煉化企業(yè)設備智能化建設探索與實踐

何旌旗 王華 呂斌 楊傳江

第一作者簡介：何旌旗（1985-），男，工程師。研究方向為智能工廠、設備管理。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.022

摘? 要：數(shù)字化轉型智能化建設是新信息技術迅速發(fā)展背景下企業(yè)創(chuàng)新變革、提質(zhì)增效、提升競爭力的必然選擇，是企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手。煉化企業(yè)具有支撐國家經(jīng)濟發(fā)展的重要意義，應抓住機遇面對挑戰(zhàn)，加速信息化建設，強化技術和管理創(chuàng)新，助力企業(yè)產(chǎn)業(yè)結構升級。設備作為煉化企業(yè)生產(chǎn)的關鍵要素，是數(shù)字化轉型智能化重點建設內(nèi)容之一，如何開展設備數(shù)字化智能化建設成為企業(yè)重點研究的問題。該文在國家“十四五”信息化和工業(yè)化深度融合發(fā)展的背景下，并結合新一代信息技術的應用，對煉化企業(yè)設備智能化建設的意義進行探討，并提出設備智能化建設架構和基本思路，希望對煉化企業(yè)設備智能化建設提供參考。

關鍵詞：智能工廠；數(shù)字化轉型；設備智能化建設；設備管理；煉化企業(yè)

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）12-0100-04

Abstract： Digital transformation and intelligent construction is the inevitable choice for enterprises to innovate， improve quality， improve efficiency and enhance competitiveness under the new information， and it is also an important starting point for the high-quality development of enterprises. Refining and chemical enterprises are of great significance to support national economic development. They should seize the opportunity to face challenges， speed up information construction， strengthen technological and management innovation， and help enterprises upgrade their industrial structure. Equipment， as a key element of production in refining and chemical enterprises， is one of the key construction contents of digital transformation and intelligentization. How to carry out the construction of digital and intelligent equipment has become a key research issue for enterprises. In the context of the deep integration of informatization and industrialization in the "14th Five-Year Plan"， and based on the application of new generation information technology， this paper discusses the significance of intelligent equipment construction in refining and chemical enterprises. and put forward the construction framework and basic ideas of intelligent equipment， hoping to provide reference for the intelligent construction of equipment in refining and chemical enterprises.

Keywords： intelligent factory; digital transformation; intelligent equipment construction; equipment management; refining and chemical enterprises

隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)升級，企業(yè)面臨的競爭環(huán)境日益激烈。為了能在市場中取得優(yōu)勢，許多企業(yè)開始探索智能工廠的建設。在企業(yè)智能工廠的設計中，智能化控制、生產(chǎn)、供應鏈、經(jīng)營等環(huán)節(jié)基于統(tǒng)一平臺的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，實現(xiàn)業(yè)務高效協(xié)同，助力企業(yè)向安全、綠色、節(jié)能、高效、柔性的方向全面提升智能制造能力[1]。設備作為基礎性生產(chǎn)元素和信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源[2]，其智能化水平直接影響企業(yè)的經(jīng)營效益。因此，設備智能化建設是企業(yè)數(shù)字化轉型智能化建設的重要一環(huán)。據(jù)此，本文著眼煉化企業(yè)數(shù)字化轉型智能化建設現(xiàn)狀和發(fā)展方向，結合物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等新一代信息技術，提出了針對煉化企業(yè)設備智能化建設的整體思路和方案，幫助煉化企業(yè)拓展思路，明確設備數(shù)字化轉型智能化建設方向，為企業(yè)推進設備智能化建設提供參考。

1? 煉化企業(yè)設備智能化建設的必要性

煉化企業(yè)是工藝裝置密集、長下游依賴性強的高危險性生產(chǎn)企業(yè)，設備的長周期穩(wěn)定運行直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效益，通過設備智能化建設可以實現(xiàn)煉化企業(yè)應用系統(tǒng)的高度集成、數(shù)據(jù)的有效治理、設備狀態(tài)的監(jiān)控與預警、設備故障的分析與診斷、設備策略優(yōu)化分析與控制、業(yè)務的貫通與協(xié)同、數(shù)據(jù)分析與輔助決策等方面的智能化應用。從而促進企業(yè)設備管理變革，提升設備管理效益；有效推進數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和信息交互；挖掘數(shù)據(jù)價值、輔助管理決策；推動人才強企建設，培育企業(yè)智能化發(fā)展文化。

2? 煉化企業(yè)設備智能化建設現(xiàn)狀分析

中石油、中石化屬于國內(nèi)大型石油化工企業(yè)，2家企業(yè)在設備方面經(jīng)過多年持續(xù)的信息化建設，開發(fā)部署了如設備管理系統(tǒng)、機組監(jiān)測系統(tǒng)、腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)、智能儀表系統(tǒng)及ERP等設備應用系統(tǒng)，極大地支撐了設備業(yè)務的開展。但隨著信息化技術的發(fā)展，企業(yè)數(shù)字化轉型智能化建設的不斷推進，設備業(yè)務發(fā)展對信息化建設提出了更加苛刻的要求，已建的設備相關應用系統(tǒng)已不能滿足新形勢下設備業(yè)務數(shù)字化、智能化發(fā)展的要求，具體問題表現(xiàn)在：①設備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集率較低，不能為設備運行智能分析提供可靠數(shù)據(jù)；②存在嚴重的數(shù)據(jù)孤島和信息煙囪，數(shù)據(jù)價值未能充分挖掘，設備業(yè)務未能自動貫通；③數(shù)據(jù)標準不一致，系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成與治理困難；④部分應用系統(tǒng)技術落后、統(tǒng)兼容性差，不能滿足設備業(yè)務發(fā)展的新需求；⑤設備類應用系統(tǒng)建設分散，未能形成統(tǒng)一的設備綜合業(yè)務管理平臺，制約設備業(yè)務創(chuàng)新和發(fā)展。

3? 煉化企業(yè)設備智能化建設內(nèi)容分析

3.1? 設備智能化建設整體架構設計

基于物聯(lián)網(wǎng)、通信、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)和人工智能等智能化技術，以“管理+IT”平臺化智能應用為核心，構建涵蓋新一代信息基礎設施、數(shù)據(jù)采集與治理、業(yè)務融合一體化、業(yè)務智能化及人才培養(yǎng)等方面的設備智能化建設架構。其主要架構體現(xiàn)在：①設備感知與控制。通過各種傳感器、執(zhí)行器等智能設備的配置與優(yōu)化，同時通過先進的技術手段實現(xiàn)設備的自動化、遠程化和智能化控制。②數(shù)據(jù)采集與處理。煉化企業(yè)的設備智能化建設需要廣泛采集設備數(shù)據(jù)，并運用先進的數(shù)據(jù)處理和分析技術，挖掘數(shù)據(jù)中蘊含的價值，為設備智能化分析預測和應用提供可靠數(shù)據(jù)。③業(yè)務應用。將煉化企業(yè)的實際業(yè)務需求轉化為數(shù)字化應用，并通過對數(shù)據(jù)的分析處理，實現(xiàn)設備的故障預測、性能優(yōu)化等智能化應用，同時將各類業(yè)務數(shù)據(jù)進行整合，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集成平臺，滿足不同業(yè)務部門對數(shù)據(jù)的需求。③信息集成與共享。將不同系統(tǒng)之間的信息集成和共享，打破不同部門間的業(yè)務障礙，實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互和信息共享，提高整體的信息利用率和工作效率。④智能決策支持。以集成化數(shù)據(jù)為基礎，通過算法和模型的應用，為決策者提供數(shù)據(jù)支持和決策參考，并通過可視化技術等手段實現(xiàn)重要信息的可視化管理，幫助決策者快速做出科學決策。

依此，煉化企業(yè)設備智能化建設架構設計應以感知與控制為基礎，數(shù)據(jù)采集與處理為支撐，業(yè)務應用為核心，信息集成與共享為紐帶，智能決策支持為目標的整體設計思路。在此基礎上，還需關注標準化、安全性、可擴展性等方面的要求，以滿足煉化企業(yè)設備智能化建設的長期發(fā)展需求。

面對大型企業(yè)設備智能化建設，如中石油、中石化等，應做好統(tǒng)一規(guī)劃和頂層設計，充分考慮數(shù)據(jù)集成與業(yè)務貫通，加強各層面應用系統(tǒng)的集成與交互。建立設備數(shù)據(jù)標準體系，規(guī)范數(shù)據(jù)標準和使用規(guī)范。最終實現(xiàn)煉化企業(yè)設備運行狀態(tài)全面感知、數(shù)據(jù)自動采集與傳輸、運行趨勢分析與故障診斷、業(yè)務高效協(xié)同應用的智能化建設。

3.2? 設備智能化基礎設施建設分析

煉化企業(yè)的設備開始融入了各種自動化技術和智能化技術，其自動化水平持續(xù)提高。但也給設備管理帶來了一定的影響，需要不斷更新設備信息化管理系統(tǒng)的硬件配置以及軟件系統(tǒng)[3]，硬件的配置與更新體現(xiàn)在基礎設施建設的范圍內(nèi)。傳統(tǒng)煉化企業(yè)已建的信息化基礎設施服務能力落后，不能滿足業(yè)務發(fā)展的需求，需要對原有信息化基礎設施服務能力進行研判，規(guī)劃需要優(yōu)化完善的建設內(nèi)容，然后逐步實施建設。本文筆者結合智能工廠建設先進實踐，探索煉化企業(yè)基礎設施重點建設內(nèi)容。①新一代基礎網(wǎng)絡建設。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)及人工智能等技術在設備智能感知、設備監(jiān)測預警、設備故障診斷等方面的深化應用。傳統(tǒng)煉化企業(yè)應對已有生產(chǎn)網(wǎng)、信息網(wǎng)及視頻專網(wǎng)進行整體優(yōu)化升級，升級核心層、匯聚層與接入層網(wǎng)絡設備互聯(lián)鏈路帶寬，做好三網(wǎng)融合；升級優(yōu)化網(wǎng)絡配置硬件設備，提升基礎設施服務能力。②視頻網(wǎng)絡建設。傳統(tǒng)企業(yè)模擬視頻攝像頭數(shù)量占比較多，對比先進技術的高清數(shù)字視頻設備的性能，模擬視頻攝像頭采集的視頻畫面清晰度不高、質(zhì)量較差，不能滿足未來人工智能在安全、設備、生產(chǎn)方面的深化應用，制約企業(yè)智能化建設。因此，企業(yè)必須對現(xiàn)有模擬視頻硬件進行高清數(shù)字化的升級、優(yōu)化改造，以便支撐智能AI在設備檢修過程中對作業(yè)規(guī)范的智能識別等智能化應用。③5G網(wǎng)絡建設。隨著萬物互聯(lián)對數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)囊螅约皹I(yè)務數(shù)字化的推進，企業(yè)應建設覆蓋全公司安全可靠的5G專網(wǎng)，為設備狀態(tài)監(jiān)測、設備遠程操作和維護、設備智能化分析等提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰ΑＲ源耍ＷC數(shù)據(jù)更快傳輸、數(shù)據(jù)交換更加頻繁和高效，使設備能夠更好地融入到智能化的生產(chǎn)系統(tǒng)中，提高生產(chǎn)效率。④IPv6建設。基于“萬物互聯(lián)、人機協(xié)同”的建設推進，設備需要更多的身份地址組網(wǎng)，并與云端連接實現(xiàn)人機交互。而企業(yè)IPv4所提供的棧道已經(jīng)不能滿足未來海量設備的入網(wǎng)上云、遠程控制的要求。因此，企業(yè)應將IPv6納入新的數(shù)字化基礎設施建設內(nèi)，實現(xiàn)巨量設備的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，大大提高設備的安全性能。⑤工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)可以連接煉化生產(chǎn)、管理的各個環(huán)節(jié)，甚至可以實現(xiàn)生產(chǎn)與操作的控制，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)距離煉化企業(yè)越來越近[4]。傳統(tǒng)企業(yè)設備應用系統(tǒng)的部署采用物理部署的方式，面對大量系統(tǒng)的部署和應用，資源利用率低、統(tǒng)一運維較為困難，不滿足未來設備智能化應用系統(tǒng)微服務技術路線的要求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺以基礎設施作為內(nèi)容建設，可以將其定位為一種新型的網(wǎng)絡媒體形態(tài)，改變原有資源管理和數(shù)據(jù)管理模式，是煉化企業(yè)智能化建設重點建設內(nèi)容。因此，企業(yè)在5G網(wǎng)絡、云技術等先進技術的加持下，構建企業(yè)級工業(yè)云平臺，為企業(yè)數(shù)字化智能化建設提供統(tǒng)一的基礎資源和資源管理、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)一的應用服務等，支撐設備智能化場景的應用。廣東石化公司是中石油第一個建立了云平臺的企業(yè)，強大的企業(yè)級數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理、存儲級計算；企業(yè)全部系統(tǒng)實現(xiàn)服務上云，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和交互性能，實現(xiàn)了業(yè)務的集成化和數(shù)據(jù)融合。所有應用系統(tǒng)采用容器化部署，大大節(jié)約部署資源的浪費，提高了統(tǒng)一運維的效率。

3.3? 設備數(shù)據(jù)采集與集成建設分析

為了更好地沉淀企業(yè)級數(shù)據(jù)資產(chǎn)，對現(xiàn)有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行完善采集、提高數(shù)據(jù)的完整性、可靠性和數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時增強數(shù)據(jù)的透視和可視化分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值的體現(xiàn)，真正做到數(shù)據(jù)驅動業(yè)務，助力企業(yè)設備智能化發(fā)展。在設備數(shù)據(jù)建設方面，首先，煉化企業(yè)應充分分析業(yè)務需求，建立完整的設備智能化數(shù)據(jù)體系。傳統(tǒng)煉化企業(yè)，如呼和浩特石化、錦西石化等公司，在“十四五”數(shù)字化轉型智能化發(fā)展規(guī)劃報告中，將數(shù)據(jù)建設作為重點規(guī)劃內(nèi)容，如定義數(shù)據(jù)、制定標準、規(guī)范數(shù)據(jù)與集成方式等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全面融合。中石油廣東石化屬于新建煉廠，在數(shù)據(jù)建設方面遵循智能工廠頂層設計的要求，統(tǒng)一對數(shù)據(jù)建設整體進行規(guī)劃，部署了企業(yè)綜合數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對全廠數(shù)據(jù)的全面集成、統(tǒng)一管理和分發(fā)應用，建設效果明顯。其次，強化設備監(jiān)測等數(shù)據(jù)的采集，包括設備運行時間、振動、溫度、腐蝕和電力等實時數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)的采集依托于現(xiàn)場的儀表、各類傳感器和攝像機等，企業(yè)應該對底層的智能化儀表等進行升級或擴建。新建煉廠在基礎設計階段對數(shù)據(jù)采集進行整體設計，統(tǒng)一建設。傳統(tǒng)煉廠在設備智能化建設統(tǒng)一規(guī)劃下，可對關鍵儀表、調(diào)節(jié)閥等進行“分步式”智能化改造，對過程儀表測量數(shù)據(jù)及儀表運行數(shù)據(jù)進行全面采集；可通過安裝智能傳感器，通過低功耗局域網(wǎng)協(xié)議組網(wǎng)實時采集設備狀態(tài)參數(shù)，監(jiān)控設備運行情況。

3.4? 設備智能運營管理平臺建設

大數(shù)據(jù)、云計算及人工智能等技術給設備智能化應用提供了強有力的技術動力，提高設備數(shù)字化管理和業(yè)務智能化應用水平。煉化企業(yè)應以設備全業(yè)務智能應用為場景，全面地組織和規(guī)范設備信息化管理的各項工作，建立或整合出一套內(nèi)容全面、真正符合煉化企業(yè)設備管理特點的、最大限度涵蓋從股份公司到地區(qū)公司再到基層生產(chǎn)車間、各級設備管理人員日常全部工作的、對應各層級設備管理人員職能的、統(tǒng)一的設備智能運營管理平臺。這個平臺既要包括設備基礎管理、運行和檢測維修管理的主要功能，又能夠整合各專業(yè)管理系統(tǒng)和實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實現(xiàn)管理層對設備全面的在線實時監(jiān)控，切實提高設備管理水平；既要滿足目前設備管理的需要，又要體現(xiàn)一種先進的管理理念，將基于風險的管理、關鍵績效指標管理、全壽命周期管理、預知維修等內(nèi)容融入平臺，通過管好、用好設備，為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。通過移動應用技術，突破業(yè)務空間限制、提高業(yè)務效率、改變業(yè)務操作模式，實現(xiàn)設備運行監(jiān)測、風險預警等綜合應用。

3.5? 設備智能化應用建設分析

設備智能化應用主要通過引入先進的傳感器、網(wǎng)絡通信、自動化和人工智能等手段，使設備具備感知、分析、推理、決策和控制的能力，從而實現(xiàn)設備的自主運行、優(yōu)化控制和智能管理，支撐設備業(yè)務的開展。因此，煉化企業(yè)設備智能化應用應重點開展如下幾方面的探索：①應積極探索設備狀態(tài)在線監(jiān)測預警與故障自診斷的智能化應用。利用大數(shù)據(jù)技術可以對工廠設施設備運行實現(xiàn)實時的狀態(tài)監(jiān)測，能夠對特定信息進行檢測、記錄、處理，對設備出現(xiàn)的故障能夠進行基本的診斷[5]。設備狀態(tài)監(jiān)測預警與自診斷包含了動設備、靜設備、電氣設施、儀表及控制回路，水質(zhì)分析、加熱爐效率等。②開展三維數(shù)字化工廠的深化應用。在三維虛擬現(xiàn)實里實現(xiàn)設備漫游、設備運維管理、備品備件管理、預知維修的可視化管理、資產(chǎn)實物管理、腐蝕管理、密封管理等，為公司設備管理提供三維可視化空間數(shù)據(jù)、資產(chǎn)統(tǒng)計、規(guī)劃以及仿真模擬服務。實現(xiàn)設備操作規(guī)程培訓、設備拆裝培訓，提高工廠的培訓水平。③積極探索人工智能在設備管理中的應用。基于攝像機、人工智能產(chǎn)品及智能AI分析技術，開發(fā)和適配各類模型算法，解決檢測維修作業(yè)過程中人員違章操作、著裝問題、非作業(yè)人員進入?yún)^(qū)域等監(jiān)管失效問題。對廠區(qū)設備的跑冒泄漏識別和預警，提高設備安全性。利用內(nèi)置高清攝像機，結合5G網(wǎng)絡，重點區(qū)域配置無人機，采集影像圖片，對長距離管線、罐區(qū)以及作業(yè)現(xiàn)場等重點關注的區(qū)域進行巡檢，提高安全管控水平。④開展全業(yè)智能化統(tǒng)計分析工作。以集團公司管理制度和設備關鍵績效指標，基于集成的海量數(shù)據(jù)，通過業(yè)務統(tǒng)計智能化分析模型和設備關鍵指標算法等，實現(xiàn)管理決策智能化分析與統(tǒng)計，驅動業(yè)務管理變革，提高工作效率。

3.6? 設備智能化人才建設分析

總結中石油、中石化設備智能化建設實踐，煉化企業(yè)設備智能化人才建設應以“業(yè)務+IT技術”優(yōu)化融合為核心，采用多機制培養(yǎng)方式，培養(yǎng)新一代信息建設者，不斷推動業(yè)務和IT技術的融合，才能不斷提高企業(yè)的創(chuàng)新能力和競爭力，適應智能化發(fā)展的需要和趨勢。因此，企業(yè)在人才培養(yǎng)方面應重點探索如下幾方面的建設。①企業(yè)對員工進行設備智能化建設的文化培養(yǎng)，轉變其意識形態(tài)，讓其快速接受設備智能應用，不要讓員工認為設備智能化建設是虛設，只會增加員工的負擔。②企業(yè)可以建立跨部門合作機制，將設備部門和IT部門人員進行臨時性整合，完成暫時的軟知識集成，這種臨時性整合有利于對項目的理解和推進，也可以通過業(yè)務專業(yè)知識來指導和推動IT技術的發(fā)展和應用，更重要的是通過項目對IT技術人員和業(yè)務技術人員進行技術的有效融合，使業(yè)務人員懂IT技術、使IT人員懂業(yè)務，最終培養(yǎng)企業(yè)復合型性人才。③企業(yè)還應重視人員知識結構和技能要求的提升。智能化技術和管理理念的發(fā)展，激發(fā)了員工對新知識的探索，但是如何去獲取知識成為關鍵，企業(yè)應對象化地定期向員工提供相應的知識培訓，包括設備結構和業(yè)務管理、設備智能化系統(tǒng)設計及應用、新的IT技術的培訓。④通過移動應用技術建立移動式線上培訓模式，如微信學習小程序、移動APP培訓等等，讓員工隨時隨地、不斷學習和掌握新的技術和知識，不斷適應智能化發(fā)展的需要和趨勢。

4? 結束語

在設備智能化建設中，新建煉化企業(yè)和傳統(tǒng)煉化企業(yè)所面臨的問題大不相同，傳統(tǒng)煉廠遇到的問題尤為突出，但不管是新建煉化還是傳統(tǒng)煉化企業(yè)，都應明確設備管理變革的方向和智能化建設內(nèi)容，做到統(tǒng)一規(guī)劃與設計。企業(yè)應重點加強新一代信息基礎的建設，為設備智能化發(fā)展提供資源保障；應強化數(shù)據(jù)采集力度，減少數(shù)據(jù)人為干預。構建數(shù)據(jù)共享服務架構，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動流轉，提高工作效率。積極探索智能化技術的應用，不斷提高設備管理智能化決策能力和分析能力。強化設備信息化管理意識培養(yǎng)，建立設備智能化建設人才培養(yǎng)機制。綜上所述，煉化企業(yè)在設備智能化建設中應全面考慮，秉持“統(tǒng)一規(guī)劃、基礎先行、數(shù)據(jù)支撐、業(yè)務整合”的原則，才能有效地推進設備智能化建設，為企業(yè)設備管理高質(zhì)量發(fā)展提供動力。

參考文獻：

[1] 韓笑，劉毅，張曉明，等.設備智能化管理系統(tǒng)在化工行業(yè)智能工廠建設中的應用[J].化工管理，2022（31）：114-116.

[2] 沈清泓，蘇宏業(yè)，朱理，等.制造設備關鍵性能指標的基準設定[J].化工學報，2012（9）：2958-2964.

[3] 許晶一.中國石油煉化企業(yè)設備信息化管理現(xiàn)狀研究[J].價值工程，2021（28）：158-160.

[4] 李農(nóng)，李金華，李海峰.5G時代煉化企業(yè)智能化發(fā)展路徑探索[J].中國設備工程，2021（7）：30-32.

[5] 陳軒.中國石油煉化企業(yè)設備管理信息化研究[D].北京：中國石油大學（北京），2008.