炼化企业数字化工厂建设及其关键技术研究核心要点构架

炼化企业数字化工厂建设及其关键技术研究核心要点构架摘要：企业信息化的发展，加快了我国工业化、现代化建设。信息化对炼化生产模式的变革与创新也起到了推波助澜的作用，炼化产业的生产、管控和经营等各方面业务均面临重大变革，本文主要介绍了数字炼化的关键技术与主要应用，即从数字炼化经智能炼化到智慧炼化，有助于推进流程工业炼油化工行业的智慧炼化建设。关键词：数字炼化；数字化工厂；数字化转型升级信息化是中国加快实现工业化和现代化的必然选择。目前，深化的“互联网+”应用与“两化融合”，特别是云计算、大数据、物联网、移动应用、社交媒体、区块链、虚拟现实、量子计算、人工智能等信息化新技术蓬勃发展，一方面正改变石化产品市场格局和用户消费行为，使市场竞争日趋激烈；另外一方面，信息化对炼化生产模式的变革与创新也起到了推波助澜，甚至主导作用，炼化产业的生产、管控和经营等各方面业务均面临重大变革和新的发展态势。1、数字炼化的概念与主要功能特征数字炼化概念的定义：数字炼化是指将实物形态的炼油化工工厂进行计算机化的过程与结果，即数字炼化是与物理意义上实物工厂一一对应的计算机“虚拟工厂”或“虚拟炼化”。为实现与实物工厂的一一对应，需要依托数据收集、整合集成和数据库建设等技术对生产管控、营销等过程实施建模、仿真与优化，进而实现虚拟现实与可视化。数字炼化功能至少包括：工程管理阶段(前期规划、工程“四大控制”的相关管理、工程交流与汇报、数字化交付、无缺陷开车)；投产后的转资及可视化资产管理与设备全生命周期管理；生产运营管理(生产计划与调度、生产运行监视、生产工艺优化)；生产质量管理(达标与质量控制系统以及化验分析与实验室数据管理系统)；安全环保(三维应急管理、环保系统、三维可视化培训等)；与市场营销相关的功能(物流系统、产品销售管理等)。因此，数字炼化至少包括完整性(即全生命周期)、可视性、数据集成性等主要特征，其本质是信息、信息流和工作流的数字化，既为炼化企业展示数字化信息(即可视化)，也为完成数字化交付和无缺陷开车后的设备预防性维修提供可能；供应链数字化(原料、原油供应)；输入能量(水、电、汽、风等)的数字化；产业链数字化(生产装置、单元的管控、计划调度与优化等)并延伸到价值链(产供销存一体化数字化)。数字炼化也为智能和智慧炼化奠定了基础[1]。2、炼化企业数字化工厂建设关键技术2.1完善集成化的一体化平台一个能够集成工程管理、生产销售、维修、供应管理等详细工作在内的一体化集成平台，是我们进行全面数字炼化建设的基础核心。在项目前期需要认真考虑如何将数字化建设平台的有效集成。在相关子平台的数字化交付前，需要能够将采集、整合、集成各类数据，使其达到符合数字化交付的标准。并且，针对数字化交付标准的制定及其内容需要做好顶层设计。将各类人员统一在数字化平台上工作，并且利用企业生产中的相关数据进行模型的建立，完成自身具体工作的同时，很好地集成到其他子平台以及生产管控平台和市场营销平台。在平台上实现的数字化交付与无缺陷开展所有目标文件、数据等，将被集成的设备管理与生产管控等相关信息化系统进行结合，从而满足对各类历史数据的调用优化需要。2.2云计算、数据分析与统计技术云计算是一种信息服务，它采取共享基础架构的原理与方法，将巨大的系统池连在一起后使得信息系统加速运行。云计算通过提供集中的平台与服务，大大提高了服务器利用率，如传统的服务器利用率仅为10%～30%，而云服务器利用率高达70%。数据的统计与分析，是指满足企业各层次人员需要的、经过数据挖掘后的各种数据的再处理，最终形成经验、知识等信息并入库，形成各种报表、材料。2.3管理预测与决策技术通过对各类数据信息的统计、分析等，形成了适合不同层次需要的大量信息数据。并且在此基础上，应用与预测、决策相关的一些技术或手段，如市场预测、统计预测、经济预测、经验判断法、数学分析法和试验法等，为不同层次的管理人员提供相关的管理决策服务，从而配合其顺利的完成管理预测和决策。2.4物联网技术物联网或万物互联是这样的一种网络：它按事先约定的技术协议，借助信息传感设备[如射频识别(RFID)、红外(IR)感应器等]，使设备与互联网相连并进行信息交换和通信，从而实现对设备的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网的应用很广泛。如某项目的产品研发过程，实验信号可以通过物联网进行传递、集中处理；又如在项目工程建设期间，可以利用RFID、红外感应等物联网手段对进出现场的人员、车辆等进行管理；在生产运行期，则可以通过分散型控制系统(DCS)等自动化设备采集数据并建立虚拟现实[2]。2.5基于SOA和BPM的集成技术基于面向服务的架构(SOA)和业务流程管理(BPM)的集成技术，主要是指采用虚拟现实展示工程建设期间的工程设计成果；基于该VR成果，进一步开展项目建设以及项目的全生命周期管理，如工程建设期间监控各环节的进度、费用、质量等；同时进行数字化开车与运行，监控、优化某装置的运转情况；实现从设计到运行的全程一致。因此，虚拟现实在不同阶段(如工程建设初期与无缺陷开车阶段、生产运行阶段等)要与不同阶段的实际环境相集成，做到“与时俱进”，才能保证虚拟现实的全程一致。由于工程建设和生产运行的实际环境跨越了“E”到“M”平台，所以实际集成的难度很大。而SOA和BPM的集成技术分别实现了标准化的服务封装，并提供了敏捷的基于服务的流程组装手段，因此是实现虚拟现实从“E”到“M”全程一致的关键技术[3]。2.6可视化、三维空间与地理信息方面的相关技术与三维空间、地理以及可视化方面相关的技术，主要包括：1)网格计算技术及其相关应用，主要涉及空间信息共享、协同服务等关键技术问题，重点研究网格GIS框架体系及其关键技术、空间信息协同服务标准、分布式空间对象技术等；2)与炼化企业时空数据组织、管理相关的一些技术、模型等，如炼厂信息多维动态显示技术、可视化模型及其显示技术等；3)与炼厂空间决策支持系统相关的技术、体系，如以GIS为中心的决策支持体系的结构等；4)关于地图及其服务相关技术，主要指海量地图服务器技术及其应用，包括TB字节级别的影像数据管理、矢栅数据联合操作，以及在Web上实现基于海量矢量、栅格数据的实时无缝快速自动漫游等功能，并实现影像、地图和设计图的无缝连接。3、数字炼化的转型升级信息化及其新技术(如云计算、大数据、物联网、移动应用、社交媒体等)为各行各业在生产模式、经营模式以及管理模式方面带来了变化与变革，炼化行业自然也不例外。实际上，从生产、经营和管控等领域对炼化企业进行优化，提高炼厂生产经营效益，和工作效率，本身就是石化行业的重点与目标。信息化改变炼化业务管控模式的同时，也推动着炼化企业的数字化转型——从数字炼化经智能炼化迈向智慧炼化。数字化转型过程就是应用包括物联网、大数据、人工智能等新技术，实现从原油生产、运输、仓储到炼化生产、油品仓储、物流、销售的整个供应链横向上的协同优化，使生产和供应及时响应市场变化，实现智慧供应链；纵向上基于分子炼油技术，实现炼厂的计划优化、调度优化、全局在线优化。最终实现资源的敏捷优化，全产业链的协同优化以及QHSE的溯源与监控。参考文献：[