基于石油石化企业的智能工厂建设思考

陈庚晓(中国石化股份天津分公司电仪部，天津 300271)

0 引言

随着人工智能、5G、区块链、物联网、大数据、云计算、虚拟现实技术、VR、数字孪生等新兴高科技产业的发展壮大，有利促进了传统的机械自动化时代向信息智能化时代发展。当前，美国主导的地缘政治、供给侧结构性改革不断挑战着企业、新冠疫情持续恶化以及新一代全球信息化革命等带来了各种挑战的同时，也给企业迎来了各种机遇：受美国主导的地缘政治、全球资源分布不均衡、新冠疫情在全球大爆发导致世界未来不确定性增加等因素影响，国际原油价格极不稳定，曾一度跌到负值；受全球气候变暖及环境持续恶化等因素的影响，碳中和、可持续发展、新能源、绿色材料成为越来越多的国家公认的发展趋势；5G和物联网等技术的高速发展促进了石化行业的加速转型和高质量发展。

在此新时代下传统石化行业只有通过不断地转型升级，积极参与竞争才能不被时代所抛弃。

1 智能工厂的发展背景与建设条件

1.1 信息化技术飞速发展

随着人工智能的不断崛起，5G的快速发展和半导体行业的持续创新。中国政府发布的《中国制造2025》纲要和《2035年远景目标》纲要提出将当今互联网产业与传统制造业有机融合实现“智能制造”“互联网+”深度融合战略，是中国实现新型化和信息化发展所追寻的目标和历史任务。

当前，以5G和物联网等为特征的新一代信息技术快速发展，网络互联趋向移动化。随着大数据、芯片行业和人工智能的快速发展，信息处理愈发集成化、高速化和大数据化，从海量数据中发掘有用的数据用于提高工厂的生产质量和效率也逐渐成为一个大的工业生产方向。

目前，一些先进企业已经进入智能化应用阶段，显著提高了管理效率。通过使用数据挖掘不断寻找所检测数据的商业价值、分析产品更多潜在特性，以获得最高质量的产品并最终实现企业最大的经济效益。通过大数据云平台实时掌握运营动态，及时进行产品调度，最终使企业核心竞争力不断加强。

1.2 建设石油石化智能工厂的意义

石油石化行业作为基本的民生产业与人民的生活息息相关，进入21世纪以来科技迅猛发展，但地球资源也愈发紧张，如何利用现代科技高效地对原油进行加工使其附加价值达到最大化，污染达到最小，对于每一个化工厂来说都是一个不小的挑战。同时，这也促使建设智能工厂成为迫在眉睫的事情。

1.3 智能工厂发展建设的基础条件

经过改革开放近40年的发展中国已经成为了全球唯一的包含联合国认定的包含所有工业种类的工业体系最全的国家。新时代下中国高新技术进一步发展，中国的大型炼化企业完全能够实现大规模自动化生产。通过5G技术对产品进行定位和视频监控而不依赖于人工，利用大数据实时掌握产品的特性和加工状态，完全有能力大力发展多技术相融合的技术。例如利用5G、VR技术和数字孪生技术的融合及时对工厂的物品进行建模，创造出逼真的4K或8K的工厂实时扫描画面，可以在工厂运行时就对工厂的各个部件进行实时诊断，避免了亲自去现场产生的潜在危险，又能从各个角度观察更容易发现故障的位置和严重程度。

2 智能工厂建设理论体系

在高新技术产业的主导下，智能工厂建设的自动化、可视化、无人化、数字化水平显著提升，提高了生产效率和生产质量，有效降低了生产成本，减少了环境污染，加快了决策响应速度，提高了决策能力，更加彻底地利用了资源[1]。同时有效促进了企业结构转型升级，积极响应了国家供给侧结构性改革的号召，初步形成了智能工厂建设理论体系，即“1234”模式。

2.1 一个目标

智能工厂建设以5G、物联网、人工智能、大数据、云平台等高新技术产业为依托，高效整合所有可拥有的资源，使之实现生产效率高，产品质量好，可持续发展，资源利用率高，车间无人化，能耗物耗低，环境污染小，以用户为中心[2]，智能化物流和人性化服务，经济效益稳中向好的目标。

2.2 两大体系

智能工厂建设具有两大根本体系：一是生产加工体系，即利用5G、工业互联网、云计算、工业大数据、VR、区块链与人工智能、机器学习等技术深度融合，对原料进行精准加工，高效制造以提高制造质量并降低生产成本；二是智能管理体系，采用人机交互式的界面可以充分利用人工智能的分析高效性和人类独有的创造力和商业远见进行指导，各取所长，实现管理的高效化。结合大数据分析企业跟部门和车间的运转情况，结合实际情况对机器进行充分调度，进而提高企业的运行效率和调动员工的积极性。

2.3 三条主线

智能工厂建设具有三条主线：一是“炼—化一体化优化”，实时检测产品冶炼生产过程中的各项指标，并进行特征提取。通过制定合理生产计划、利用5G和物联网技术对产品和设备进行充分调度、及时更新生产装置，利用人工智能在4个层面上进行整体优化，实现生产全过程经济收益最大化。二是“炼化生产集成管控”，实现科技研发层、生产制造层、物流运输层、销售管理层的协调发展，推动生产性制造向服务型制造转变。三是“全生命周期资产管理”，实现从工厂的项目筹建、制造交付，到工厂运行与设备维护、报废资产清除和售后服务的资产生命全过程数字化管理[3]。

2.4 四项能力

运营管理始终贯穿石化智能工厂全过程，通过高效利用5G、物联网、人工智能、云平台和大数据等进行研发创新和管理创新，全面提升石化企业的预测感知能力、协同管理能力、预测预警能力和智能决策能力。

3 智能工厂建设主要内容

3.1 生产运行智能化

生产运行智能化的程度直接决定石油化工企业的生产效率。所以智能工厂建设主要从以下五个部分着手：

第一部分，生产技术智能化。应用新型催化剂技术和生物催化技术等全新的生产技术，再在结合国产原油、成品油的智能调和技术的基础之上采用5G技术的高效和低延迟，做成在线分析仪表并对自动化生产进一步优化、完善生产的工艺流程，以实现从装置生产、产品调和到生产延迟性的智能检测。

第二部分，全方位管理智能化。全力打造高质量研发生产的智能云平台，利用云平台加强石油化工企业研发、生产、经营、售后服务各环节的管理，提高生产经营的广度、精度和效率。

第三部分，数据分析智能化、标签化。利用大数据和人工智能建设有关数据源的分析模型和数据库，构建完整的大数据云平台。运用人工智能中机器学习的聚类算法和分类算法等，将用户在公司的浏览和购买历史进行标签化，根据标签特性将用户分为不同的类别，运用深度学习对每类用户的喜好进行精准预测，对不同类别的用户提供差异化的优质服务，节约了人力成本。并且针对客户的精准服务提高了用户对产品的咨询效率，使用户更容易找到适合自己的产品。在售后服务方面，针对用户提出的故障通过大数据进行初步诊断，再利用人工客服进行进一步诊断和修理，进一步节约了时间成本，提高了经济效益。

第四部分，产品入库智能化。将产品改为预定制，这样可以免去先制造再储存再销售的旧模式。这样就可以节约更多的时间去制造更多的产品，并将长期存储仓库逐渐缩小为短期存储仓库，产品在存储间达到某一部分预定用户的需求量后，就立刻出库。另外，在仓库的维护方面通过对每一份产品进行标签化，可通过巡检机器人实时对商品进行信息扫码查询[4]。通过分析不同商品的参数变化判断该商品是否已经不合格，对不合格的产品及时进行清除并上报到云平台以便及时进行商品补给，从而减少了存储间的维护成本，降低了库存压力，提升经济效益。

第五部分，积极推动供应商策略。在乔布斯去世后库克掌门以来，苹果的销量在全球逆势上涨成为全球最赚钱的科技公司，这与其背后的供应商有着莫大关系。化工行业也应该积极推动供应商策略，即从化工原料的加工制造到生产的各个流程部分，选取若干国家的供应商对其进行竞价排名，最终选择质量高和成本低的供应商为其本公司做代工。做代工的国家称为东道国。在往东道国进行售卖时，可根据其代工能力对相关产品进行定价，对代工能力强的东道国采用本土价；对代工能力弱的东道国乃至消费国相应地提高售价；对没有代工能力的国家由于需要增加建设相关的加工和存储厂商，需要更多的维护成本因此售价应当调高，并从中赚取更高的利润[5]。

3.2 设备管理智能化

建设智能石化企业还需要重点完善设备管理平台系统。利用5G，物联网、大数据和二维码扫描技术将每个设备的信息实时录入到二维码中，实时精准掌握全公司各个设备的运行状况，及时发现可能出现的问题并进行预警。例如天津石化2020年停车大修时通过智能检测和诊断系统对1 000万吨级炼油装置现场的1 800余台阀门进行实时行程测试，做到装置停车检修与调节阀行程测试同步并自动生成报告。根据生成报告图形和数据判断调节阀是否需要下线维修，防止调节阀过修和欠修，做到精准下线，应修必修，提高维护人员效率同时为企业节省维修费约300万元。

3.3 安全绿色环保管理智能化

智能型石化工厂在石油化工生产过程中，安全绿色环保是生产过程的重要组成部分。企业应以全面提升安全风险预警、突发事故应急处置能力为目标，致力于打造安全、环保的网络管控智能云平台，利用5G的低延迟特性和高传输率以及工业互联网万物互联的特点创建生产现场管理的可视化系统[6]，实现风险实时监控及预警，有效减少公司事故的发生，避免产生不必要的损失。

安全方面，在有剧毒和易燃易爆等的化工加工制造生产车间，进行无人化作业。将仪表全部换成防爆仪表，使用智能机器人替代人工，不再进行人工作业，从长期出发可以节约人力资源成本，降低医疗负担。例如在2021年10月23日阿拉善盟高新技术产业开发区就发生了氧化车间闪爆事故，造成了数人伤亡。

绿色低碳方面，企业还应拥有多种类型的能源供应系统，与多家能源公司进行合作，积极打造节能减排的智能云平台，促进绿色低碳生产线迈上高水平、新台阶；积极进行碳排放交易权的实践，将节约出来的碳排放进行售卖，这对实行低碳模式造成的额外支出进行弥补。运用物联网、3D建模、地理信息技术等手段，让“三废”达标排放。对全厂能量输入输出平衡、蒸汽管网畅通等模型进行优化，确保能源系统运行低碳环保。

3.4 经营决策管理智能化

要利用大数据和云平台技术对企业管理层的经营决策进行优化，云平台几乎拥有无限的存储空间，节约了企业购买硬件存储装置的成本，将企业在运营时产生的大数据及时进行去噪并收集整理到云平台上。尤其对员工的在岗状况以及在岗时间所产生的经济价值贴上标签并建立深度学习模型，对员工在公司的综合表现进行评估，并根据评估内容淘汰掉不合格的员工。另外，智能决策层要实现工厂里的非重要职位无人化、机器化、智能化、重要职位精英化，以保证企业运行的高效运转。

4 建设石化智能工厂面临的挑战

在供给侧结构性改革的推动下和高质量发展口号的响应下，智能工厂成为石化行业未来发展的必然趋势，但目前尚未发展成熟，依旧面临着挑战。因此石化企业要做到以下五点：

一是企业家眼光要放得长远，要知原始创新的重要意义及作用。通过不断进行创新，使企业获得源源不断地发展动力，进一步提高企业的经济效益。加大科研投入，努力掌握核心技术。逐渐将生产的自主权掌握在自己手里，并不断进行创新突破，从根本上实现企业利润的最大化，实现企业的高质量发展。

二是企业的自动化、信息化水平亟待提高。目前大型国企和央企由于有雄厚的资金支持，已经分批分段地对企业进行智能化升级，但中小企业大部分依旧使用老旧的机器，污染高、能效低，资金问题成为中小企业智能化转变的一大障碍。值得庆幸的是专门服务于中小型企业的北京证券交易交所刚刚设立[7]，因此应鼓励中小型石化企业去北交所上市，以获得更多的流动资金，促进企业的转型升级。并鼓励企业多多引进高端人才，为企业的信息化、智能化建设出一份力。

三是企业要认真做好大数据的开发和管理。数字化是智能化的基础，但目前企业数据管理水平普遍偏低，数据潜在的价值挖掘程度不够，各个部门的信息共享程度不高[8]，形成信息孤岛，未能发挥大数据应有的价值。因此应当重视高端人工智能人才的引进，把各部门产生的大数据进行收集、去噪、整理和特征提取，挖掘数据潜在的价值，并利用5G技术对超大数据流高效地加以使用，才能有效地提高企业的智能化水平。

四是坚持云平台建设。只有坚持云平台，各个部门才能有效地连接起来，所有的标准才能真正实行，实现数据共享，才能从本质上消除信息孤岛的情形。通过将企业产生的有价值的数据及时的传到云平台，可以大幅度降低企业的信息化成本并创造出更多的价值[9]。

五是智能化工企业要深化与其他公司合作，努力建设各个类别的设备齐全的智能产业园，并为智慧城市的建设添砖加瓦。例如将公司自己的弱项交给在这方面能力强的公司去完成，而利用自己的强项在满足自己公司需要的同时，将技术外包到其他这一方面较弱的公司，可以实现优势互补并进一步提升公司的经济效益。

5 结语

智慧石化建设方兴未艾，各领域场景的初步应用展现了可喜的成果，并且积累了一些技术和成功的经验，为进一步转型升级打下了基础。化工行业智能化建设具有非常重要的历史意义，新时代的新青年是我国在2035年实现工业现代化和2050年成为肩比德国和日本的制造业强国的主力军，也是中国制造转向中国智造最终达到中国创造的主心骨。石化企业要紧紧抓住化工与制造领域的高端人才，才能在当今激烈竞争的市场大环境下，长久立于不败之地。而智慧石化工厂建设的转型升级也可为其他企业应对激烈竞争和可持续发展提供参考。