王军 顾文渊 陆刚

摘  要：以炼化企业智能工厂建设为研究对象，基于天津石化信息化系统应用现状，围绕企业的业务内涵，按照中石化“工业云平台+局部智能”的建设要求，搭建了面向公司生产层面的工业智能应用云平台，并具备开放、互联、共享、生态的功能。在评估企业信息系统应用现状的基础上，基于平台实现了炼化生产一体化优化、生产调度集成管控、设备全生命周期资产管理三条业务主线的系统服务应用功能开发，应用效果良好，在推动石化企业信息化支撑数字化转型方面具有一定的参考价值。

关键词：信息化;智能工厂;智能制造平台

中图分类号：TP18      文献标识码：A 文章编号：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

天津石化是國家特大型炼化一体化企业，是华北地区最大的炼油基地，国内最大的乙烯生产基地之一。天津石化公司依据中国石化信息化及公司“十三五”信息化发展规划，紧密围绕公司“打造世界一流管理体系”和“建设世界一流绿色企业”及“打造环渤海炼化一体化基地”发展战略，充分利用互联网、云计算、物联网、大数据等信息技术和现代化企业管理理念，以建设“智能工厂”为核心，推进信息化与工业化的深度融合，形成感知、预测、优化、协同的信息化能力，持续深化信息系统集中集成和深化应用，构建新型能力体系，着力提升业务应用数字化和智能化的水平，为建设“国内领先、世界一流”现代化石油化工企业提供有效保障。天津石化目前的信息化业务现状主要体现在：

（1）炼化生产受国际原油市场的价格波动影响，加工原油油种变化频繁，石脑油保供任务重，为降低吨原油加工成本，提升企业盈利空间，供应链一体化优化手段急需提升。

（2）炼化生产集成管控存在生产调度指令下发缺乏有效指令下达、反馈、监控手段，现有生产相关数据系统分散且监控频度、粒度不一致，缺乏大数据分析支撑。

（3）全生命周期资产管理还是依托于传统的计算机分析;设备在线数据没有实时同步到分析系统中，利用专家经验给出指导建议。

为了实现集团公司“紧密围绕国家两化深度融合，中国智能制造2025的发展规划，集团公司建设世界一流能源化工公司”的发展战略，建设标准统一、关系清晰、数据一致、互联互通的智能化管理统一工作平台的总体目标，天津石化于2018年开展智能工厂项目建设，打造企业新型竞争能力，提升核心竞争力，支撑企业数字化转型。

1  智能工厂建设内容

天津石化智能工厂通过2～3年的持续建设，按照“平台+服务”的模式完成智能工厂2.0的推广建设，各项主要关键指标达到国家智能制造试点示范项目要求，力争成为国家智能制造或制造业与互联网融合发展试点示范企业。天津石化智能工厂建设体系架构如图1所示。

1.1  炼化生产一体化优化主线

围绕炼化企业一体化优化主线，在横向价值链维度上，实现采购、生产、销售供应链全过程的价值增值，降低原料采购成本，统筹资源配置;在纵向优化深度上，通过计划、调度、装置、控制四个层面上的集成优化、协同优化，实现生产经营全过程效益最大化。

计划优化层面侧重于进行全厂资源优化配置以及原油（料）的采购优化，提高整体经济效益。

调度优化层面侧重于进行全厂物料平衡，将生产计划拆分至可执行的日/旬作业计划，保证装置平稳生产。

装置优化层面侧重于进行装置操作优化，通过操作优化实现日/旬作业计划目标，同时提高附加值产品收率、降低装置能耗，实现单装置效益最大化。

1.2  炼化生产集成管控主线

以生产调度指挥为核心，围绕炼化企业进厂出业务、罐区管理业务、装置运行业务、物料平衡业务和公用工程平衡业务，建立识别规则库、预测算法库、预警算法库，实现对工厂生产全过程的监控、预警、预测。提炼业务规则，固化业务逻辑，形成异常处置规则库，自动推送建议方案，辅助生产指挥人员科学决策。建立生产指令一体化闭环管理体系，初步实现方案到指令、执行、反馈的闭环管理，提升协同指挥效率。

重点建设调度指挥，按照CPS建设理念，实现主动感知生产异常，生产信息预测预警，营运指挥高效协同，调度指令精准执行。

1.3  全生命周期资产管理主线

设备健康管理聚焦设备运行维护阶段，实现设备智能化管理的“三示”（显示参数、展示性能、揭示规律）和“三控”（事前风险可控、事中状态受控、事后绩效管控），推广设备可靠度和装置安全、稳定和长周期运行水平。通过建立设备健康管理系列套件，依靠状态监测系统，对状态数据进行挖掘分析，辅助现场技术、管理人员对设备运行状态进行监控、分析、诊断。

设备三维应用基于工程级三维模型，实现检维修管理、专业管理、设备运行管理和运维培训管理等设备三维应用。将设备管理提升到部件级，实现可见式设备管理的新模式，为施工和检修提供便利和成本依据。

1.4  智能制造平台

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，提出“平台+数据+服务”的建设模式，围绕平台搭建产业开放、互联、共享的“生态系统：

（1）基础平台。构建企业级ProMACE智能制造平台，支撑智能工厂建设。

（2）标准化及集中集成。依据企业信息化现状，继承和完善企业信息化沉淀的信息资源，建立标准化体系和集中集成平台，贯通总部标准化MDM至企业应用。以数据集成化、标准化、模型化、可视化为主线，打通因业务条块形成的数据壁垒和流程隔阂，支撑企业业务协同，以数据资产为企业战略目标，规范数据管控流程，确保数据的唯一性、准确性和及时性，提升数据价值。

（3）三维数字化。搭建企业级数字工厂三维平台，适用于运营期的三维数字化工厂建设。基于现场及相关图纸资料，进行工程级数据模型构建，所构建的模型精度高、粒度细、属性完整、模型对象间逻辑连接关系准确。工程级三维模型是智能工厂的基础，后期可以根据业务需求利用已有模型开展设备资产管理、装置生产管控、设备检维修、职工仿真培训等形象、直观、沉浸式的综合利用工作。

2  项目建设效果

2.1  炼化优化一体化方面主要成效

目前已完成炼化生产装置计划跟踪模型5套、盈利能力分析模型32套、边际贡献测算模型52套，价格管理模型4套，收集配置模型数据1 630余个;完成50套装置调度优化模型、633条物料侧线、64个组分罐区模型数据搭建;针对重点关注装置、物料、牌号进行单位边际贡献测算，为企业及时优化调整提供参考依据;对全公司物料进行归口管理，实现价格同源，统一测算口径，为公司业财融合专业精细化管理工作提供价格分析的支撑。

2.1.1  计划生产协同优化

在企业计划、调度及装置不同优化层面间建设协同优化系统，集成8个系统数据，实现“模型一体化、数据一体化、服务一体化”。搭建炼化一体化优化模型，将装置机理模型与计划优化模型进行集成，实现二次装置DB数据的动态调整;在计划、调度优化间实现物料、数据及装置一体化，通过协同优化系统将生产计划进行拆分并进行调度模拟;实现原（料）油进厂与加工、产品产量、装置日加工、产品出厂量等当月累计完成情况的跟踪，确保月计划目标的达成。如图2所示。

2.1.2  生产调度优化

建立“月计划—周计划—日计划”计划管理体系，根据生产动态和外界条件变化信息，以企业整体效益最大化为出发点，及时做出反馈并测算。通过三个计划的衔接，有利的加强计划与生产沟通协作，始终保证装置是以效益最佳的状态去生产运行。如图3所示。

2.1.3  生產装置优化

基于调度优化进行全厂测算得到的调度日目标，进行单装置的优化计算，因而是保证了全厂效益最优下的单装置优化，即实现“全局最优”，而非“局部最优”。每日的调度指令，不仅给出优化的装置目标是什么，而且给出如何执行才能达到优化目标。如图4所示。

2.2  炼化生产集成管控主要成效

截至目前，完成42套装置、1 048条侧线、22个罐区、445个储罐、30个装卸台、634条物料、2 305个采样点、2 320个度量指标模型建立。绘制火炬系统、氢气系统、燃料气系统等22张公司级公用工程流程监控图。配置预报警模型1 936个，实现异常管理在线闭环，事件可升级，问题可定性分析。如图5所示。

炼化生产集成管控成效主要表现为以下几点：

（1）异常管理在线闭环，事件可升级，问题要定性。包括工艺参数报警、设备异常报警、安全环保指标、原料产品罐存等实时报警的收集和推送。一个是基于计划的偏差、物料移动偏差、公用工程消耗偏差异常事件在线闭环管控，针对小波动、小偏差、小异常等“三小”异常事件可在线升级，问题要进行定性分析。

（2）生产变更在线监督，变更要合理，杜绝擅自行动。计划性生产负荷调整及装置检修。审批流程线上化，杜绝擅自行动，全面掌控公司各生产单元、各点动态，将被动调整变为主动。哪些点发生了变化，装置下线或者储罐退出，对一体化生产平衡有哪些影响。变更进度实时在线反馈。

（3）全厂生产运行状态可模拟，可预测。建立基于一体化平衡模型的预测和预警，对未来一定周期的生产状况进行测算及推演，提前预知未来生产运行状况，便于生产人员对工厂生产进行预调控，为计划性生产负荷调整及装置检修等方案制定提供支撑，提升生产效率。

（4）提升调度指令下达的准确性、严谨性、时效性。建立在线指令执行闭环管理体系，提升调度指令下达的准确性、严谨性、时效性。例：安排烯烃部向化工部输送加氢混合苯，从取样、出结果、变流程、开泵、流量控制、转输量统计、停泵等全流程，定量、定时、定责，关键步骤增加确认环节。

2.3  全生命周期资产管理主要成效

当前系统已完成28台机组、315台机泵、46台加热炉、29套装置卡件、38套GDS、259台关键机泵监控模型搭建工作。绘制模型图加热炉56张、动设备34张、仪表190张、电气监控底图62张;完成加热炉2 830个工艺参数点、泵9 862个振动及温度监测点、机组902个监测点、儀表5 127个监测点、电气1 498个共计2万余监测点的配置及验证。建立腐蚀回路评估模型148个，管道风险评估模型24个，管道风险评估规则53个，涉及腐蚀案例、分析报告等标准化规则200余条。强化设备运行数据的自动采集和全面感知能力，对设备运行状态进行全面监控管理。

天津石化设备腐蚀管理，基于企业EM、实时数据库、LIMS等数采系统的支持，如图6所示，结合平台内置的大数据算法、材质库、标准库等，实现综合监控、腐蚀检测、原料监控、工艺防腐、报警管理、循环水管理等业务功能，同时基于数据实现腐蚀的综合分析、形成腐蚀月报、案例等。如图7所示。

3  结  论

天津石化智能工厂项目实现生产经营全过程效益最大化。提高公司供应链一体化（集成化）运作程度，灵活调整生产方案，实现挖潜增效目标;基于一体化平衡模型的预测和预警，实现全厂生产运行状态实时在线监控，运行动态可模拟、可预测。强化设备运行数据的自动采集和全面感知能力，对设备运行状态进行全面监控管理;建立专业知识库，积累专家经验，形成专业知识库更新机制，辅助设备管理人员进行设备状态分析，提高设备管理人员工作效率。促进天津石化工业智能制造能力大幅提升，提升企业管理效率、生产优化能力和安全运行水平，提升企业生产营运的智能水平。

参考文献：

[1] 梁乃明，方志刚，李荣跃，等.数字孪生实战 [M].北京：机械工业出版社，2019.

[2] 王振武.大数据挖掘与应用 [M].北京：清华大学出版社，2017.

[3] 朱铎先，赵敏.机·智 [M].北京：机械工业出版社，2018.

[4] 陈京民.数据仓库与数据挖掘技术 [M].北京：电子工业出版社，2007.

[5] 方志刚.复杂装备系统数字孪生 [M].北京：机械工业出版社，2020.

[6] 陈明，梁乃明，等.智能制造之路 [M].北京：机械工业出版社，2016.

[7] 李剑峰，肖波，肖莉，等.智能油田 [M].北京：中国石化出版社，2020.

作者简介：王军（1965—），男，汉族，河北沧州人，高级工程师，硕士，研究方向：石化企业信息化应用与管理。