智能制造背景下化工行業(yè)智慧互聯(lián)的發(fā)展模式

劉忠春(江西永通科技股份有限公司，江西 贛州 342800)

0 引言

在現(xiàn)代科技發(fā)展的浪潮中，新一代信息技術與工業(yè)過程深度融合，提高了工業(yè)過程的協(xié)同、優(yōu)化與控制能力，形成了以智能制造為核心的未來制造業(yè)發(fā)展新模式。2015年國務院印發(fā)《中國制造2025》行動綱要標志著我國智能制造強國戰(zhàn)略的正式開啟，近年來，國家又相繼提出了“工業(yè)互聯(lián)網+”等重大發(fā)展戰(zhàn)略，加速了我國產業(yè)變革步伐?；ば袠I(yè)屬于流程制造業(yè)，是信息技術運用最重要的領域之一，而且隨著我國“碳達峰、碳中和”遠景目標的提出，作為傳統(tǒng)高耗能行業(yè)的化工企業(yè)也將面臨日益嚴格的環(huán)保壓力，智能制造與綠色制造將成為發(fā)展必然。不同于傳統(tǒng)的離散型制造行業(yè)，化工行業(yè)需要在分子、過程、園區(qū)及產業(yè)鏈上互聯(lián)協(xié)同，進而形成了化工行業(yè)特殊的智慧互聯(lián)發(fā)展模式，助力化工行業(yè)實現(xiàn)智能制造與綠色發(fā)展。

1 化工行業(yè)發(fā)展中的挑戰(zhàn)

1.1 面向全產業(yè)鏈的集成

化工行業(yè)不僅是支撐我國經濟發(fā)展的重要原材料行業(yè)，還是資源密集型的高耗能、高污染行業(yè)，與能源、材料、環(huán)境等領域高度融合，產生了跨企業(yè)的全產業(yè)鏈集成需求。在全產業(yè)鏈集成模式中，化工企業(yè)的競爭優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在生產效率與規(guī)模上，其對上、中、下游產品的垂直整合能力也必須具有優(yōu)勢。因此，化工行業(yè)不僅需要研究和發(fā)展其生產上的內在規(guī)律，還需要研究和認識全產業(yè)鏈的時空結構及其傳遞與連通機理，這也是未來化工行業(yè)工程研究的重點。現(xiàn)在的化工行業(yè)正處于以智能化為代表的發(fā)展新階段，創(chuàng)新升級正成為化工行業(yè)發(fā)展新導向，而這種創(chuàng)新無疑需要進行跨領域合作，并以客戶需求為導向，深入推進全產業(yè)的集成。

1.2 更嚴格的健康與安全標準

不同于其他行業(yè)生產活動，化工行業(yè)生產過程中需要高溫、高壓等嚴苛生產工藝，以及化工原材料具有的揮發(fā)性、易燃易爆性、易致毒等特征，使得化工行業(yè)在生產過程中存在著較大的安全風險。為此，國家針對化工行業(yè)提出了更為嚴格的健康與安全標準，并通過法律的嚴格約束，促進化工企業(yè)在技術層面對工藝與設備進行升級改造。在智能制造背景下，化工行業(yè)還需要利用工業(yè)大數據和高性能計算技術以實現(xiàn)安全信息在化工全生命周期內的傳遞與共享，如在化學品生產階段，利用深度學習技術對化學品生產過程中可能安全風險進行預測，幫助員工使用更加安全穩(wěn)定操作方案。但是，安全不僅是技術上的升級改造，還需要制定出一套科學的安全管理模式，并定期組織員工進行安全知識學習與設備規(guī)范化操作培訓。此外，健康與安全還是一項能夠給企業(yè)帶來豐厚回報的戰(zhàn)略投資，這也必將開拓化工行業(yè)新的價值領域與產業(yè)布局。

1.3 綠色循環(huán)低碳的發(fā)展導向

通過碳減排應對氣候變化已經成為全球共識，在新發(fā)展階段，國家提出的“碳達峰、碳中和”目標將成為化工行業(yè)綠色、低碳、循環(huán)發(fā)展的內生動力?；ば袠I(yè)作為傳統(tǒng)的高碳排放行業(yè)，其行業(yè)的高速發(fā)展也一直飽受以污染生態(tài)環(huán)境為代價的質疑，現(xiàn)實中，化工行業(yè)不僅存在著能源消耗碳排放，同時也存在著工業(yè)過程碳排放，如：合成氣變換制氫、金屬冶煉、玻璃水泥生產過程中的二氧化碳逸散等。在碳中和的大背景下，綠色、循環(huán)、低碳的將成為化工行業(yè)未來轉型升級的主要方向，化工行業(yè)要實現(xiàn)綠色、循環(huán)、低碳發(fā)展，技術創(chuàng)新是關鍵，既要充分利用綜合能源服務提高能源利用效率，如：安裝冷-熱-電聯(lián)產裝置、利用太陽能和風能發(fā)電等，還要大力發(fā)展二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)技術，實現(xiàn)化學過程碳減排和提質增效。在碳中和政策的影響下，化工行業(yè)應摒棄傳統(tǒng)的高碳發(fā)展模式，以綠色、循環(huán)、低碳為新的發(fā)展目標，進一步推進行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 智能制造背景下的智慧互聯(lián)化工

由于化工行業(yè)具有生產過程性的特點，在生產過程中需要對原料、反應過程、工廠、化工園區(qū)及產業(yè)鏈等進行多尺度地協(xié)同耦合，以期實現(xiàn)物質、能量、信息、資金等在跨尺度領域的科學分配。因此，化工行業(yè)的智能制造與傳統(tǒng)制造業(yè)相比存在特殊性，不僅要利用新一代信息技術實現(xiàn)生產過程智能化，還要強調全生產過程及產業(yè)鏈的協(xié)同與業(yè)務流的優(yōu)化整合。化工行業(yè)智能制造是以市場需求與可持續(xù)發(fā)展為導向，以開放協(xié)同和智能化為特色，綠色循環(huán)低碳的化工行業(yè)新型制造模式，旨在推進化工行業(yè)實現(xiàn)轉型升級、提質增效、協(xié)同與綠色發(fā)展。在具有化工行業(yè)特色的智能制造背景下，智慧與互聯(lián)將始終貫穿于化工行業(yè)未來發(fā)展過程中，我們將化工行業(yè)智能制造新模式稱之為智慧互聯(lián)化工[1]。

智慧互聯(lián)化工首先是互聯(lián)的，通過將化工過程分為過程尺度、園區(qū)尺度與產業(yè)鏈尺度等，以實現(xiàn)化工行業(yè)面向多尺度互聯(lián)的供應鏈網整合。比如在過程尺度，針對產品需求的越來越細化，化工企業(yè)要表現(xiàn)出柔性化能力，及時調整生產組織與加工工藝，以適應日益細化的市場需求。其次，智慧互聯(lián)化工是綠色的，化工企業(yè)不僅可以通過自身技術升級與工藝優(yōu)化來減少污染物排放，還可以在園區(qū)尺度，通過構造化工園區(qū)循環(huán)產業(yè)鏈，進行合理的循環(huán)經濟布局，增強園區(qū)內化工企業(yè)關聯(lián)度，實現(xiàn)企業(yè)間的耦合共生與末端封閉，在提升效益的同時降低污染。而且，化工園區(qū)內還可以增加熱電聯(lián)產與太陽能、風能發(fā)電裝置，提高能源利用效率，進一步從能源處降低碳排放。最后，智能化是智慧互聯(lián)化工重要的技術特征，物聯(lián)網、大數據、人工智能和新一代通訊技術正在促進化工生產制造過程的升級改造，而同樣以此為基礎的智慧化工園區(qū)試點建設則是未來化工園區(qū)發(fā)展的主要方向。無疑，以大數據+算法+新一代通訊技術為關鍵要素的技術特征是實現(xiàn)智慧互聯(lián)化工的必要條件[2]。

3 智慧互聯(lián)化工的典型發(fā)展模式

3.1 面向供應鏈協(xié)同的柔性生產模式

不同于傳統(tǒng)的規(guī)?；a方式，智慧互聯(lián)化工需要在兼顧規(guī)?；耐瑫r對客戶個性化需求有著更強的敏捷性和柔性。這就要求生產系統(tǒng)能夠根據客戶需求的變化而迅速調整，以解決小批量、多品種生產模式中的效率問題。當前，建設化工園區(qū)以推進化工企業(yè)退市入園成為化工行業(yè)重要的發(fā)展模式，在園區(qū)尺度上構建完備健全的供應鏈網絡可以提升企業(yè)間的協(xié)同制造能力，通過企業(yè)間信息共享，快速響應客戶需求，提高產品柔性并縮短生產周期，更好地彌補單個化工企業(yè)柔性化水平不高的問題。中國化工新材料(嘉興)園區(qū)就是供應鏈協(xié)同柔性生產模式的典范，該園區(qū)以熱電聯(lián)產為核心和源頭，構建起能源-產品-廢棄物-再生資源利用的循環(huán)產業(yè)鏈，以園區(qū)為載體實現(xiàn)供應鏈網的協(xié)同制造與化工企業(yè)的柔性生產[3]。

3.2 綠色化的工業(yè)工程與制造模式

在新發(fā)展階段，國家提出的環(huán)境保護與“碳達峰、碳中和”目標將成為化工行業(yè)綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展的內生動力。為此，化工行業(yè)必須以綠色可持續(xù)發(fā)展為目標，積極響應國家環(huán)保政策號召，推行節(jié)能舉措，在工業(yè)工程與制造模式領域進行創(chuàng)新，并將循環(huán)經濟引入到現(xiàn)代化工行業(yè)發(fā)展中?；谘h(huán)經濟的化工生產過程屬于綠色化學范疇，以化工園區(qū)為載體，通過集成多化學反應過程，使一個反應排除的廢棄物盡可能作為另一個反應的原料，以實現(xiàn)反應過程“零排放”，降低廢棄物對環(huán)境的污染。另外，低碳化工將是未來化工行業(yè)發(fā)展的重中之重，通過對化工園區(qū)實施園區(qū)型綜合能源系統(tǒng)改造，優(yōu)化冷/熱/電負荷需求結構，進一步降低能耗，并將CCUS等深度脫碳技術應用到化工生產過程中，減少化工過程碳排放。

3.3 智能化設備管理模式

化工行業(yè)屬于設備密集型行業(yè)，設備智能化是智慧互聯(lián)化工的基礎。智慧互聯(lián)化工不僅需要實現(xiàn)生產設備的智能化升級改造，還需要構建基于工業(yè)互聯(lián)網的智能化設備管理模型與智能化設備指標評價體系。智能化設備管理模式是應用于化工全生命周期內的主要過程技術，即從產品研發(fā)階段開始到產品生產運行與更進一步的工藝改進，都可以利用智能化設備管理模式，以提升產品研發(fā)效率與生產過程中的本質安全。而且，利用智能化設備管理模型對設備的運營管理需求進行系統(tǒng)梳理，還可以對設備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并運用大數據分析技術對設備信息進行分析預警，以智能化設備指標評價體系為參考，分析異常警示與故障之間的關聯(lián)性，設計預防性的維護計劃，找出設備的最佳維護周期，防止重大安全事故發(fā)生，避免非計劃停產損失。

4 結語

綜上所述，在新一輪科技革命的大背景下，智能制造與綠色制造將成為化工行業(yè)發(fā)展的必然選擇。通過分析現(xiàn)如今化工行業(yè)發(fā)展中的挑戰(zhàn)，提出了以面向供應鏈協(xié)同的柔性生產、綠色化的工業(yè)工程與制造與智能化設備管理為代表的智慧互聯(lián)化工發(fā)展模式，以期推進化工行業(yè)實現(xiàn)智能制造與綠色發(fā)展。