工业互联网赋能石化产业数字化转型

　　石油化工行业是国民经济的支柱性行业，近年来我国通过智能制造试点示范方式，石化行业的智能化信息化建设成效显著，生产运营效率提升，生产运行成本下降，评选出一大批国家级智能制造的示范企业。但从行业整体发展情况看，数据采集与集成能力弱、信息孤岛严重、数据资源利用效率低是当前阻碍行业智能制造发展的主要问题。作为中国传统产业的石化行业，正面临着能源革命和国家安全环境监管制度加快实施的崭新局面，要逐步完成行业转型提升和企业价值增长，就需要合理运用大数据信息技术、开拓创新和提升核心能力。为促进企业建设数字化、智能化，利用工业互联网赋能石化行业数字化转型。

　　石化产业数字化发展

　　（1） 石化行业数字化发展现状

　　“十三五”期间，石化行业开启了数字化和智能化建设浪潮，把最新的工业人工智能、VR/AR技术、产业大数据分析等科技渗透到了石化核心制造行业，并通过产学研结合的方法，开展智能油田、智能工厂、智能营销体系的示范建设[1-2]。目前油田公司对建设智能油田侧重服务与赋能，加强整合资源，促进数据融通；炼化公司建立智能工厂注重业务赋能和运营优化，对制造场景进行业务流程重塑；营销公司建立智慧销售注重经营优化和盈利模式重塑，运用电子商务平台开展市场营销。随着石化产业向敏捷、安全、洁净能源转变，公司必须增强数字化意识，形成差异化、低成本、集成化能力和技术支撑，而领域的深入开拓是发展的关键。工业互联网系统是实现石化领域工业自动化的神经中枢系统，对工业经营的信息汇集、模型研究、应用优化、信息调度等进行支持，工业互联网平台成为赋能石化产业数字化改造的关键抓手。

　　（2） 数字化发展急需解决的问题

　　石化产业目前规模以上企业2万多家，但智能制造业发展水平也参差不齐，部分行业的龙头企业在数字化、智能化应用水平处于先进行列，大量中小规模企业还处于起步建设阶段。行业数字化智能化发展面临的主要问题表现在：一是数字化基础薄弱；二是产业配套能力不足；第三，行业基础工作相对滞后；四是对智能制造的理解需要提高；五是复合型人才匮乏。

　　（3） 数字化发展趋势

　　“十四五”时期，是对中国石化产业智能制造升级的重点攻坚时期。促进和推动石化领域企业智能制造工作的内外部条件都将出现全新变化，对企业的智能制造工作也提出了全新要求。从历史发展和阶段演进规律看，石化行业数字化、智能化在“十四五”期间将有以下六个方面的趋势。一是市场化进入深度调整期；二是国际化进入重构期；三是工业化进入分化期；四是生态化建设进入关键期；五是进入新一轮信息技术突破期；六是数字化新技术与行业生产进入融合期。

　　工业互联网在石化行业创新应用

　　工业互联网既是石油化工数字化发展的新基建和现代企业发展的新模式，又是保持领先的技术创新领域和提高产品国产化水平的重要创新平台，通过高标准、高水平的建设各层次的工业互联网平台系统，将对大大增强中国石油、化学工业创新与水平、赋予工业经济发展新动力、助力中国石油化工强国战略的实施，有着重大而现实的作用。

　　（1）石化行业对工业互联网的应用分析

　　1）政策导向。国家先后发布了《中国制造2025》《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》等政策措施，大力推进制造业强国战略。工业网络是新工业革命的主要基础建设，以数字化、网络化、智能化为主要特点。发展工业互联网，推动网络应用从虚拟到实体。企业网络技术利用工业信息的全面感知、动态传递和信息分析，进行科学管理决定和智能管理工作，透过建立连接设备、材料、人和信息系统的基本网络系统，提升生产资源配置质量。

　　2） 业务需求。石化行业为资金密集型行业，但同时存在着设备管理不透明、工艺知识传播困难、产业链上下游合作水平低下、安全生产压力过大等问题痛点，同时具有设备价格高昂、工艺技术复杂、产业链过长、投资风险大、环保压力大等显著特征。石化公司通过二十多年的信息化与自动化发展，现已在公司经营、产品优化和流程管理等领域形成了很好的现代数字化平台。在世界原油市场与石化工业领域国际竞争激烈的形势下，企业从数字化改造向高端化、绿色化和智能化的推进，已形成必然趋势。尤其是在油田、管网、炼化、石油、销售等各个领域，怎样提高各种行业的自动化程度，促进各种行业之间的协调联动发展，已形成石油与化工公司所追求的主要目标[3]。

　　目前，以现代工业网络为基础的创新应用正在成为产业高质量发展的关键选择，参考工业互联网体系架构

　　2.0。在产业、企业和商业、应用、能力等层面行业工业互联网应用具有显著需求。

　　3） 数字化转型。推进企业数字化改造，根据国家计划，进行顶层设计，实施“并行式推进、一体化发展”的路径，全面推进中国石化智慧企业发展，以工业互联网应用为突破口[4]。开展数字化工程设计，完成企业产品设计过程数字化管理、工程施工阶段数字化管理、产品经营过程全生命周期数字化管控；开展企业组织自动化管理，在该领域供应链协同方面与公司的供应链优化协同；促进产品自动化，实现纵向集成公司的控制；加速推进设计软件国产化步伐，完成石化工业的控制系统全面自主化，工程设计开发过程的自主化；实施全自动化的企业知识控制与运营管理，建立了管控一体化的跨专业垂直整合管理系统。

　　（2） 石化行业工业互联网应用实践

　　经过近几年的发展，工业互联网在石油和化工行业的应用不断产生新的模式和应用。工业互联网在石化行业的应用主要集中在安全生产场景、设备健康场景、生产优化场景、供应链协同场景等方面。以下分析几个重点业务域的应用实践和成效。

　　1） 设备管理。将设备的历史故障情况和修复历史数据、设备现场工作历史数据，以及与故障诊断知识库基础相连接后，运用机器学习和知识图谱信息技术，完成了对设备故障状态的检查、诊断与定位。昆仑数智产业通过互联网平台，为中石油海外油田设施实现全球油田的远程技术支持，做到了50%以上的故障无需工程服务商前来处理，通过技术人员进行检测、工程师维修培训的方式解决问题[5]。

　　2） 工艺优化。炼化公司在投产时，对油田天然气资源结构、流程、炼化装置等进行了数字孪生建模研究，对工艺配方、工艺流程参数等进行了全方位的仿真建模研究，对原料比例系数、装置设计路径等进行了调整，进而确定了最佳的炼化技术方法。中国石油云南石化公司对已投产原油的炼化流程进行了仿真研究，确定了各种技术参数，并以此进行了投产作业，成功实现了常减压装置、制氢联合装置等核心装置开车一次成功。九江石化从2014年开始，利用全过程的协同管理优势，从催化汽油切割温度、提升品种构成、优化生产汽油和航煤品种等领域累积优化措施四百余项，累计增效资金5亿多。

　　3）供应链协同。指公司内部以企业互联网系统为基础，集成上下游企业，形成了物流、信息流、资金流相互协调的产供销各方联合经营系统。对企业的运营状况进行了信息收集与分析，对公司低效资源配置过程加以分析，并提供了改进措施，提升了公司的资源配置效益。而中石化镇海炼化公司通过从原料供应、资源配置、设备运营、生产管理、营销物流等的全方位模拟，对企业战略协同的关键点、优势潜力点等进行了分析，共累积测算各种战略优势措施637条，累积获得了利润3.9亿。

　　企业间供应链协同效应显现。以工业互联网平台为基础的供应链协同管理不断向产业链上下游拓展，促进数据共享、信息互通、业务协同，跨企业、跨地区、跨产业链，实现动态优化配置社会化资源。新冠肺炎疫情时期，镇海炼化公司以中国石化工业互联网平台为基础，实现了产品动态优化调配，增强了疫情期间所需的原料供给能力，同时通过与口罩、防护服制造企业进行互动，协调排产，完成了安全卫生用品资源配置动态优化，产业链协调效益得以显著提高[6]。

　　4）安全生产。利用先进工业互联网技术进行智能安全监测，并运用先进工业无线、4G、NB-IOT等工业互联网技术手段，全方位了解并汇聚石化产业的安全及相关资讯。对非正常状况和安全风险可进行报警，同时利用统计分析数据与现场部门和消防机构的联络协作，对产生的安全隐患进行迅速处理，确保石化工作稳定、持续开展。例如，中石化构建起贯通指挥部、公司、事故现场的三个统一应急网络平台，对关键环境污染点进行100%的监测，进行关键领域的模拟分析，对救援预演等进行了支撑。依托工业互联网系统，中石化茂名石化汇集企业内部安全信息，整合安全应急系统，实现了企业非正常情况和安全危险的信息预警，对1 800多处异常情况实施快速识别和排查，减少了多起突发事件的出现。

　　5）健康安全管理。健康安全环境管理（Health、Safety、Environment，HSE）是石化行业作为危化企业必不可少的一项重要工作。上海华谊集团基于工业互联网平台在SaaS层形成应用HSE APP集综合事件管理，风险评估管理，劳动防护，化学品安全管理，职业健康，工作许可，承包商管理等功能于一体。将多种业务流程整合在HSE APP中，实现信息化的HSE管理固化，减少人为因素的波动。此外，HSE APP可以生成安全标准化要求的台帐、报表，帮助企业达标复检，推动安全标准化落地。有效降低安全事故。

　　6）智能建模仿真。以石化行业典型的工艺流程为基础，运用能量平衡原理、反应动力学原理等进行机制模型的建立，将化工装置实际运行数据进行整合，结合智能优化算法，对装置机理模型的核心参数进行实时校正，提高模型的准确性，并以此作为预报模型；最终基于全流程机制模型，运用新一代人工智能技术，探索出以数据和知识为驱动，智能优化生产全流程的模型应用研发，为先进的控制和优化化工生产过程提供模拟平台打下基础[7]。通过打造化工行业产业互联网平台，建立智能模型开展生产优化，上海华谊集团能耗降低3%至5%，装置处理量提高1%至3%，安全事故降低10%，集团整体运营效率提高10%以上。

　　7）产业链价值链一体化。通过工业互联网平台打通了产业链价值链的一体化，提高企业一体化协同效益。中国石化的化工板块，将动态监测企业、产品链和装置盈利情况，掌握市场预测变化趋势，并适时采取措施以适应需求转变，积极增产高附加值品种，2017年优化停车生产装置39套，增产35万t乙烯，增效6.6亿。

　　石化行业数字化转型展望

　　新一代信息技术，如工业互联网、工业大数据、智能制造等，都是和产业开放合作、深度融合的，促进石化行业优质发展。数字化、智能化的潜力将得到充分利用。为石化企业的安全运行、优化生产、提高工厂效率等方面持续带来价值[8]。

　　工业互联网已经成为石化企业实现数字化转型，提升发展质量的重要推动力。石化企业还必须充分考虑当前行业发展中遇到的新情况和新问题（如碳达峰、碳中和），将计算机、新一代人工智能、物联网、数字孪生等崭新技术，以工业互联网应用为抓手。利用技术创新引领产业转型升级，通过工业互联网赋能，促进数字经济与实体经济的融合发展。统筹协调企业内外部资源，加快产业升级。未来在需求引领下，推动着数字化技术迭代升级，加速全要素数字化，通过数据治理提升数据质量，贯通工业生产数据链条，挖掘数据资产价值，激发数字生产力，加快石化产业的平台经济、共享经济、无人经济等新模式和新业态发展。

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