尚軍海

摘 要：當(dāng)前我國(guó)制造企業(yè)面臨著巨大的轉(zhuǎn)型壓力，智能工廠建設(shè)是中國(guó)石化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路。本文主要闡述了當(dāng)前石化智能工廠的總體框架和建設(shè)重點(diǎn)，深入探究石化智能工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的體系架構(gòu)，剖析時(shí)下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)展存在的主要問(wèn)題，并從政府與企業(yè)不同的角度提出石化智能工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)的思路。

關(guān)鍵詞：石化企業(yè);智能工廠;工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái);CPS系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP278 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）34-0020-06

Exploration on Construction of Industrial Internet

Platform for Petrochemical Intelligent Factory

SHANG Junhai

（Fujian Gulei Petrochemical Co.， Ltd.，Zhangzhou Fujian 363216）

Abstract： China's manufacturing enterprises are facing tremendous pressure for transformation. More and more large and medium-sized enterprises in various industries have begun the journey of intelligent factory construction. This paper mainly described the current overall framework and construction focus of the petrochemical intelligent factory， delved into the system architecture of the petrochemical industry's internet platform， analyzed the main issues of the development of the current industrial internet platform， and proposed ideas from different perspectives of the government and enterprises.

Keywords： petrochemical enterprise;intelligent factory;industrial internet platform;CPS system

隨著新一代信息通信技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新和滲透擴(kuò)散，新一輪工業(yè)革命正在全球范圍孕育興起，制造業(yè)正邁向體系重構(gòu)、動(dòng)力變革、范式遷移的新階段，加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向延伸拓展，萬(wàn)物互聯(lián)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、軟件定義、平臺(tái)支撐、組織重構(gòu)、智能主導(dǎo)正在構(gòu)建制造業(yè)的新體系。特別是隨著美國(guó)通用電氣公司（GE）和德國(guó)西門子公司相繼推出自己的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（或工業(yè)4.0）平臺(tái)，全球工業(yè)制造業(yè)由此迎來(lái)了平臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代。這個(gè)轉(zhuǎn)變具有劃時(shí)代的意義，將深刻改變未來(lái)國(guó)際產(chǎn)業(yè)分工與國(guó)際貿(mào)易競(jìng)爭(zhēng)格局。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)將日益成為全球工業(yè)制造業(yè)的首要基礎(chǔ)設(shè)施，成為集聚全球工廠、工業(yè)產(chǎn)品、市場(chǎng)用戶的第一入口，將加速全球制造業(yè)的“兩化融合”進(jìn)程。國(guó)家將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)作為深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的主攻方向，是大勢(shì)所趨。

中國(guó)的石化產(chǎn)業(yè)在瞄準(zhǔn)世界一流企業(yè)做強(qiáng)、做大自己的同時(shí)，深刻體會(huì)到必須要有世界一流的信息技術(shù)做支撐，正在大力提升企業(yè)信息化、自動(dòng)化、智能化水平，并實(shí)現(xiàn)高效化和綠色低碳化。石化智能工廠是國(guó)際上智能制造在石化行業(yè)的首次嘗試，在部分試點(diǎn)企業(yè)取得了較好的應(yīng)用成效。與此同時(shí)，中國(guó)的石化產(chǎn)業(yè)信息化能力與埃克森美孚、殼牌、BP等世界一流能源公司在系統(tǒng)集成度、系統(tǒng)應(yīng)用與運(yùn)維、IT資源管理等方面的差距，以及在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)上的探索，必將進(jìn)一步推動(dòng)石化智能工廠的升級(jí)發(fā)展。

1 石化智能工廠的總體框架和建設(shè)重點(diǎn)

1.1 石化智能工廠的總體框架

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)石化智能工廠以卓越運(yùn)營(yíng)為目標(biāo)，正在建設(shè)貫穿運(yùn)營(yíng)管理全過(guò)程、具備高度“自動(dòng)化、數(shù)字化、可視化、模型化和集成化”的煉化工廠，通過(guò)技術(shù)變革和業(yè)務(wù)變革，讓企業(yè)具有優(yōu)異的感知、預(yù)測(cè)、協(xié)同和分析優(yōu)化能力。其總體架構(gòu)由生產(chǎn)管控、供應(yīng)鏈管理、設(shè)備管理、能源管理、安全管控和環(huán)保管控等6個(gè)業(yè)務(wù)域智能化及標(biāo)準(zhǔn)體系、技術(shù)支持體系等2個(gè)技術(shù)體系組成，并通過(guò)“一個(gè)平臺(tái)”和“三條主線”支撐。其中，“一個(gè)平臺(tái)”是指為以信息物理系統(tǒng)（CPS）為核心的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，“三條主線”是指全過(guò)程一體化生產(chǎn)管理、全流程一體化優(yōu)化、全生命周期一體化資產(chǎn)管理。石化智能工廠總體框架具體如圖1所示。

1.2 石化智能工廠建設(shè)重點(diǎn)

通過(guò)石化智能工廠的試點(diǎn)建設(shè)和業(yè)務(wù)的最佳實(shí)踐，國(guó)內(nèi)石化產(chǎn)業(yè)圍繞“三條主線”實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用的成果較為顯著。隨著今后智能化理念的進(jìn)一步發(fā)展，當(dāng)前大多數(shù)石化企業(yè)中的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平將是智能工廠提升的關(guān)鍵。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能傳感、工業(yè)軟件、工業(yè)技術(shù)等跨界融合、集成創(chuàng)新的結(jié)果，是面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，構(gòu)建基于云邊協(xié)同的海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析服務(wù)體系，支撐泛在連接、彈性供給、高效配置的載體，是工業(yè)全要素鏈接的樞紐與工業(yè)資源配置的核心，是石化智能工廠建設(shè)的重點(diǎn)。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的體系架構(gòu)和層級(jí)維度

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)利用新興技術(shù)構(gòu)建更精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、高效的數(shù)據(jù)采集體系，建設(shè)包括存儲(chǔ)、集成、訪問(wèn)、分析、管理功能的使能平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)模型化、軟件化、復(fù)用化，以工業(yè)APP的形式為制造企業(yè)提供各類創(chuàng)新應(yīng)用，最終形成資源富集、多方參與、合作共贏、協(xié)同演進(jìn)的制造業(yè)生態(tài)。

根據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)白皮書》[1]，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)體系架構(gòu)有四個(gè)層次，也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)的四個(gè)主要方面。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)體系架構(gòu)如圖2所示。

2.1 數(shù)據(jù)采集是基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)采集即利用泛在感知技術(shù)對(duì)多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)環(huán)境、人等要素信息進(jìn)行實(shí)時(shí)高效采集和云端匯聚。其核心是構(gòu)建一個(gè)精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、高效的數(shù)據(jù)采集體系，以實(shí)現(xiàn)有效采集數(shù)據(jù)，通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換和邊緣計(jì)算，將一部分?jǐn)?shù)據(jù)在邊緣側(cè)進(jìn)行處理，這適用于對(duì)實(shí)時(shí)性、短周期數(shù)據(jù)的快速處理，處理結(jié)果將直接返回到機(jī)器設(shè)備;將另一部分?jǐn)?shù)據(jù)傳到云端，通過(guò)云計(jì)算更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力和更快的處理速度，對(duì)非實(shí)時(shí)、長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合利用分析，從而進(jìn)一步優(yōu)化形成決策。

例如，九江石化智能工廠收集了5臺(tái)產(chǎn)汽爐、1臺(tái)汽輪機(jī)、6臺(tái)除氧機(jī)、6臺(tái)加熱器、15臺(tái)機(jī)泵和6臺(tái)減溫減壓器的運(yùn)行數(shù)據(jù)，收集了25套產(chǎn)耗氫氣瓦斯裝置的數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)能源實(shí)時(shí)化、在線優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

2.2 IaaS是支撐

IaaS是通過(guò)虛擬化技術(shù)將計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源池化，向用戶提供可計(jì)量、彈性化的資源服務(wù)，即將服務(wù)器、存儲(chǔ)等基礎(chǔ)設(shè)施資源進(jìn)行“云”化，是智能工廠時(shí)代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)運(yùn)行的載體和基礎(chǔ)。這些基礎(chǔ)設(shè)施所涵蓋的整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)的安全管理體系，構(gòu)成了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的基礎(chǔ)支撐和重要保障。

在石化工廠內(nèi)，IaaS層有時(shí)又被叫作數(shù)據(jù)庫(kù)層，分為生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)庫(kù)、作業(yè)計(jì)劃數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、模型數(shù)據(jù)庫(kù)等。這些數(shù)據(jù)庫(kù)支撐了石化工廠內(nèi)各種業(yè)務(wù)的有效開展。

2.3 工業(yè)PaaS是核心

作為平臺(tái)層的PaaS本質(zhì)上是在現(xiàn)有成熟的IaaS平臺(tái)上構(gòu)建一個(gè)可擴(kuò)展的工業(yè)云操作系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)軟硬件資源和開發(fā)工具的接入、控制和管理，為應(yīng)用開發(fā)提供必要的接口及存儲(chǔ)計(jì)算、工具資源等支持。當(dāng)工業(yè)PaaS平臺(tái)上擁有大量蘊(yùn)含著工業(yè)技術(shù)、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和方法的微服務(wù)架構(gòu)的數(shù)字化模型時(shí)，應(yīng)用層的工業(yè)APP可以快速、靈活地調(diào)用多種碎片化的微服務(wù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)APP快速開發(fā)部署和應(yīng)用。

石化智能工廠建設(shè)實(shí)踐認(rèn)為，信息物理系統(tǒng)（CPS）是工業(yè)PaaS平臺(tái)的核心技術(shù)，通過(guò)CPS系統(tǒng)建設(shè)可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的主要效能。

2.3.1 全面態(tài)勢(shì)感知。通過(guò)智能傳感器、智能石化設(shè)備、工業(yè)級(jí)傳感網(wǎng)等，實(shí)現(xiàn)物料、產(chǎn)品、設(shè)備、環(huán)境、人員信息的廣泛采集和共享，改變現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)方式，并實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)環(huán)節(jié)無(wú)人值守;突破傳統(tǒng)專業(yè)之間的數(shù)據(jù)壁壘，使跨越時(shí)間、空間、物理環(huán)境的協(xié)同成為可能，實(shí)現(xiàn)對(duì)石化生產(chǎn)狀態(tài)的深度認(rèn)知，對(duì)數(shù)據(jù)資源的高效利用。比如，Shell企業(yè)就應(yīng)用了先進(jìn)的在線技術(shù)，即RTO。這種技術(shù)可以通過(guò)識(shí)別來(lái)及時(shí)檢測(cè)生產(chǎn)流程的工況，并且通過(guò)在線智能進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)流程。

2.3.2 虛實(shí)共變。CPS根據(jù)來(lái)自物理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息不斷修正仿真模型參數(shù)以提高仿真精度，仿真結(jié)果又將通過(guò)CPS對(duì)物理系統(tǒng)的控制影響物理系統(tǒng)的行為，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可靠的系統(tǒng)監(jiān)視、隱患預(yù)測(cè)、智能調(diào)節(jié)、優(yōu)化運(yùn)行的能力。例如，華北石化以300萬(wàn)t/a常壓裝置DCS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)項(xiàng)目為依托，運(yùn)用機(jī)理分析方法，建立了常壓裝置各個(gè)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用一種基于馬氏距離分類方法的多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)合仿真系統(tǒng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)建立軟測(cè)量模型，為把質(zhì)量模型嵌入仿真培訓(xùn)系統(tǒng)提供了很好的思路。隨著技術(shù)的發(fā)展，新建的石化企業(yè)將在虛實(shí)共變上走出更加積極的步伐。

2.3.3 自組織和自適應(yīng)。根據(jù)實(shí)際需求調(diào)度適用的模型來(lái)適應(yīng)各種生產(chǎn)管理活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理設(shè)備的控制和控制中心對(duì)參數(shù)的在線調(diào)整，具有自動(dòng)排除各種系統(tǒng)故障、保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的能力。

石化行業(yè)在DCS、SIS等工控層面已經(jīng)具備了一定的自組織和自適應(yīng)能力，但僅限于工控層面。這是由于其特殊的行業(yè)性質(zhì)決定的，在工控層和辦公層融合貫通、實(shí)現(xiàn)更大范圍的自組織和自適應(yīng)方面仍有很大的發(fā)展空間。

2.3.4 實(shí)時(shí)并行計(jì)算。將綜合生產(chǎn)中的工藝模型、業(yè)務(wù)模型、機(jī)理模型、優(yōu)化模型、設(shè)備三維模型、專家知識(shí)等，突破傳統(tǒng)集中式計(jì)算平臺(tái)的約束，通過(guò)物理設(shè)備中嵌入的計(jì)算部件與中央監(jiān)控系統(tǒng)的信息融合及計(jì)算進(jìn)程與物理進(jìn)程的交互，使智能工具具備大規(guī)模分布式實(shí)時(shí)計(jì)算的能力。

2.4 工業(yè)APP是關(guān)鍵

工業(yè)APP由通用云化軟件和專用APP構(gòu)成，根據(jù)特定工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，激發(fā)全社會(huì)資源推動(dòng)工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和最佳實(shí)踐的模型化、軟件化、再封裝。企業(yè)用戶通過(guò)對(duì)工業(yè)APP的調(diào)用實(shí)現(xiàn)對(duì)制造資源的優(yōu)化配置，形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的最終價(jià)值。

石化智能工廠通過(guò)建立全局?jǐn)?shù)據(jù)模型和工廠模型，以企業(yè)服務(wù)總線（ESB）和企業(yè)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)（ODS）為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成、應(yīng)用集成和界面集成，初步達(dá)到實(shí)時(shí)計(jì)算、智能分析的智能化雛形。生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、作業(yè)計(jì)劃數(shù)據(jù)首先分別借助PIMS模型、ORION模型優(yōu)化排產(chǎn)得到，然后通過(guò)各自報(bào)表系統(tǒng)生成計(jì)劃表，再通過(guò)系統(tǒng)接口導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù);基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)是來(lái)自制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIMS）、商務(wù)信息倉(cāng)庫(kù)（BW）、全面預(yù)算管理系統(tǒng)（TBM）等系統(tǒng)的投入產(chǎn)出、物料性質(zhì)、公用工程消耗、輔料消耗、價(jià)格等方面的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)統(tǒng)一與企業(yè)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)（ODS）建立接口來(lái)獲取這些數(shù)據(jù);模型數(shù)據(jù)先將模型上傳到系統(tǒng)，再由系統(tǒng)專用工具解析到數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)業(yè)務(wù)需要，系統(tǒng)可以抽取并按照一定規(guī)則對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終在展示層進(jìn)行多維度展示。

3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是支撐智能工廠建設(shè)的迫切需求，國(guó)內(nèi)離散制造業(yè)在這一塊已經(jīng)取得了良好的實(shí)踐效果。例如，三一重工通過(guò)建設(shè)智能加工中心與生產(chǎn)線、智能化立體倉(cāng)庫(kù)和物流運(yùn)輸系統(tǒng)、智能化生產(chǎn)執(zhí)行過(guò)程控制中心、智能化生產(chǎn)控制中心等打造智能化制造車間，進(jìn)而打造出相對(duì)理想的智能工廠。但是，以石油化工為代表的流程工業(yè)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)上才剛剛起步，面臨著諸多問(wèn)題[2]，難以滿足石化行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的需要，主要表現(xiàn)在以下七方面。

3.1 設(shè)備連接能力不足

面對(duì)多種協(xié)議并存的異構(gòu)設(shè)備，面對(duì)國(guó)內(nèi)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化水平本身較低的現(xiàn)實(shí)，如何把異構(gòu)設(shè)備連接起來(lái)、把數(shù)據(jù)匯聚集起來(lái)，實(shí)現(xiàn)在邊緣或云端計(jì)算，是當(dāng)前各企業(yè)需要思考的主要問(wèn)題。無(wú)論是平臺(tái)企業(yè)還是一些細(xì)分領(lǐng)域的小企業(yè)，這方面的能力均不足，缺乏完整、高效、低成本的設(shè)備連接和數(shù)據(jù)采集方案。

3.2 工業(yè)機(jī)理模型不足

平臺(tái)功能豐富性取決于積累沉積的各類工業(yè)知識(shí)完整性，實(shí)現(xiàn)工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)的模型化、標(biāo)準(zhǔn)化、軟件化、復(fù)用化，以優(yōu)化研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)營(yíng)管理等資源配置效率。工業(yè)機(jī)理、工藝流程、模型方法經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)積累不足，是我國(guó)當(dāng)前制約平臺(tái)功能完善的主要矛盾。

3.3 數(shù)據(jù)分析能力不足

構(gòu)建基于海量工業(yè)大數(shù)據(jù)的工業(yè)分析體系是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化解決方案的最重要的特征。當(dāng)前，工業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、采購(gòu)、配送、設(shè)備管理等都需要高水平的數(shù)據(jù)模型和大數(shù)據(jù)分析能力。但目前，國(guó)內(nèi)許多平臺(tái)類企業(yè)面臨的共同挑戰(zhàn)是工業(yè)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人才嚴(yán)重不足，供給能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足市場(chǎng)需求。

3.4 云化工業(yè)軟件不足

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的功能是通過(guò)構(gòu)建面對(duì)特定工業(yè)場(chǎng)景的工業(yè)APP，推動(dòng)工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和最佳實(shí)踐的模型化、軟件化與再封裝。采用最先進(jìn)的云端技術(shù)和最高工業(yè)配置云端服務(wù)器、集成工業(yè)多領(lǐng)域全范圍工業(yè)軟件，從軟件層面上“讓重工業(yè)變輕，讓輕工業(yè)變快”。為工業(yè)產(chǎn)品提供最強(qiáng)市場(chǎng)沖擊力是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的價(jià)值所在。

傳統(tǒng)各類工業(yè)軟件通過(guò)體系重構(gòu)、代碼重寫的方式部署到了云端，成為“云化”軟件。由于傳統(tǒng)工業(yè)軟件基本缺失，“云化”軟件也將成為“無(wú)米之炊”，缺乏工業(yè)軟件、體系架構(gòu)，也無(wú)所謂的體系重構(gòu)、代碼重寫。

3.5 解決方案能力不足

國(guó)內(nèi)平臺(tái)企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃、業(yè)務(wù)咨詢、平臺(tái)建設(shè)、工業(yè)APP開發(fā)、工具軟件的集成等這些能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，整合控制系統(tǒng)、通信協(xié)議、生產(chǎn)裝備、管理工具、專業(yè)軟件等各類資源的能力也不足，集業(yè)務(wù)流程咨詢、軟件部署實(shí)施、平臺(tái)二次開發(fā)、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)等于一體的綜合能力欠缺。

3.6 生態(tài)構(gòu)建能力不足

生態(tài)競(jìng)爭(zhēng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。生態(tài)建設(shè)能力的關(guān)鍵一方面在于如何吸引海量開發(fā)者在平臺(tái)上開發(fā)各種微服務(wù)組件和工業(yè)APP;另一方面在于如何吸引更多企業(yè)使用平臺(tái)上的各種應(yīng)用和服務(wù)，最終形成一種雙向迭代的機(jī)制。但目前，許多平臺(tái)企業(yè)打造生態(tài)意識(shí)薄弱、缺乏經(jīng)驗(yàn)、投入不夠，可能會(huì)錯(cuò)失發(fā)展良機(jī)。

3.7 安全保障能力不足

在習(xí)近平總書記“沒有網(wǎng)絡(luò)安全就沒有國(guó)家安全”的精神引領(lǐng)下，國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)安全法、等級(jí)保護(hù)測(cè)評(píng)機(jī)制等，《國(guó)家關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)條例》也有望在近期出臺(tái)。國(guó)家各級(jí)網(wǎng)絡(luò)安全部門在關(guān)注公共網(wǎng)絡(luò)安全的同時(shí)，也在向工控網(wǎng)絡(luò)安全方向邁進(jìn)。智能領(lǐng)域的學(xué)者在幾年前就開始關(guān)注以工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)為核心支撐架構(gòu)的智能工廠工控安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。但隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)步伐不斷加快，對(duì)安全的需求更加迫切，從原有的工控安全演進(jìn)到設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)的安全，在這個(gè)過(guò)程中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)安全領(lǐng)域的技術(shù)、管理、標(biāo)準(zhǔn)、政策法規(guī)體系方面的供給能力都不足。

在這種背景下，設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)廠商、軟件平臺(tái)開發(fā)商、解決方案研究與提供單位遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，也同樣面臨著一個(gè)爆發(fā)式發(fā)展的機(jī)遇。產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟將大量興起，并成為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局演變的新趨勢(shì)。

4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)的形勢(shì)與策略

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)和應(yīng)用推廣，應(yīng)堅(jiān)持以企業(yè)為主體、政府為引導(dǎo)、市場(chǎng)為引領(lǐng)。要靠政府政策來(lái)引領(lǐng)航向、保駕護(hù)航，讓技術(shù)創(chuàng)新帶動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展，讓市場(chǎng)引領(lǐng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)廠商和設(shè)備廠商的變革，而石化企業(yè)要根據(jù)自身特點(diǎn)主動(dòng)謀求實(shí)用、發(fā)展提升，形成“倒逼市場(chǎng)”之勢(shì)。通過(guò)政府引導(dǎo)、供需兩端發(fā)力，促進(jìn)石化企業(yè)在龍頭企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的新賽道上，搶占全球新工業(yè)革命的制高點(diǎn)。

4.1 政府引領(lǐng)，完善工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)展體系

從政府的角度出發(fā)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)和應(yīng)用推廣，重點(diǎn)是打造能夠參與全球競(jìng)爭(zhēng)的跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和量大面廣的行業(yè)級(jí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，培育基礎(chǔ)共性、行業(yè)通用和企業(yè)專用的工業(yè)APP，推動(dòng)工業(yè)設(shè)備上云，開展跨行業(yè)跨領(lǐng)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、特定行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、特定區(qū)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)測(cè)試床建設(shè)，促進(jìn)技術(shù)的快速迭代，進(jìn)一步加快完善標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)測(cè)、安全等公共服務(wù)體系，提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)供給能力，盡快培育一批有影響力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)，國(guó)務(wù)院《深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》明確，到2020年，要支持建設(shè)一批跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的國(guó)家級(jí)平臺(tái)，構(gòu)建一批企業(yè)級(jí)平臺(tái)，培育30萬(wàn)個(gè)以上的工業(yè)APP（工業(yè)應(yīng)用程序），推動(dòng)30萬(wàn)家企業(yè)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái);到2025年，形成3家至5家具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)工業(yè)APP培育及百萬(wàn)企業(yè)上云[3]。

工業(yè)和信息化部與科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院、中國(guó)科協(xié)等單位多次共同主辦國(guó)際智能產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)，其目的在于充分借鑒國(guó)內(nèi)外智能化領(lǐng)域的新技術(shù)、新業(yè)態(tài)和新模式，深度參與數(shù)字經(jīng)濟(jì)國(guó)際合作。這里面蘊(yùn)含了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)展的機(jī)遇和國(guó)家政府對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、智能工廠的殷切寄托。為加快企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，國(guó)內(nèi)多省市已經(jīng)出臺(tái)《關(guān)于支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)和應(yīng)用的若干政策》，鼓勵(lì)工業(yè)企業(yè)試點(diǎn)示范，并給予配套補(bǔ)助。這將大力推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)實(shí)踐與發(fā)展。

4.2 石化企業(yè)主體推進(jìn)，積極探索工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)新模式

從石化企業(yè)的角度出發(fā)，積極探索“兩化融合”的切入點(diǎn)，切合實(shí)際地建設(shè)智能工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，以實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展的利益刺激推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的轉(zhuǎn)型升級(jí)。第一，需要做好建設(shè)智能工廠的頂層設(shè)計(jì)、規(guī)劃好企業(yè)信息化的未來(lái)，從打通消費(fèi)者信息、數(shù)據(jù)化邊界、供應(yīng)鏈協(xié)同，財(cái)務(wù)精細(xì)化顆粒度等系統(tǒng)層之間的連接，以及從決策層、管理層、運(yùn)營(yíng)層等多個(gè)維度出發(fā)，做好信息化的業(yè)務(wù)藍(lán)圖設(shè)計(jì)，建立石化智能工廠的總體框架，對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)提出具體要求。第二，企業(yè)管理決策層需要充分認(rèn)識(shí)到智能化工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)的戰(zhàn)略意義，保證資本投入。第三，在石化智能工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)設(shè)計(jì)和執(zhí)行的過(guò)程中，需要各專業(yè)協(xié)同，統(tǒng)一思路，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在總體設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，都要協(xié)同各專業(yè)明確統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定和技術(shù)規(guī)格要求，簽訂各種框架協(xié)議，從當(dāng)前設(shè)備種類繁多、系統(tǒng)架構(gòu)多樣、通信協(xié)議不統(tǒng)一的實(shí)際情況中謀出一條生路，提升企業(yè)所用設(shè)備的連接能力，進(jìn)而在相關(guān)系統(tǒng)選型時(shí)充分考慮大數(shù)據(jù)分析能力，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)解決方案、智能工廠建設(shè)方案上方可有的放矢。最后，在技術(shù)驅(qū)動(dòng)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的背景下，企業(yè)信息化負(fù)責(zé)人，要懷著勇于“走出去”的心態(tài)，主動(dòng)為公司的高層、中層及信息系統(tǒng)使用者分享業(yè)內(nèi)第一手最新的信息，特別是智能工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的新發(fā)展動(dòng)向、新技術(shù)應(yīng)用成效等，結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)新技術(shù)應(yīng)用和自身智能工廠建設(shè)情況，尋求智能化工廠的提升和突破。

當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)的七大挑戰(zhàn)中，云化工業(yè)軟件、平臺(tái)解決方案的開發(fā)與供給、生態(tài)構(gòu)建主要依托政府引導(dǎo)和市場(chǎng)引領(lǐng)來(lái)解決。石化企業(yè)在建設(shè)智能工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)時(shí)需要根據(jù)自身實(shí)際選擇工業(yè)軟件、解決方案，還需要注意以下幾方面。

4.2.1 做好設(shè)備選型和設(shè)備管理，夯實(shí)數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)。智能傳感器、智能石化設(shè)備、工業(yè)級(jí)傳感網(wǎng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的底層支撐，是石化智能工廠現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。石化智能工廠設(shè)備有其特殊性，但從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)的角度出發(fā)，需要特別關(guān)注數(shù)據(jù)采集需求。在進(jìn)行設(shè)備（特別是關(guān)鍵設(shè)備）選型時(shí)，需要選擇具有傳感、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)上傳下載等功能的設(shè)備，且盡量把設(shè)備通信協(xié)議的一致性作為重要選型參數(shù)。對(duì)于已建石化企業(yè)不具備數(shù)據(jù)采集功能設(shè)備的，在進(jìn)行數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)時(shí)，可以選擇通過(guò)非侵入式智能系統(tǒng)，如SMT貼片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。生產(chǎn)車間的儀器儀表由于設(shè)備沒有數(shù)據(jù)端口或不支持?jǐn)?shù)據(jù)讀取功能的，需要更換新的具備數(shù)字通信、數(shù)據(jù)讀取功能的儀表，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

在石化企業(yè)中，DCS系統(tǒng)（如愛默生的DeltaV、羅克韋爾的AB、國(guó)內(nèi)浙大中控、南京科遠(yuǎn)等DCS系統(tǒng)）控制的設(shè)備和儀表已經(jīng)具備數(shù)據(jù)采集功能和部分控制功能，大型機(jī)組機(jī)泵通過(guò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)感知，將為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)和應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)，使石化企業(yè)在工業(yè)領(lǐng)域處于較高水平。

設(shè)備部署、設(shè)備連接、設(shè)備定義、監(jiān)視、邊緣監(jiān)視、邊緣管理、固件/軟件管理、遠(yuǎn)程配置/操作、故障排除和診斷等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理的關(guān)鍵功能對(duì)智能工廠中的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)是極其重要的，對(duì)工廠的設(shè)備資產(chǎn)建設(shè)、維護(hù)中減少維護(hù)成本、提高資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效率、減少停機(jī)時(shí)間具有非凡的意義，對(duì)實(shí)現(xiàn)以資產(chǎn)模型、設(shè)備臺(tái)賬為基礎(chǔ)，強(qiáng)化成本核算，預(yù)防性維修的設(shè)備全生命周期管控起到保障性作用。

4.2.2 建立和完善機(jī)理模型，打造先進(jìn)控制及過(guò)程優(yōu)化體系。石化行業(yè)經(jīng)過(guò)多年的積累沉淀，形成了自己的工業(yè)機(jī)理、工藝流程、模型方法。目前，石化行業(yè)正處于更新?lián)Q代、產(chǎn)業(yè)升級(jí)的階段，在技術(shù)發(fā)展、降低能耗物耗、原油漲價(jià)導(dǎo)致的對(duì)原料適應(yīng)能力提升的需求、環(huán)保導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)等種種因素的作用下，石化行業(yè)對(duì)新機(jī)理模型的需求是十分迫切的。從質(zhì)量守恒、能量守恒和動(dòng)量守恒的原則出發(fā)，對(duì)每個(gè)單元的操作進(jìn)行分析，研究其穩(wěn)態(tài)性和動(dòng)態(tài)特性，從而實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)理分析，不斷完善和改進(jìn)機(jī)理模型，實(shí)現(xiàn)快速迭代更新，達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的效果。

經(jīng)營(yíng)管理優(yōu)化主要是供應(yīng)鏈優(yōu)化系統(tǒng)，涉及企業(yè)物資流、資金流的管理，優(yōu)化類型是周期性的，以月、周為單位。生產(chǎn)管理優(yōu)化主要是生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化，涉及企業(yè)的原料、產(chǎn)品加工過(guò)程，具體以月、周為單位，高精確度計(jì)劃調(diào)度模型的建設(shè)對(duì)其是一種有力的支撐。動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)建立的動(dòng)態(tài)模型是操作管理優(yōu)化的關(guān)鍵，涉及生產(chǎn)裝置加工的全過(guò)程，具體以日、班次為單位。在線控制優(yōu)化主要是通過(guò)先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝置的先進(jìn)控制與在線優(yōu)化，是實(shí)時(shí)進(jìn)行的。工藝裝置的優(yōu)化主要是裝置優(yōu)化改造，是解決裝置的瓶頸，是一次性的。而以機(jī)理模型為核心的先進(jìn)控制及過(guò)程優(yōu)化體系利用統(tǒng)一的基礎(chǔ)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)石化生產(chǎn)物流、能流和信息流的高度集成，即可實(shí)現(xiàn)面向全流程的全局優(yōu)化，也可利用關(guān)鍵裝置的穩(wěn)態(tài)模型、能耗模型進(jìn)行深入分析，更好地平衡產(chǎn)率和能耗這對(duì)矛盾關(guān)系。

洛陽(yáng)石化通過(guò)KBC公司的流程模擬軟件Petro-SIM建立反應(yīng)機(jī)理模型、連續(xù)重整全流程模擬以及連續(xù)重整能耗模型，解決了預(yù)處理裝置預(yù)分餾塔再沸爐負(fù)荷不足的瓶頸，重整裝置進(jìn)料量提高了5t/h，每年為企業(yè)增效1 000萬(wàn)元以上。同時(shí)，應(yīng)用該模型還提出節(jié)能優(yōu)化措施，增設(shè)預(yù)處理裝置進(jìn)料換熱器，更換重整進(jìn)料高效換熱器等，節(jié)能效果顯著。

4.2.3 構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析體系和能力，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)賦能。石化企業(yè)的長(zhǎng)期運(yùn)行必將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，特別是生產(chǎn)層面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可謂海量。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過(guò)數(shù)據(jù)收集和分析實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)挖掘、場(chǎng)景分析，包括對(duì)非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析需求已經(jīng)非常迫切。傳統(tǒng)石化企業(yè)采用OPC加實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的方式將DCS采集的原始數(shù)據(jù)采集到專門的工廠管理平臺(tái)上展示。為避免數(shù)據(jù)量過(guò)大、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本高、檢索效率低等問(wèn)題，通常設(shè)置數(shù)據(jù)采集周期為5min，這實(shí)際上無(wú)法真實(shí)同步反映工廠各個(gè)裝置的實(shí)際情況。大數(shù)據(jù)不應(yīng)采用這樣的捷徑，而應(yīng)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，大數(shù)據(jù)需要新處理模式才能具有更強(qiáng)的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力。

構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析體系的途徑可以因企而異，結(jié)合機(jī)理模型和數(shù)學(xué)模型的大數(shù)據(jù)云平臺(tái)是發(fā)展趨勢(shì)。青島煉化通過(guò)西門子PCS平臺(tái)將石化企業(yè)每天產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類化、定制化的統(tǒng)計(jì)分析，并以郵件形式將報(bào)表發(fā)送給工廠相關(guān)管理人員。這為企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行管理節(jié)省了時(shí)間和人力，降低了設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，每天工藝過(guò)程預(yù)警、報(bào)警值總量與使用前相比減少近80%，儀表設(shè)備維修完好率大幅提高。

4.2.4 提升安全防護(hù)能力，建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)安全保護(hù)體系。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)和應(yīng)用，企業(yè)從大數(shù)據(jù)云平臺(tái)獲取有價(jià)值信息的同時(shí)，也在不斷積累風(fēng)險(xiǎn)。企業(yè)私有云上大數(shù)據(jù)的上傳、云下載和交換等行為，使云平臺(tái)容易成為黑客和病毒攻擊的目標(biāo)，一旦云平臺(tái)被入侵，造成企業(yè)數(shù)據(jù)泄露，必定會(huì)給企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的損失。這就要求我們不斷完善網(wǎng)絡(luò)安全方面的技術(shù)和措施，在工控網(wǎng)及邊界部署攻擊防護(hù)、漏洞挖掘、入侵發(fā)現(xiàn)、態(tài)勢(shì)感知、安全審計(jì)、可信芯片等安全產(chǎn)品，通過(guò)DNS數(shù)據(jù)篩選、設(shè)立誘餌主機(jī)系統(tǒng)的防御與控制、安全網(wǎng)關(guān)、對(duì)數(shù)據(jù)分類和加密、管控訪問(wèn)權(quán)限、對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行定位等手段，加強(qiáng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施安全，保證工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)安全。

5 結(jié)語(yǔ)

加快發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，不僅是搶占產(chǎn)業(yè)未來(lái)制高點(diǎn)的必然選擇，也是我國(guó)加快網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)和制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的客觀要求。近年來(lái)，地方和企業(yè)不斷探索工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)和應(yīng)用推廣模式，并取得了實(shí)際成果。石化行業(yè)應(yīng)以建設(shè)智能工廠為目的和契機(jī)，創(chuàng)新管理思想，重構(gòu)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，力促信息化和工業(yè)化融合跨越式發(fā)展，提升石化企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力和在全球產(chǎn)業(yè)鏈分工中的地位，重塑石化產(chǎn)業(yè)的新未來(lái)。

參考文獻(xiàn)：

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