王軍 顧文淵 陸剛

摘? 要：以煉化企業(yè)智能工廠建設(shè)為研究對(duì)象，基于天津石化信息化系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，圍繞企業(yè)的業(yè)務(wù)內(nèi)涵，按照中石化“工業(yè)云平臺(tái)+局部智能”的建設(shè)要求，搭建了面向公司生產(chǎn)層面的工業(yè)智能應(yīng)用云平臺(tái)，并具備開(kāi)放、互聯(lián)、共享、生態(tài)的功能。在評(píng)估企業(yè)信息系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基于平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了煉化生產(chǎn)一體化優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度集成管控、設(shè)備全生命周期資產(chǎn)管理三條業(yè)務(wù)主線的系統(tǒng)服務(wù)應(yīng)用功能開(kāi)發(fā)，應(yīng)用效果良好，在推動(dòng)石化企業(yè)信息化支撐數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：信息化;智能工廠;智能制造平臺(tái)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP18? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）18-0155-05

Abstract： Taking the construction of intelligent factory of refining and chemical enterprises as the research object， based on the application status of Tianjin petrochemical informatization system， focusing on the business connotation of the enterprise， and according to the construction requirements of Sinopec Group’s “industrial cloud platform + local intelligence”， an industrial intelligent application cloud platform for the company’s production level is built， which has the functions of openness， interconnection， sharing and ecology. Based on the evaluation of the application status of enterprise information system， the system service application function development of three main business lines of refining and chemical production integrated optimization， production scheduling integrated management and control and equipment life cycle asset management is realized based on the platform. The application effect is good， which has a certain reference value in promoting the informatization supporting digital transformation of petrochemical enterprises.

Keywords： informatization; intelligent factory; intelligent manufacturing platform

0? 引? 言

天津石化是國(guó)家特大型煉化一體化企業(yè)，是華北地區(qū)最大的煉油基地，國(guó)內(nèi)最大的乙烯生產(chǎn)基地之一。天津石化公司依據(jù)中國(guó)石化信息化及公司“十三五”信息化發(fā)展規(guī)劃，緊密?chē)@公司“打造世界一流管理體系”和“建設(shè)世界一流綠色企業(yè)”及“打造環(huán)渤海煉化一體化基地”發(fā)展戰(zhàn)略，充分利用互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)和現(xiàn)代化企業(yè)管理理念，以建設(shè)“智能工廠”為核心，推進(jìn)信息化與工業(yè)化的深度融合，形成感知、預(yù)測(cè)、優(yōu)化、協(xié)同的信息化能力，持續(xù)深化信息系統(tǒng)集中集成和深化應(yīng)用，構(gòu)建新型能力體系，著力提升業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)字化和智能化的水平，為建設(shè)“國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、世界一流”現(xiàn)代化石油化工企業(yè)提供有效保障。天津石化目前的信息化業(yè)務(wù)現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在：

（1）煉化生產(chǎn)受?chē)?guó)際原油市場(chǎng)的價(jià)格波動(dòng)影響，加工原油油種變化頻繁，石腦油保供任務(wù)重，為降低噸原油加工成本，提升企業(yè)盈利空間，供應(yīng)鏈一體化優(yōu)化手段急需提升。

（2）煉化生產(chǎn)集成管控存在生產(chǎn)調(diào)度指令下發(fā)缺乏有效指令下達(dá)、反饋、監(jiān)控手段，現(xiàn)有生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)系統(tǒng)分散且監(jiān)控頻度、粒度不一致，缺乏大數(shù)據(jù)分析支撐。

（3）全生命周期資產(chǎn)管理還是依托于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)分析;設(shè)備在線數(shù)據(jù)沒(méi)有實(shí)時(shí)同步到分析系統(tǒng)中，利用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)給出指導(dǎo)建議。

為了實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司“緊密?chē)@國(guó)家兩化深度融合，中國(guó)智能制造2025的發(fā)展規(guī)劃，集團(tuán)公司建設(shè)世界一流能源化工公司”的發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、關(guān)系清晰、數(shù)據(jù)一致、互聯(lián)互通的智能化管理統(tǒng)一工作平臺(tái)的總體目標(biāo)，天津石化于2018年開(kāi)展智能工廠項(xiàng)目建設(shè)，打造企業(yè)新型競(jìng)爭(zhēng)能力，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，支撐企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1? 智能工廠建設(shè)內(nèi)容

天津石化智能工廠通過(guò)2～3年的持續(xù)建設(shè)，按照“平臺(tái)+服務(wù)”的模式完成智能工廠2.0的推廣建設(shè)，各項(xiàng)主要關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到國(guó)家智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目要求，力爭(zhēng)成為國(guó)家智能制造或制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展試點(diǎn)示范企業(yè)。天津石化智能工廠建設(shè)體系架構(gòu)如圖1所示。

1.1? 煉化生產(chǎn)一體化優(yōu)化主線

圍繞煉化企業(yè)一體化優(yōu)化主線，在橫向價(jià)值鏈維度上，實(shí)現(xiàn)采購(gòu)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售供應(yīng)鏈全過(guò)程的價(jià)值增值，降低原料采購(gòu)成本，統(tǒng)籌資源配置;在縱向優(yōu)化深度上，通過(guò)計(jì)劃、調(diào)度、裝置、控制四個(gè)層面上的集成優(yōu)化、協(xié)同優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全過(guò)程效益最大化。

計(jì)劃優(yōu)化層面?zhèn)戎赜谶M(jìn)行全廠資源優(yōu)化配置以及原油（料）的采購(gòu)優(yōu)化，提高整體經(jīng)濟(jì)效益。

調(diào)度優(yōu)化層面?zhèn)戎赜谶M(jìn)行全廠物料平衡，將生產(chǎn)計(jì)劃拆分至可執(zhí)行的日/旬作業(yè)計(jì)劃，保證裝置平穩(wěn)生產(chǎn)。

裝置優(yōu)化層面?zhèn)戎赜谶M(jìn)行裝置操作優(yōu)化，通過(guò)操作優(yōu)化實(shí)現(xiàn)日/旬作業(yè)計(jì)劃目標(biāo)，同時(shí)提高附加值產(chǎn)品收率、降低裝置能耗，實(shí)現(xiàn)單裝置效益最大化。

1.2? 煉化生產(chǎn)集成管控主線

以生產(chǎn)調(diào)度指揮為核心，圍繞煉化企業(yè)進(jìn)廠出業(yè)務(wù)、罐區(qū)管理業(yè)務(wù)、裝置運(yùn)行業(yè)務(wù)、物料平衡業(yè)務(wù)和公用工程平衡業(yè)務(wù)，建立識(shí)別規(guī)則庫(kù)、預(yù)測(cè)算法庫(kù)、預(yù)警算法庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠生產(chǎn)全過(guò)程的監(jiān)控、預(yù)警、預(yù)測(cè)。提煉業(yè)務(wù)規(guī)則，固化業(yè)務(wù)邏輯，形成異常處置規(guī)則庫(kù)，自動(dòng)推送建議方案，輔助生產(chǎn)指揮人員科學(xué)決策。建立生產(chǎn)指令一體化閉環(huán)管理體系，初步實(shí)現(xiàn)方案到指令、執(zhí)行、反饋的閉環(huán)管理，提升協(xié)同指揮效率。

重點(diǎn)建設(shè)調(diào)度指揮，按照CPS建設(shè)理念，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)感知生產(chǎn)異常，生產(chǎn)信息預(yù)測(cè)預(yù)警，營(yíng)運(yùn)指揮高效協(xié)同，調(diào)度指令精準(zhǔn)執(zhí)行。

1.3? 全生命周期資產(chǎn)管理主線

設(shè)備健康管理聚焦設(shè)備運(yùn)行維護(hù)階段，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化管理的“三示”（顯示參數(shù)、展示性能、揭示規(guī)律）和“三控”（事前風(fēng)險(xiǎn)可控、事中狀態(tài)受控、事后績(jī)效管控），推廣設(shè)備可靠度和裝置安全、穩(wěn)定和長(zhǎng)周期運(yùn)行水平。通過(guò)建立設(shè)備健康管理系列套件，依靠狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，輔助現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)、管理人員對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、分析、診斷。

設(shè)備三維應(yīng)用基于工程級(jí)三維模型，實(shí)現(xiàn)檢維修管理、專(zhuān)業(yè)管理、設(shè)備運(yùn)行管理和運(yùn)維培訓(xùn)管理等設(shè)備三維應(yīng)用。將設(shè)備管理提升到部件級(jí)，實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)式設(shè)備管理的新模式，為施工和檢修提供便利和成本依據(jù)。

1.4? 智能制造平臺(tái)

按照《中國(guó)制造2025》國(guó)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)，提出“平臺(tái)+數(shù)據(jù)+服務(wù)”的建設(shè)模式，圍繞平臺(tái)搭建產(chǎn)業(yè)開(kāi)放、互聯(lián)、共享的“生態(tài)系統(tǒng)：

（1）基礎(chǔ)平臺(tái)。構(gòu)建企業(yè)級(jí)ProMACE智能制造平臺(tái)，支撐智能工廠建設(shè)。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化及集中集成。依據(jù)企業(yè)信息化現(xiàn)狀，繼承和完善企業(yè)信息化沉淀的信息資源，建立標(biāo)準(zhǔn)化體系和集中集成平臺(tái)，貫通總部標(biāo)準(zhǔn)化MDM至企業(yè)應(yīng)用。以數(shù)據(jù)集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、模型化、可視化為主線，打通因業(yè)務(wù)條塊形成的數(shù)據(jù)壁壘和流程隔閡，支撐企業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)同，以數(shù)據(jù)資產(chǎn)為企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)，規(guī)范數(shù)據(jù)管控流程，確保數(shù)據(jù)的唯一性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性，提升數(shù)據(jù)價(jià)值。

（3）三維數(shù)字化。搭建企業(yè)級(jí)數(shù)字工廠三維平臺(tái)，適用于運(yùn)營(yíng)期的三維數(shù)字化工廠建設(shè)?；诂F(xiàn)場(chǎng)及相關(guān)圖紙資料，進(jìn)行工程級(jí)數(shù)據(jù)模型構(gòu)建，所構(gòu)建的模型精度高、粒度細(xì)、屬性完整、模型對(duì)象間邏輯連接關(guān)系準(zhǔn)確。工程級(jí)三維模型是智能工廠的基礎(chǔ)，后期可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求利用已有模型開(kāi)展設(shè)備資產(chǎn)管理、裝置生產(chǎn)管控、設(shè)備檢維修、職工仿真培訓(xùn)等形象、直觀、沉浸式的綜合利用工作。

2? 項(xiàng)目建設(shè)效果

2.1? 煉化優(yōu)化一體化方面主要成效

目前已完成煉化生產(chǎn)裝置計(jì)劃跟蹤模型5套、盈利能力分析模型32套、邊際貢獻(xiàn)測(cè)算模型52套，價(jià)格管理模型4套，收集配置模型數(shù)據(jù)1 630余個(gè);完成50套裝置調(diào)度優(yōu)化模型、633條物料側(cè)線、64個(gè)組分罐區(qū)模型數(shù)據(jù)搭建;針對(duì)重點(diǎn)關(guān)注裝置、物料、牌號(hào)進(jìn)行單位邊際貢獻(xiàn)測(cè)算，為企業(yè)及時(shí)優(yōu)化調(diào)整提供參考依據(jù);對(duì)全公司物料進(jìn)行歸口管理，實(shí)現(xiàn)價(jià)格同源，統(tǒng)一測(cè)算口徑，為公司業(yè)財(cái)融合專(zhuān)業(yè)精細(xì)化管理工作提供價(jià)格分析的支撐。

2.1.1? 計(jì)劃生產(chǎn)協(xié)同優(yōu)化

在企業(yè)計(jì)劃、調(diào)度及裝置不同優(yōu)化層面間建設(shè)協(xié)同優(yōu)化系統(tǒng)，集成8個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“模型一體化、數(shù)據(jù)一體化、服務(wù)一體化”。搭建煉化一體化優(yōu)化模型，將裝置機(jī)理模型與計(jì)劃優(yōu)化模型進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)二次裝置DB數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整;在計(jì)劃、調(diào)度優(yōu)化間實(shí)現(xiàn)物料、數(shù)據(jù)及裝置一體化，通過(guò)協(xié)同優(yōu)化系統(tǒng)將生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行拆分并進(jìn)行調(diào)度模擬;實(shí)現(xiàn)原（料）油進(jìn)廠與加工、產(chǎn)品產(chǎn)量、裝置日加工、產(chǎn)品出廠量等當(dāng)月累計(jì)完成情況的跟蹤，確保月計(jì)劃目標(biāo)的達(dá)成。如圖2所示。

2.1.2? 生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化

建立“月計(jì)劃—周計(jì)劃—日計(jì)劃”計(jì)劃管理體系，根據(jù)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和外界條件變化信息，以企業(yè)整體效益最大化為出發(fā)點(diǎn)，及時(shí)做出反饋并測(cè)算。通過(guò)三個(gè)計(jì)劃的銜接，有利的加強(qiáng)計(jì)劃與生產(chǎn)溝通協(xié)作，始終保證裝置是以效益最佳的狀態(tài)去生產(chǎn)運(yùn)行。如圖3所示。

2.1.3? 生產(chǎn)裝置優(yōu)化

基于調(diào)度優(yōu)化進(jìn)行全廠測(cè)算得到的調(diào)度日目標(biāo)，進(jìn)行單裝置的優(yōu)化計(jì)算，因而是保證了全廠效益最優(yōu)下的單裝置優(yōu)化，即實(shí)現(xiàn)“全局最優(yōu)”，而非“局部最優(yōu)”。每日的調(diào)度指令，不僅給出優(yōu)化的裝置目標(biāo)是什么，而且給出如何執(zhí)行才能達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)。如圖4所示。

2.2? 煉化生產(chǎn)集成管控主要成效

截至目前，完成42套裝置、1 048條側(cè)線、22個(gè)罐區(qū)、445個(gè)儲(chǔ)罐、30個(gè)裝卸臺(tái)、634條物料、2 305個(gè)采樣點(diǎn)、2 320個(gè)度量指標(biāo)模型建立。繪制火炬系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)等22張公司級(jí)公用工程流程監(jiān)控圖。配置預(yù)報(bào)警模型1 936個(gè)，實(shí)現(xiàn)異常管理在線閉環(huán)，事件可升級(jí)，問(wèn)題可定性分析。如圖5所示。

煉化生產(chǎn)集成管控成效主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

（1）異常管理在線閉環(huán)，事件可升級(jí)，問(wèn)題要定性。包括工藝參數(shù)報(bào)警、設(shè)備異常報(bào)警、安全環(huán)保指標(biāo)、原料產(chǎn)品罐存等實(shí)時(shí)報(bào)警的收集和推送。一個(gè)是基于計(jì)劃的偏差、物料移動(dòng)偏差、公用工程消耗偏差異常事件在線閉環(huán)管控，針對(duì)小波動(dòng)、小偏差、小異常等“三小”異常事件可在線升級(jí)，問(wèn)題要進(jìn)行定性分析。

（2）生產(chǎn)變更在線監(jiān)督，變更要合理，杜絕擅自行動(dòng)。計(jì)劃性生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整及裝置檢修。審批流程線上化，杜絕擅自行動(dòng)，全面掌控公司各生產(chǎn)單元、各點(diǎn)動(dòng)態(tài)，將被動(dòng)調(diào)整變?yōu)橹鲃?dòng)。哪些點(diǎn)發(fā)生了變化，裝置下線或者儲(chǔ)罐退出，對(duì)一體化生產(chǎn)平衡有哪些影響。變更進(jìn)度實(shí)時(shí)在線反饋。

（3）全廠生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)可模擬，可預(yù)測(cè)。建立基于一體化平衡模型的預(yù)測(cè)和預(yù)警，對(duì)未來(lái)一定周期的生產(chǎn)狀況進(jìn)行測(cè)算及推演，提前預(yù)知未來(lái)生產(chǎn)運(yùn)行狀況，便于生產(chǎn)人員對(duì)工廠生產(chǎn)進(jìn)行預(yù)調(diào)控，為計(jì)劃性生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整及裝置檢修等方案制定提供支撐，提升生產(chǎn)效率。

（4）提升調(diào)度指令下達(dá)的準(zhǔn)確性、嚴(yán)謹(jǐn)性、時(shí)效性。建立在線指令執(zhí)行閉環(huán)管理體系，提升調(diào)度指令下達(dá)的準(zhǔn)確性、嚴(yán)謹(jǐn)性、時(shí)效性。例：安排烯烴部向化工部輸送加氫混合苯，從取樣、出結(jié)果、變流程、開(kāi)泵、流量控制、轉(zhuǎn)輸量統(tǒng)計(jì)、停泵等全流程，定量、定時(shí)、定責(zé)，關(guān)鍵步驟增加確認(rèn)環(huán)節(jié)。

2.3? 全生命周期資產(chǎn)管理主要成效

當(dāng)前系統(tǒng)已完成28臺(tái)機(jī)組、315臺(tái)機(jī)泵、46臺(tái)加熱爐、29套裝置卡件、38套GDS、259臺(tái)關(guān)鍵機(jī)泵監(jiān)控模型搭建工作。繪制模型圖加熱爐56張、動(dòng)設(shè)備34張、儀表190張、電氣監(jiān)控底圖62張;完成加熱爐2 830個(gè)工藝參數(shù)點(diǎn)、泵9 862個(gè)振動(dòng)及溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)、機(jī)組902個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、儀表5 127個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、電氣1 498個(gè)共計(jì)2萬(wàn)余監(jiān)測(cè)點(diǎn)的配置及驗(yàn)證。建立腐蝕回路評(píng)估模型148個(gè)，管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型24個(gè)，管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估規(guī)則53個(gè)，涉及腐蝕案例、分析報(bào)告等標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則200余條。強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和全面感知能力，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控管理。

天津石化設(shè)備腐蝕管理，基于企業(yè)EM、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、LIMS等數(shù)采系統(tǒng)的支持，如圖6所示，結(jié)合平臺(tái)內(nèi)置的大數(shù)據(jù)算法、材質(zhì)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)等，實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控、腐蝕檢測(cè)、原料監(jiān)控、工藝防腐、報(bào)警管理、循環(huán)水管理等業(yè)務(wù)功能，同時(shí)基于數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)腐蝕的綜合分析、形成腐蝕月報(bào)、案例等。如圖7所示。

3? 結(jié)? 論

天津石化智能工廠項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全過(guò)程效益最大化。提高公司供應(yīng)鏈一體化（集成化）運(yùn)作程度，靈活調(diào)整生產(chǎn)方案，實(shí)現(xiàn)挖潛增效目標(biāo);基于一體化平衡模型的預(yù)測(cè)和預(yù)警，實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，運(yùn)行動(dòng)態(tài)可模擬、可預(yù)測(cè)。強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和全面感知能力，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控管理;建立專(zhuān)業(yè)知識(shí)庫(kù)，積累專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，形成專(zhuān)業(yè)知識(shí)庫(kù)更新機(jī)制，輔助設(shè)備管理人員進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)分析，提高設(shè)備管理人員工作效率。促進(jìn)天津石化工業(yè)智能制造能力大幅提升，提升企業(yè)管理效率、生產(chǎn)優(yōu)化能力和安全運(yùn)行水平，提升企業(yè)生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)的智能水平。

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作者簡(jiǎn)介：王軍（1965—），男，漢族，河北滄州人，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：石化企業(yè)信息化應(yīng)用與管理。