基于工業互聯網的危化行業數字化轉型研究

樊陸陸 郭 剛

[重慶市工業互聯網發展研究中心（中國工業互聯網研究院重慶分院），重慶 400707]

0 引言

根據中華人民共和國應急管理部通報，2021年上半年，全國共發生化工事故62起、死亡81人。通過深入分析發現，造成事故的很大一部分原因是企業安全意識不強，企業安全數字化水平不高。

化工行業是國民經濟的支柱產業和基礎產業，防范化解危險化學品重大安全風險、堅決遏制重特大安全事故關系社會長治久安、人民群眾生命財產安全，地位突出，意義重大[1]。

危險化學品事故頻繁發生，一個重要原因就是化學品管理和對危化品各環節的風險點監控的信息化智能化水平不高。結合危險化學品行業的行業特征，面向危險化學品行業全流程、全生命周期制定具有行業特征的綜合解決方案是我們接下來研究的重點，也是推進危險化學品行業數字化、網絡化、智能化轉型，推進危險化學品行業高質量發展的本質要求。

1 工業互聯網概述

眾所周知，第一次工業革命以機械化為特征，第二次工業革命以電氣化為特征；第三次工業革命以信息化為特征；那么，正在經歷的第四次工業革命以數字化、網絡化、智能化為特征，其中，工業互聯網是第四次工業革命的關鍵支撐技術，是5G、時間敏感網絡、邊緣計算、大數據、云計算等新一代信息技術與制造業融合的產物，它可以實現生產各環節、各要素的互聯互通，助力工業企業數字化轉型。

圖1 工業互聯網內涵

圖2 標識解析體系

工業互聯網的基礎是連接，連接的對象是人、設備、環境、虛擬資源等全部生產要素。這種連接是通過構建企業內網和電信運營商建設的高質量企業外網及標識解析體系實現的，然后通過整個產業鏈上下游的打通，在工業互聯網平臺側，實現全價值鏈的效率提升和模式創新。當然，在整個過程中，安全是保障。

工業互聯網貫穿于從需求側到供給側的各個環節，全面提升整個產業鏈的效率，在降本增效的同時，創造出很多新的商業模式，比如：服務方面，預測性維護；金融方面，基于工業大數據的信用評級；在生產環節，基于模式識別的生產過程管理，基于5G移動通信網絡的機器視覺和園區安防；等等。

工業互聯網網絡是實現全要素連接的基礎，通過內網改造，建設高質量的內網和外網，形成低延時、低抖動、高帶寬、高可靠及兼容性高的網絡設施，實現工業大數據在設計環節、研發環節、制造環節、運維環節的流動。工業互聯網平臺是全要素連接的樞紐，匯聚來自工業各個環節各個流程的數據，結合工業機理模型，通過工業數據建模分析，實現工業知識模型化、代碼化、軟件化，進而反過來賦能工業場景，提升生產效率、協同效率、降低生產成本，進而創造新的商業模式。工業互聯網安全是工業互聯網健康有序發展的重要保障，它包括工業網絡安全、工業數據安全、工業控制系統和設備等安全。

工業互聯網的發展催生很多新的模式、新的業態。智能化生產是通過對工業各個環節數據的打通及數據分析，優化生產流程，優化決策，提升各個環節及上下游生態企業之間的協同效率。網絡化協同即是通過整合全球全國的設計資源、生產資源、供應鏈資源等，形成協同設計、協同制造等新模式，從而降低研發成本、縮短上市周期。規模化定制即是通過收集用戶的真實的個性化的需求，通過調整設計研發、生產制造、物料供應等環節的協同機制，做到產品有所屬，做到產品低庫存，做到產品有特色個性化。服務化延伸即是通過實時監測工業設備的運行狀態，根據不同的工業應用場景，研發不同的算法，進而預測設備的故障可能發生時間點，為用戶準備備件留有充足的時間，為用戶節省了定期維護帶來的成本，幫助企業實現產品向服務的轉型[2]。

2 工業互聯網賦能危化行業

危險化學品行業整體的數字化、網絡化、智能化水平較低，作為典型的流程性行業，不同環節的智能化水平不同。目前危險化學品行業主要存在以下幾個方面的問題，一是企業對數字化轉型的認知不足，安全生產意識還有待進一步加強；二是企業運用數字化、智能化技術監測和預警安全生產的水平較差；三是企業員工的文化水平普遍較低，需要加強技能培訓和人才培養工作。

工業互聯網作為傳統企業數字化轉型的關鍵基礎設施，正在賦能千行百業，通過網絡連接各個生產要素，通過平臺來匯聚數據，通過安全來保障整個過程，成為企業數字化轉型的重要抓手。在危險化學品領域，安全是一切的底線，提升企業的本質安全生產水平已經成為國家和行業的共識。在工業安全生產領域，建設工業互聯網安全生產監管平臺，實現全過程、全要素、全產業鏈的連接和監管，提升跨部門、跨層級的安全生產聯動聯控能力[3]。《“工業互聯網+危化安全生產”試點建設方案》提出對生產、儲存、使用、經營、運輸等各環節進行全過程信息化管理和監控，實現危險化學品來源可循、去向可溯、狀態可控[4]。

2.1 運用工業互聯網標識解析體系促進危險化學品全生命周期管理

如果說工業互聯網無線網絡、有線網絡實現了生產要素的物理連接，那么標識解析就是生產要素互聯互通的神經樞紐，它的作用類似于互聯網領域的域名解析系統，通過生產要素與標識碼的映射，實現對生產要素的定位和信息查詢。目前我國工業互聯網標識解析體系由國際根節點、國家頂級節點、二級節點、企業節點、遞歸節點等要素組成。北京、上海、廣州、重慶、武漢五大國家頂級節點已經建成，與 Handle 國際根節點、OID國際體系等實現了對接[5]。

要想實現危險化學品安全生產的本質安全，產品的全生命周期管理是必不可少的，從原材料供應、生產工藝、運輸追蹤、倉儲監測、使用銷毀等各個生產環節及上下游各個供應鏈企業均接入國家標識解析體系，那么就可以做到產品質量的追溯，產品運輸過程中的實時監測，產品存儲過程中的使用監測，產品使用完畢后的銷毀監測，監測是第一步，預警是第二步，一旦發現異常情況，能夠做到向政府監管部門和責任企業及時預警，應急處置是第三步，發現問題能夠及時解決問題，發現違規操作能夠及時監督管理。所以，結合工業互聯網標識解析體系的特性，面向危險化學品行業建立標識解析二級節點，向上對接國家頂級節點，向下鏈接企業節點，實現對危險化學品全生命周期的管理勢在必行，如圖3所示。

圖3 危險化學品行業二級節點功能

2.2 運用虛擬現實技術等新一代信息技術實現危險化學品行業人才技能和安全意識提升

中華人民共和國應急管理部通報，2020年1至11月，全國共發生化工事故127起、死亡157人，通過對化工和危險化學品生產安全事故典型案例的分析，發現事故企業安全意識和法制意識淡薄，操作人員技能不足，對從業人員安全教育培訓不到位。

危險化學品是危險性極高的行業之一，生產中一旦發生火災、爆炸、毒氣泄漏等重大惡性事故，其損失將極為慘重。沉浸式虛擬仿真培訓通過三維建模建立3D虛擬的工廠環境與工業裝置，在環境內可沉浸式實現生產過程的流程模擬、操作培訓。

目前，企業培訓多采用灌輸式知識培訓+實驗室實操培訓，結合危化行業的行業特點，新入職員工無法通過傳統的培訓實實在在感受到一旦操作不規范或者操作失誤可能造成的嚴重危害。而虛擬現實沉浸式培訓能夠很好的模擬實際工作現場環境，模擬操作不當導致的結果，讓受訓員工感受更真切記憶更深刻，整體的培訓效果要遠遠優于傳統培訓。

另外，傳統培訓多采用線下或者線上視頻培訓，員工的技能實操記錄無法存儲，政府對行業的技能水平和安全意識無法掌握，無法針對性的進行培訓和引導。那么，面向危險化學品行業建立虛擬現實沉浸式培訓平臺，可以通過對培訓記錄的數據分析，提升整個行業的技能和安全教育水平。

3 結論

工業互聯網是傳統企業數字化轉型的重要基礎設施，危險化學品行業的安全直接關系著廣大人民群眾的生命財產安全。所以，充分運用工業互聯網全產業鏈連接，全價值鏈數據互通的特性，堅持工業互聯網與危險化學品生產一起規劃、一起部署、同步發展，構建基于工業互聯網的危險化學品行業生產、運輸、存儲、銷毀全生命周期的風險感知、監測、預警、處置及評估能力，對于提升危險化學品的數字化、網絡化、智能化水平方面具有至關重要的作用。本文從危險化學品全生命周期管理和沉浸式培訓入手，闡述了運用工業互聯網和新一代信息技術賦能危險化學品的方法，為危險化學品行業本質安全的構建和提升提供了新的思路。