5G时代炼化企业智能化路径探索

面向5G时代，炼化企业智能化发展非常紧迫。国际上，随着德国工业4.0计划出台、美国工业互联网计划发布，我国也发布了《中国制造2025》，智能制造己成为新一轮工业发展的核心驱动力。炼化企业作为典型的流程型制造业，要进行供给侧结构性调整和高质量绿色发展，更加需要通过智能化手段来实现。而实现智能制造，需要第四代工业革命的人工智能、大数据和5G技术等。5G作为信息高速公路，也是工业互联网的核心。1工业互联网的理解1.1工业互联网的概念工业互联网的本质是通过工业互联网平台把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接融合起来。可以帮助制造业拉长产业链，形成跨设备、跨系统、跨厂区、跨地区的互联互通，从而提高效率，推动整个制造服务体系智能化。还有利于推动制造业融通发展，实现制造业和服务业之间的跨越发展，使工业经济各种要素资源能够高效共享。目前，工业互联网受限于IP地址数量不够和高时延等诸多因素，影响了工业生产过程更广泛的应用。但随着5G时代和IPv6的到来，工业互联网应用必将产生质的飞跃。1.2工业互联网与消费互联网的差异分析多年前，淘宝颠覆了我们的生活消费模式，老百姓足不出户，可以逛遍全国旗舰店，千千万万网店应运而生，给实体店的经营带来了极大冲击。中国海尔创造了私人定制的消费模式，消费互联网连接着消费者、设计者和生产者，生产者连接着企业内部生产的全过程。但是相比消费互联网，工业互联网发展要滞后。其原因主要有三点：一是个性化与共性化，工业互联网指不同企业需求不同，企业内部不一定需要互联网；而消费互联网是共性的，全球的销售物流是相同的；但消费物流无法简单应用到炼化企业的沥青或聚烯烃等产品的出厂销售。二是技术门槛高低不同，工业与互联网相结合的门槛高，工业企业不清楚与工业互联网结合的应用场景，或者互联网公司不能理解工业场景；而消费互联网，相对简单，任何人使用手机，都能使用互联网消费。三是安全稳定性要求不一样，工业生产流程非常复杂，安全生产要求高，不能接受无线网络的不稳定；而消费互联网不稳定，不会导致生产或人身安全事故，消费者可以接受这一风险。1.3炼化企业流程型工厂与装备制造离散型工厂对工业互联网的差异分析流程型工厂有着鲜明的特点：一是加工流程长、耦合度高，高温高压，易着火爆炸。二是加工过程基本是全密闭的化学物理变化，很难用数学模型刻画清楚。三是装置现场有严格的防爆要求。而离散型工厂则相反，因此对工业互联网的要求也完全不一样。主要差异有三点：一是安全性稳定要求高低不一样，流程型工厂不容忍工业互联网的不稳定；离散型工厂有容忍度。二是参与工业互联网的环节不一样，流程型工厂只有原料进厂和产品出厂、设备设施容易参与工业互联网；离散型工厂原料进厂、产品出厂和加工过程都可参与工业互联网。三是防爆要求不一样，流程型工厂原料、中间过程物料或产品大都是流动的液体，易燃易爆，使用的终端不能是普通手机，必须是防爆设备；离散型工厂原料或产品更多是钢铁制造，不需要防爆要求。2炼化企业工业互联网的分析2.1炼化企业工业互联网的现状炼化企业大都认为，工业互联网在消费领域或离散企业有更多应用。作为炼化企业，工业互联网无论有线网络还是无线网络，不但要能够连接生产过程的直接或间接的管理环节，更要连接生产与操作的控制过程。经过近些年的实践，工业互联网离炼化企业的生产越来越近。总体上，消费互联网应用早于离散企业，离散企业互联网应用早于炼化企业；对炼化企业而言，办公互联网应用早于现场，现场互联网的管理应用早于操作应用，物料进出厂管理应用早于现场过程。目前，炼化企业现场设备的控制与操作，还没有实现工业互联网应用的突破。所以，对炼化企业而言，装置现场的控制操作互联网应用还是一片空白，完全依靠DCS系统和有线网络进行现场生产的稳定控制与操作。2.2炼化企业工业互联网的应用需求目前，国家发放了5G牌照和明确了试点城市，各大城市都在加快试点。面向5G时代的广接入、大带宽、低时延的特征，炼化企业工业互联网需求能覆盖操作控制与管理的全过程。大致可以分五类：一是面向办公，实现远程办公、审批和经营管理；二是面向装置现场，通过无线互联网进行实时智能管理，极大拓展了现场人员的应用空间，实现精准精益管控；三是通过无线互联网进行数据或图像采集，取代有线网络，减少有线网络的工程施工；四是通过融合通讯，实现办公室与装置现场的图像、视频、语音等多终端远程互联互通，协同生产经营管理；五是理想目标，当5G足够稳定可靠，无线网络替代有线网络，实现工业互联网的智能操作与控制。对炼化企业而言，更需要稳定的无线互联网和防爆终端产业链的协同配套。为此，基于5G核心的边缘计算技术的工业互联网建设与探索，显得尤为迫切。2.3炼化企业5G核心技术的工业互联网的实践为实现炼化企业工业互联网的应用需求，有线网络无法解决移动应用场景，需要借助无线网络。炼化企业装置现场高塔林立，钢铁结构，无线网络有屏蔽效应，运营商的无线网络无法穿透并覆盖装置现场。为了解决这一问题，某炼化企业进行了全厂性5G核心的边缘计算技术的实践。通过探索实践，开启了炼化企业装置现场工业互联网的应用新场景，彻底颠覆现场人员的工作模式，开创了移动作业的新空间；创新了炼化企业工业互联网的建设模式，解决了频谱资源紧缺的问题，实现信息化与工业化的深度融合；形成了安全运行的新模式，采用边缘计算技术，企业数据分流在本地，不再占用运营商的传输资源，因此，装置现场的仪表、语音和视频等各类数据，不需经过运营商的计费网关，实现免费使用和安全运行。3炼化企业智能化的应用某炼化企业建设了5G核心技术的网络，目的是开展业务智能化，且需要业务智能化的顶层设计。作为炼化企业，可以从生产运行智能化、设备管理数字化和企管管理信息化三类业务域进行业务全流程贯通、数据全过程共享的顶层架构。对某个业务域，按照从试点、到示范，再推广的思路，积极稳妥推进企业智能化。3.1生产运行智能化的案例生产运行智能化主要是实现两个智能闭环。一是从计划、调度、执行、物料移动到量值绩效闭环反馈；二是从调度、实时在线优化、先进控制到DCS现场执行。从炼化企业的管理层面看，通过有线和无线网络都实现了全厂所有操作人员和管理人员的计划生产执行的在线协同，完成了第一个智能闭环。从炼化企业的控制层面看，DCS、先进控制和实时在线优化是通过有线网络进行现场操作的互联互通，实现第二个智能闭环。为此，分享聚烯烃出入库智能化管理的案例，通过工业互联网，实现了企业聚烯烃产品的客户、计划人员与操作人员、现场设备的互联互通。某炼化企业，建成国内石化行业首个超大型全聚烯烃自动立体仓库，利用物联网技术，实现产品从包装、输送、出入库、盘库和装车发货全过程无人操作，用工数量减少100人。推行产品预约和二维码提货，承运商客户提货车辆等候时间由原来1天大幅缩短至1小时以内，客户物流综合成本费用降低15%，同时减少了炼化企业停车场占用的宝贵资源。客户认为，预约提货功能为客户提供了公开透明的平台，从源头上避免了“暗箱操作”的可能。同时物流不安全行为的数量比传统提货模式下降20%，促进物流安全管理提升，实现客户“最多跑一次”。3.2设备管理数字化的案例炼化企业设备管理数字化坚持“全生命周期管理”，首先通过工程管理，实现从立项–设计–采购–施工–验收的工程项目的全过程管理。工程建完后，一方面实物工厂交付生产运行，另一方面工程模型交付三维数字工厂；在装置现场通过工业互联网，现场人员能实时感知异常，实时获得工厂模型的建设和运行历史信息，做到现场异常的快速响应，提高了设备利用效率和效能，提升了装置长周期运行水平，确保设备安全可靠、平稳高效运行。以在线分析仪表管理为例，通过工业互联网，实现装置的操作人员、技术人员和仪表人员，内部人员与外包人员的设备管理的数据共享与高效协同。从2013年起，某炼化企业不断探索和优化近千台在线分析仪表管理模式，目前在线质量仪表取代了化验分析，取代率达96.2%，为人力资源的优化发挥了积极作用，经测算优化人力资源为37人；同时为装置的平稳运行、优化操作及提高质量效益等发挥了实时监控的作用，行业内有着很好的示范作用。企业又成功投用在线分析仪表的实时管控，通过系统自动巡检代替现场巡检，解决了人工巡检的时差和非实时性问题，每月提前发现仪表问题300多起，减少现场巡检人员4人，做到问题的精准处理。在线分析仪表工作共节省41人，每年节约近千万元的成本。3.3企业管理智能化的案例炼化企业坚持通过建设“制度”为核心的问题管理系统，以“流程”为核心的任务管理系统和以“价值”为核心的绩效管理系统，构建企业管控体系，打破部门围墙，提高管控效能。业务流程管理BPM实现了38大类200余条流程的线上审批，集成各类系统待办事项，贯通了全流程业务，通过移动短信网实现待办事项的定时短信推送提醒。每年发起各类业务30万余项，节省用时46266人工日，节省用工171人，真正做到“让人少跑、让数据多跑”，切实提高工作效率。现场安全管控智能化，通过工业互联网实现承包商、业主和现场作业的互联互通，颠覆了原有工作模式。将现场直接作业作为重点管控对象，以“用火业务”为中心，对相关作业进行多合一流程集成设计，有序推进现场施工作业的高效与管控。同时，以“承包商人员”为中心，打通承包商单位准入、人员安全教育、门禁入厂、违章纪录考核等全业务流程，实现施工作业人员360度集成管控。如承包商安全教育在线培训、移动考试、自动阅卷等“一键式”管理，实现了承包商培训考试结束就获得成绩，每年减少业主安全工程师约940人（天）工作量，提升工作效率80%。45G时代对炼化企业智能化的思考面向5G时代好，炼化企业智能化与国家数字化、网络化和智能化的要求，还有不小差距，加快建设己经迫在眉睫。智能化发展，可以按照数字化、网络化和智能化三个主要阶段，适当迭代，从试点、到示范、再推广。1）数字化阶段，这是基础阶段，这个阶段需要将业务数字化，主要是业务数据的采集、传输、存储、计算的过程，是业务线下到线上、从业务中来的过程。同时，更要将数字业务化，是从线上再到线下，到业务中去的过程。当前，炼化企业处于业务数字化的中后期，数字业务化需加快推进。2）网络化阶段，这一阶段需要5G技术，进行物与物、人与人、人与物的互联互通，构建上中下游产