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案例| 中国石化打造“不一样”的智能工厂

2018-08-23   来源:华为电子期刊   评论:0
摘要:中国石化是我国石化行业数一数二的特大型国有企业,如何通过数字化转型迎接竞争与挑战,看中国石化信息化管理部主任、石化盈科董事长李德芳怎么说。
  中国石化产业的工业化水平从规模上已经跻身世界前列,但大而不强、大而不优是我国石化行业的现状。中国石化是我国石化行业数一数二的特大型国有企业,如何通过数字化转型迎接竞争与挑战,看中国石化信息化管理部主任、石化盈科董事长李德芳怎么说。
  来源:华为电子期刊
  文:李德芳
  经过数十年的发展,中国石油化工产业的规模、产量和能力都有了大幅度的提升——化学品产量位居世界第一,炼油能力位居世界第二,2017年已达7.7亿吨;同时还拥有自主开发的催化裂化、加氢裂化等6大炼油核心技术,以及千万吨级炼油、百万吨级乙烯和芳烃生产等5大成套技术。可以说,中国石化产业的工业化水平从规模上已经跻身世界前列。
  但是,我国石化工业目前还是大而不强、大而不优,主要存在产业布局不尽合理,较为分散;炼油装置开工率仅为72%,产能过剩;通用产品所占比例较高,高端产品自给率不足;能耗、物耗较高,安全环保压力较大,生产成本较高等问题。
  除了上述这些传统产业本身所面临的压力之外,特别是新一轮的ICT革命、能源革命以及电动汽车革命,对中国石化行业发展带来了严峻挑战。电动汽车的发展引人注目,中国的电动汽车保有量正在不断攀升,面对新能源汽车的异军突起,传统石化企业是否陷入了发展危机?此外,石化行业在安全和环保方面也迫切需要实现本质提升。这些变化时刻提醒着石化行业乃至整个能源产业中的广大传统企业,在制定未来发展规划时必须要有超前的战略思考。
  中国石油化工集团公司(简称中国石化)是我国石化行业数一数二的特大型国有企业集团,在2017年“财富世界500强”企业中排名第3位。作为一家传统企业,中国石化在转型发展过程中同样面对着上述挑战,如何应对必须引起企业的高度重视和深入思考。
  ▌中国石化的智能制造之路
  对于中国石化来说,智能制造是推动我国石化工业向高效化和绿色化方向发展,实现由大变强的必由之路。以石化行业为代表的流程行业具有以下显著特点:存在复杂的物理化学过程;生产过程耦合性强,难以建立数学模型,难以实现数字化;原料复杂、生产工况波较动大等,在迈向智能制造的过程中面对着更多的挑战。
  以德国的“工业4.0”为代表的针对离散工业的智能制造模式不完全适用于流程工业,要实现流程工业的高效化和绿色化,必须自主创新,探索适合我国流程工业特点的智能制造模式。为此,中国石化以旗下的石化盈科为主体,联合国内的一些高等院校以及华为、埃森哲等国内外领先ICT企业,展开自主研发,打造了石化自己的工业物联网平台和智能制造平台。
  中国石化在智能制造领域进行了长期的探索与实践,其建设历程可以分为3大阶段:
  2003~2011年, MES系统(生产执行系统)建设和推广阶段。实现自主研发的MES系统在中国石化炼化企业全覆盖,并推广到神华、中煤等大型企业;对于这些传统企业生产管控水平的提高起到了很大作用,为石化工业的数字化、网络化和智能化奠定了一定的基础;
  2012~2015年,智能工厂规划与试点阶段。完成智能工厂总体规划和设计,在燕山石化、镇海炼化、茂名石化和九江石化这4家下属企业开展试点,打造了石化“智能工厂1.0”版,形成了相关理论、解决方案和核心软件产品,2015年九江石化还被国家树立为智能制造试点示范;
  2016年至今,智能工厂升级与ProMACE石化智云建设阶段。启动“智能工厂2.0”建设,与华为开展合作,打造ProMACE 2.0,镇海炼化和茂名石化分别于2016年和2017年被国家树立为智能制造试点示范;除此之外,还在2016和2017年连续两年承担国家智能工厂标准制定,2017年石化盈科还入选了全国“第一批智能制造系统解决方案供应商推荐目录”。
  智能工厂的建设也使中国石化的数字化、网络化和智能化水平不断提升,有效促进了企业的转型升级和提质增效,取得了一系列显著成果——整个公司的劳动生产率平均提升了10%以上,对生产数据的自动采集率达到95%以上,对重点环境排放点实现了100%的实时监控与分析预警。公司下属的镇海炼化的乙烯装置绩效进入全球第一群组,2015~2017年连续3年利润超过百亿;茂名石化2016年劳动生产率比2013年提升近一倍,2017年效益也首次突破百亿元;九江石化2015年起扭亏为盈,2017年盈利超16亿,在同规模企业中效益名列前茅。
  在建设“智能工厂1.0”、特别是随后向“智能工厂2.0”提升的过程中,ProMACE智能工厂解决方案的应用为中国石化各个方面都带来了重要的改变:
  生产操作协同联动。率先在炼化企业建成了工业4G无线网,实现了智能巡检和内外操协同,提高了现场处置效率,操作平稳率提高5.3%,操作合格率从90.7%提升至99%;
  基于大数据的报警和预警。利用催化装置的历史数据分析和挖掘装置的报警规律,形成知识库并建立预警模型,将关键报警提前了1~2分钟预警,为操作人员及时采取措施、规避生产风险争取了宝贵时间;
  计划调度协同优化。综合利用机理建模技术与优化算法,通过计划、调度和操作的协同优化,实现了生产全过程效益最大化,试点企业年综合增效10亿元以上;
  日效益分析优化。采用深度学习算法实现了生产的智能排产和动态优化,企业由月效益分析转变为日效益分析;
  数字化物资仓库。试点企业应用物联网技术实现库存物资实时盘点和智能配送,提高了物资管理效率,年减少库存占用资金5000余万元;
  全自动立体仓库。镇海炼化采用国产技术建成国内石化行业首个超大型、全自动且无人操作的聚丙烯立体仓库,实现固体产品包装和仓库作业的自动化管理以及无人装车发货;
  三维数字化工厂。基于工程设计数字化交付成果建成三维数字化工厂,实现人员培训、设备吊装模拟、工程量估算、设备故障定位和应急演练等应用;
  设备健康和可靠性管理。利用大数据分析技术对设备运行状态进行评估以及智能诊断,实现设备预知性维修,减少了非计划停工;
  能源全过程管理。实现能源的供、产、转、输、耗全流程管理,支撑了能源管理中心建设;
  能流在线优化。建成了全厂蒸汽动力产、输的优化模型,优化了锅炉、汽轮机和换热器等设备的操作,促进了节能减排和降本增效,企业年节约能源成本700万元以上;
  应急指挥协同一体化。实现了报警、接警和处警的应急联动和快速响应,依据爆炸、泄漏和火灾等模型计算事件扩散影响范围,指导现场救援;
  环保在线管控。通过“环保地图”实现污染物排放(COD、氨氮、二氧化硫、VOCs)的实时监控、异常报警和信息推送。
  ▌打造“不一样”的智能工厂
  在“智能工厂1.0”建成以后,为什么中国石化还要继续打造ProMACE石化智云?中国石化智能工厂试点建设起步于2012年,当时采用的还是传统的信息系统架构。随着2016年“智能工厂2.0”的启动、新技术的发展以及业务需求的变化,我们建设系统的思路、途径、方法、技术都需要进行调整。
  按照《中国制造2025》国家战略的要求,面向数字化、网络化、智能化现代工厂的目标,我们提出“平台+数据+服务”的建设模式,致力于打造一个“不一样”的智能工厂,并与华为在2016年联合推出了ProMACE石化智云。
  这既是中国石化智能制造自身建设的需要,也是支撑整个流程工业,为整个行业提供服务的要求。同时,ProMACE石化智云将以智能工厂为核心,以智能物流、智能服务为纽带,与智慧园区、智慧城市融为一体,形成传统行业与信息技术深度融合的新模式、新业态,引领产业发展方向。
  作为中国石化未来智能制造发展的主要支撑平台,ProMACE主要具有如下5项核心要素:
  第一,安全可控的工业物联网:通过全面感知与互联互通形成泛在的工业物联网环境,实现物料、产品、设备、环境和人员的感知、识别和控制;
  第二,开放智能的流程工业云平台(工业PaaS):云平台是智能制造的工业操作系统,提供集中集成、实时计算、智能分析、物联网接入以及二/三维可视化5项核心能力;
  第三,融入最佳实践的工业App:面向流程工业,提供融入了生产管控、安全、环保、设备和能源等最佳实践的工业级核心应用;
  第四,基于行业经验的专家服务:通过行业内的院士、设计大师、设备专家和工艺专家等,为客户提供设备远程诊断、炼化工艺指导和安全环保咨询等特色服务;
  第五,标准与安全体系:ProMACE运行的保障。
  可以说,ProMACE石化智云是物理信息系统(CPS)在石化行业智能工厂的具体实现, 也是流程工业CPS的具体实现,承载了我们对于物理工厂的模型化描述。站在流程工业的角度,主要有3个维度:一是对工厂资产的描述,通过工厂模型、三维模型等进行刻画;二是对过程的描述,通过机理模型进行刻画;三是各类数据汇聚形成大数据模型,随着数据更新获得自学习能力。利用ProMACE中的模型和数据,结合优化与控制,实现了计算进程与物理进程的交互,打造了流程工业的CPS。支撑了生产管控、供应链管理和资产全生命周期管理3条业务主线,并形成了新一代生产运营模式。
  (文章根据中国石化信息化管理部主任、石化盈科董事长李德芳在华为生态伙伴大会演讲编辑,经本人确认)
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