等過程提供了一個優(yōu)化的解決方案。［3］

3.4把MES作為實現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎工作加以推進

MES（生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)Manufacturing Execution System），它是連接生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)控制的中間紐帶，通過信息傳遞，對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理。作為未來的生產(chǎn)管理模式，各種業(yè)務需求通過MES全面提升生產(chǎn)過程的管理、控制、運行和維護的水平，成為真正意義上信息共享、指揮靈活、協(xié)調(diào)及時、核算科學和技術先進的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化、智能化、自動化，從而提高生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本控制能力、保證產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)穩(wěn)定性和生產(chǎn)設備的安全運行水平。

MES能對生產(chǎn)進行實時監(jiān)控管理。當工廠里有實時事件發(fā)生時，MES能對此及時做出反應、報告，并利用當前的準確數(shù)據(jù)對他們進行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使得MES能夠減少內(nèi)部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產(chǎn)運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力、改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業(yè)內(nèi)部和整個產(chǎn)品供應鏈中提供有關產(chǎn)品行為的關鍵任務信息。

MES是企業(yè)經(jīng)營管理層與底層控制層（DCS）之間的橋梁，填補了兩者之間的空隙。一方面，MES可以對來自上層企業(yè)管理軟件（如ERP等）的生產(chǎn)管理信息進行細化、分解，將來自計劃層操作指令傳遞給底層控制層；另一方面，MES可以采集來自DCS各種設備、儀表的信息，以實時監(jiān)控底層設備的運行狀態(tài)，再經(jīng)過分析、計算與處理，從而方便、可靠地將控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)整合在一起，并將生產(chǎn)狀況及時反饋給計劃管理層，便于及時調(diào)節(jié)管理生產(chǎn)和銷售、采購環(huán)節(jié)的關系。

生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)在工業(yè)4.0中起著支柱的作用，沒有生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，智能工廠和智能生產(chǎn)都是空中樓閣，所以我們首先要建立起適合各生產(chǎn)基地的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)扮演生產(chǎn)信息總線的角色，生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)采集來自生產(chǎn)裝置運行、檢化驗分析、物料計量、原材料產(chǎn)品出入庫、能耗、傳感器、車輛等全生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)作為基礎，規(guī)范生產(chǎn)操作，實現(xiàn)精細化生產(chǎn)過程管理。同時也為進一步實現(xiàn)先進制造打下基礎。

3.5創(chuàng)造條件實現(xiàn)信息功能模塊的集成

首先是實現(xiàn)縱向集成。經(jīng)過一系列信息化模塊的建設，實現(xiàn)了整個業(yè)務流程的信息化覆蓋，但由于系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互的困難，業(yè)務流程跨系統(tǒng)流轉不暢，制約了信息系統(tǒng)發(fā)揮作用?？v向集成就是要打通自下而上、自上而下系統(tǒng)之間的交互，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的無縫連接。

縱向集成可以分三個層面來實現(xiàn)，分為數(shù)據(jù)集成、業(yè)務集成、門戶集成。例如DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)經(jīng)過MES系統(tǒng)處理后可以快速地準確地被ERP用戶所使用，采購人員可以實時掌握原材料庫存；銷售人員可以查詢實時產(chǎn)品庫存；風控人員可以實時查看各種庫存是否在安全范圍之內(nèi)；生產(chǎn)管理人員可以實時查看生產(chǎn)裝置的運行狀態(tài)。

業(yè)務集成是通過流程管理，實現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨部門的業(yè)務協(xié)作，打通全業(yè)務流程，達到端到端的流程協(xié)作。比如，銷售人員接到銷售訂單（客戶網(wǎng)上下單）后，在CRM系統(tǒng)中經(jīng)過銷售訂單處理流程形成生產(chǎn)訂單，生產(chǎn)訂單在MES系統(tǒng)形成生產(chǎn)計劃下達到生產(chǎn)車間，另一方面SRM系統(tǒng)中也會接到采購申請進入原材料采購流程。當產(chǎn)品下線后，物流系統(tǒng)根據(jù)銷售發(fā)貨單發(fā)貨，ERP系統(tǒng)完成收款流程。所有這些業(yè)務處理流程都是無縫的，相關人員都能直觀了解到業(yè)務流程的狀態(tài)，客戶也能知道什么時候可以收貨。

通過數(shù)據(jù)集成和業(yè)務集成，數(shù)據(jù)和業(yè)務流程都沒問題了，業(yè)務可以流暢運轉了，但是當企業(yè)信息系統(tǒng)越建越多，業(yè)務人員需要進入各種各樣的系統(tǒng)中完成不同的任務，帶來諸多不便，例如進入每個系統(tǒng)的用戶和密碼都不同。門戶集成就是要解決系統(tǒng)統(tǒng)一的認證和展現(xiàn)，實現(xiàn)系統(tǒng)單點登錄、信息集中、業(yè)務集中。具體講就是，通過登錄門戶可以進入所有的業(yè)務系統(tǒng)，而且門戶上也會展現(xiàn)用戶當前在各個業(yè)務系統(tǒng)中需要處理的業(yè)務，在門戶中就可以處理所有業(yè)務，以極大的提高工作效益和對客戶、供應商的相應速度。

4　結論

無論是德國提出的工業(yè)4.0，還是剛剛公布的《中國制造2025》及最近熱門的互聯(lián)網(wǎng)+，都離不開一個宗旨，就是利用各種先進的信息技術，在企業(yè)內(nèi)部提高信息溝通的效率以節(jié)省成本，在企業(yè)外部通過互通互聯(lián)打造上下游生態(tài)共生共榮的生態(tài)鏈，為企業(yè)的長期持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎。面對這樣的工業(yè)革命，我們既不要空想一夜就能成功，也不熟視無睹，不聞不問。惟其如此，才能在未來競爭中勝出，基于長青。

［1］德國聯(lián)邦教育研究部.德國工業(yè)4.0實施建議［R］，2013.

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

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

Discussion on Fluorine Chem ical Industry 4.0 Construction

WANG Shui-yao，F(xiàn)ANG 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，經(jīng)濟師，中化藍天集團有限公司副總經(jīng)理，主要從事企業(yè)管理和企業(yè)信息管理研究。E-mail：wangshuiyao@sinochem.com.