智能化建設(shè)助力煉化企業(yè)生產(chǎn)管理技術(shù)的提升

李農(nóng) 李海峰 李金華 李國(guó)旗(山東勝星倉(cāng)儲(chǔ)有限公司，山東 東營(yíng) 257335)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，智能制造技術(shù)在煉化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中得到了廣泛應(yīng)用，比如通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、信息化技術(shù)、視景仿真技術(shù)等手段構(gòu)建了煉化企業(yè)的三維視景仿真系統(tǒng)，生產(chǎn)流程可以即時(shí)監(jiān)控。另外，所構(gòu)建的可視化環(huán)境可以滿足煉化企業(yè)多用途、多層次需求，比如重點(diǎn)部位監(jiān)控、工程輔助分析及員工培訓(xùn)。目前煉化企業(yè)的智能化制造水平還有較大的提升空間，進(jìn)一步推動(dòng)煉化企業(yè)的智能化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)煉化企業(yè)智能制造尤為重要。

1 煉化企業(yè)信息化智能化發(fā)展現(xiàn)狀

取得的成效主要體現(xiàn)在以下4方面：

(1)目前借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、信息化技術(shù)及三維GIS技術(shù)所建立的三維視景仿真系統(tǒng)可以真實(shí)反映設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建一個(gè)生動(dòng)逼真的可視化平臺(tái)，并在后續(xù)開發(fā)了智能化數(shù)字管理平臺(tái)。值得一提的是，通過(guò)構(gòu)建數(shù)字模型與圖形模型、裝置設(shè)備及數(shù)據(jù)庫(kù)，企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的諸多信息可以實(shí)時(shí)獲悉，工藝數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控信息及設(shè)備臺(tái)賬等信息均可以被聯(lián)系起來(lái)，形成了協(xié)同合作的智能化體系，大大提升了煉化企業(yè)生產(chǎn)管理效率；

(2)所構(gòu)建的智能化信息化評(píng)估模型包括6大能力指標(biāo)，即數(shù)字化水平、自動(dòng)化水平、一體化水平、基礎(chǔ)支撐水平、系統(tǒng)優(yōu)化水平及人員管理水平，且每一個(gè)能力指標(biāo)又作了細(xì)化，可以對(duì)煉化企業(yè)信息化水平作定量分析；

(3)隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，云計(jì)算、移動(dòng)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等相關(guān)的人工智能技術(shù)得到了較大程度的發(fā)展，這對(duì)煉化企業(yè)信息化智能化建設(shè)起到了助推的作用，某種程度上還可以起到主導(dǎo)作用，為煉化企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化智能化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，成為智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的原動(dòng)力；

(4)虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠已經(jīng)成為煉化企業(yè)的發(fā)展主流，企業(yè)通過(guò)瀏覽模式、管理模式與培訓(xùn)模式，可以滿足不同的業(yè)務(wù)需求，在諸多場(chǎng)景中得到應(yīng)用。以管理模式為例，工作人員通過(guò)瀏覽權(quán)限和編輯修改等可以對(duì)不同的用戶進(jìn)行分類管理，借由超級(jí)管理權(quán)限可以對(duì)電子圖紙、設(shè)備設(shè)計(jì)、設(shè)備實(shí)景影像、工藝操作流程等加以修改完善，可以做到針對(duì)性管理，提升煉化企業(yè)管理效率與決策能力。

存在的問(wèn)題主要體現(xiàn)在以下3方面：

(1)目前我國(guó)煉化企業(yè)的信息化智能化建設(shè)受到“三層次構(gòu)架”模式的較大影響，無(wú)論是底層的控制系統(tǒng)，還是中間層的制造執(zhí)行系統(tǒng)和頂層的經(jīng)營(yíng)決策系統(tǒng)，幾乎處于相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)，集成性不強(qiáng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能化；

(2)雖然已經(jīng)對(duì)智能化升級(jí)系統(tǒng)作了全面的評(píng)估，但因?yàn)闊捇髽I(yè)自身產(chǎn)業(yè)具有特殊性和復(fù)雜性，導(dǎo)致智能化升級(jí)系統(tǒng)日常應(yīng)用質(zhì)量不佳，目前的信息化評(píng)估模型的職能是解決企業(yè)如何干的問(wèn)題，技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估的職能是解決企業(yè)積極性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性，即要解決如何干好的問(wèn)題；

(3)煉化企業(yè)在評(píng)價(jià)智能化煉化效益的過(guò)程中，往往會(huì)選用一些容易定量的指標(biāo)，缺乏定性指標(biāo)的應(yīng)用，比如缺乏提升員工工作積極性、忠誠(chéng)度及減少人工作業(yè)的定性指標(biāo)。

2 煉化企業(yè)信息化智能化建設(shè)原則與要點(diǎn)

逐步推動(dòng)煉化企業(yè)由數(shù)字煉化轉(zhuǎn)向智能煉化，把握“數(shù)字化是基礎(chǔ)，智能化是核心與目標(biāo)”的原則[1]。

煉化企業(yè)開展的智能煉化建設(shè)要牢牢依靠物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能等相關(guān)技術(shù)，構(gòu)建自上而下的生產(chǎn)管理體系，確保對(duì)煉化企業(yè)的計(jì)劃與調(diào)度等管理事務(wù)做到全局優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化，推動(dòng)智能供應(yīng)鏈建設(shè)。

煉化企業(yè)所開展的智能煉化建設(shè)要把握“三步曲”：

(1)要進(jìn)一步深化數(shù)字煉化建設(shè)，推動(dòng)操作運(yùn)營(yíng)數(shù)字化、管理信息數(shù)字化及流動(dòng)自動(dòng)化，提升生產(chǎn)管理效率；

(2)要強(qiáng)化智能煉化建設(shè)力度，將其作為核心工作開展，構(gòu)建企業(yè)模型體系，比如：生產(chǎn)操作模型、生產(chǎn)系統(tǒng)計(jì)劃模型、調(diào)度優(yōu)化模型及倉(cāng)儲(chǔ)物流模型，這對(duì)于煉化企業(yè)均是十分重要的，是煉化企業(yè)開展日常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的重點(diǎn)，必須予以充分重視；

(3)落實(shí)智能煉化成果，待完成智能煉化建設(shè)任務(wù)后，要想實(shí)現(xiàn)管理和價(jià)值鏈效應(yīng)的最大化，煉化企業(yè)必須將具體的智能化措施應(yīng)用到日常管理工作中，比如在煉油廠生產(chǎn)與銷售環(huán)節(jié)的成本優(yōu)化過(guò)程中，煉化企業(yè)要重點(diǎn)著手生產(chǎn)可變成本管理、庫(kù)存優(yōu)化、銷售價(jià)值最大化等相關(guān)性管理工作，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)開展可視、協(xié)同與優(yōu)化。

3 智能化建設(shè)助力煉化企業(yè)生產(chǎn)管理技術(shù)的提升策略

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠和DCS仿真培訓(xùn)特點(diǎn)

目前來(lái)看，煉化企業(yè)通過(guò)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠和DCS仿真培訓(xùn)技術(shù)，已然基本完成了智能煉化建設(shè)目標(biāo)，尤其是其中的虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠可以為企業(yè)提供一個(gè)數(shù)據(jù)集成應(yīng)用平臺(tái)，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加顯著?？偟膩?lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠和DCS仿真培訓(xùn)主要有以下特點(diǎn)：

(1)直觀性：三維虛擬現(xiàn)實(shí)工作環(huán)境可以真實(shí)描述設(shè)備的各項(xiàng)屬性與關(guān)系，實(shí)現(xiàn)全景化和實(shí)體化；

(2)同步性：生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)環(huán)境、運(yùn)行數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)等信息均可以通過(guò)虛擬工廠加以反映，實(shí)現(xiàn)真正意義上的同步運(yùn)行；

(3)精確性：通過(guò)以設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)實(shí)景為基礎(chǔ)，可以構(gòu)建完善且準(zhǔn)確的全景圖形模型；

(4)協(xié)同性：企業(yè)各項(xiàng)培訓(xùn)和演練均可以借助虛擬現(xiàn)實(shí)手段，也可以通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)的手段開展協(xié)同工作，有助于增強(qiáng)煉化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的協(xié)同性；

(5)DCS仿真培訓(xùn)系統(tǒng)可以以管道和儀表流程圖為基礎(chǔ)，通過(guò)能量平衡、機(jī)械設(shè)備及物料平衡對(duì)相應(yīng)的裝置進(jìn)行仿真模擬控制，同時(shí)可根據(jù)裝置的生產(chǎn)特點(diǎn)，預(yù)先設(shè)定具體的事故案例，有針對(duì)性地制定培訓(xùn)計(jì)劃和應(yīng)急預(yù)案。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠助力煉化企業(yè)生產(chǎn)管理技術(shù)

目前虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠主要有瀏覽模式、培訓(xùn)模式及管理模式，3種模式均有各自適用的范圍，極富針對(duì)性。

(1)瀏覽模式：瀏覽模式可以幫助煉化企業(yè)實(shí)現(xiàn)三維瀏覽，包括廠區(qū)環(huán)境、生產(chǎn)裝置、道路、隱蔽工程、管網(wǎng)等對(duì)象，可以全部實(shí)現(xiàn)全景真三維模擬展示。比如工作人員可以通過(guò)“點(diǎn)擊查詢”和“關(guān)鍵字搜索”快速查找各類設(shè)備的電子屬性卡、設(shè)備檢修信息，并配備實(shí)景照片和影像。再比如工作人員可以通過(guò)樹狀層次結(jié)構(gòu)快速定位生產(chǎn)設(shè)備與管線，繼而通過(guò)地圖窗口360°查看視點(diǎn)位置，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工作進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)管[2]。

(2)培訓(xùn)模式：所使用的培訓(xùn)模式可以實(shí)現(xiàn)裝置工藝過(guò)程的仿真性模擬，一些重要裝置可以通過(guò)三維動(dòng)畫的形式展示出來(lái)。比如煉化生產(chǎn)過(guò)程中的尿素與合成氨工藝流程可以由三維動(dòng)畫的形式加以展示，做到仿真性模擬，從三維縱剖、透視與橫剖的視角展示生產(chǎn)裝置的各類信息，尤其可將設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與部件信息全面展示。

(3)管理模式：所創(chuàng)建的管理模式對(duì)煉化企業(yè)生產(chǎn)管理尤為關(guān)鍵，可以大大提升煉化企業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量。目前煉化企業(yè)所使用的管理模式以分級(jí)管理為核心，用戶可以按照瀏覽權(quán)限和編輯修改權(quán)限對(duì)裝置信息進(jìn)行修改定義，同時(shí)借助管理權(quán)限對(duì)一大批對(duì)象進(jìn)行管理[3]。比如設(shè)備工藝運(yùn)行狀態(tài)信息、設(shè)備檢修運(yùn)維信息、電子圖紙布置、設(shè)備實(shí)景影像監(jiān)管及操作規(guī)范的三維電子手冊(cè)制作等。但需要充分認(rèn)識(shí)到點(diǎn)，目前煉化企業(yè)所開展的智能煉化依然有較大的完善空間，針對(duì)煉化工藝復(fù)雜、流程繁瑣的特點(diǎn)，后續(xù)要對(duì)管理模式做進(jìn)一步地完善，以高效率和高質(zhì)量為原則，突出和強(qiáng)化虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠的優(yōu)勢(shì)。

3.3 虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠和DCS仿真培訓(xùn)聯(lián)合應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠與DCS仿真培訓(xùn)雖然設(shè)計(jì)理念有較大的不同，但均是以高質(zhì)量、高效率為設(shè)計(jì)目標(biāo)，兩者之間有一定的相似性，聯(lián)合應(yīng)用至智能煉化中可以取得較好成效。

(1)虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠可以與DCS仿真培訓(xùn)共同構(gòu)建三維立體模型，工藝流程圖紙中的任何一個(gè)部件可以即時(shí)點(diǎn)擊和瀏覽，工作人員可以在三維模擬環(huán)境中快速找到該部件，執(zhí)行效率更高。

(2)DCS位號(hào)信息、監(jiān)測(cè)值均可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠顯示，當(dāng)工作人員點(diǎn)擊DCS位號(hào)時(shí)可以獲取到儀表設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，相關(guān)的動(dòng)態(tài)信息可以展示在三維立體畫面中，技術(shù)人員能夠?qū)ιa(chǎn)情況做到動(dòng)態(tài)、即時(shí)掌握。

(3)虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠好比一個(gè)大的數(shù)據(jù)庫(kù)，比如會(huì)包括裝置操作流程、設(shè)備型號(hào)、設(shè)備技術(shù)參數(shù)、管線材質(zhì)、管線圖冊(cè)。當(dāng)含有這些信息后工作人員不需要再去自行查閱、整理信息，所獲得的實(shí)時(shí)圖像信息可以幫助工作人員全面掌控生產(chǎn)情況[4]。

(4)虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠為DCS仿真培訓(xùn)提供了操作景象，用戶在DCS界面上所開展的諸多操作均可以由虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠展示出來(lái)，完成裝置操作過(guò)程中和結(jié)束后的模擬操作。用戶對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)流程及裝置操作等均有直觀且深刻的認(rèn)識(shí)，起到培訓(xùn)作用。

(5)目前DCS仿真培訓(xùn)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)可以很好解決工作人員操作緩慢、裝置運(yùn)行長(zhǎng)而影響運(yùn)行效率等問(wèn)題，一些以往亟需解決的問(wèn)題得到了有效解決，工作人員操作熟練度有較大提升。后續(xù)所開展的考核對(duì)實(shí)現(xiàn)煉化企業(yè)信息化智能化、提升管理質(zhì)量具有十分積極的意義[5]。

(6)在一個(gè)虛擬化的操作場(chǎng)景中，工作人員通過(guò)鼠標(biāo)可以任意漫游、瀏覽，猶如行走在真實(shí)的廠區(qū)一樣，管道模型、工藝信息、參數(shù)信息、操作信息等均可以一目了然，內(nèi)容更加豐富。

4 結(jié)語(yǔ)

信息化智能化建設(shè)已經(jīng)成為煉化企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效管理的手段，其功能拓展性和推廣應(yīng)用效果均十分顯著。以虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字化工廠和DCS仿真培訓(xùn)為主的煉化智能體系可以大大提升生產(chǎn)管理質(zhì)量，不過(guò)鑒于煉化企業(yè)智能體系建設(shè)仍存在諸多問(wèn)題，后續(xù)要進(jìn)一步加強(qiáng)理論研究，積累更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。