石化智能工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設探索

尚軍海

摘 要：當前我國制造企業(yè)面臨著巨大的轉(zhuǎn)型壓力，智能工廠建設是中國石化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必由之路。本文主要闡述了當前石化智能工廠的總體框架和建設重點，深入探究石化智能工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的體系架構，剖析時下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展存在的主要問題，并從政府與企業(yè)不同的角度提出石化智能工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設的思路。

關鍵詞：石化企業(yè);智能工廠;工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺;CPS系統(tǒng)

中圖分類號：TP278 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）34-0020-06

Exploration on Construction of Industrial Internet

Platform for Petrochemical Intelligent Factory

SHANG Junhai

（Fujian Gulei Petrochemical Co.， Ltd.，Zhangzhou Fujian 363216）

Abstract： China's manufacturing enterprises are facing tremendous pressure for transformation. More and more large and medium-sized enterprises in various industries have begun the journey of intelligent factory construction. This paper mainly described the current overall framework and construction focus of the petrochemical intelligent factory， delved into the system architecture of the petrochemical industry's internet platform， analyzed the main issues of the development of the current industrial internet platform， and proposed ideas from different perspectives of the government and enterprises.

Keywords： petrochemical enterprise;intelligent factory;industrial internet platform;CPS system

隨著新一代信息通信技術的持續(xù)創(chuàng)新和滲透擴散，新一輪工業(yè)革命正在全球范圍孕育興起，制造業(yè)正邁向體系重構、動力變革、范式遷移的新階段，加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化方向延伸拓展，萬物互聯(lián)、數(shù)據(jù)驅(qū)動、軟件定義、平臺支撐、組織重構、智能主導正在構建制造業(yè)的新體系。特別是隨著美國通用電氣公司（GE）和德國西門子公司相繼推出自己的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（或工業(yè)4.0）平臺，全球工業(yè)制造業(yè)由此迎來了平臺競爭時代。這個轉(zhuǎn)變具有劃時代的意義，將深刻改變未來國際產(chǎn)業(yè)分工與國際貿(mào)易競爭格局。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺建設將日益成為全球工業(yè)制造業(yè)的首要基礎設施，成為集聚全球工廠、工業(yè)產(chǎn)品、市場用戶的第一入口，將加速全球制造業(yè)的“兩化融合”進程。國家將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設作為深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的主攻方向，是大勢所趨。

中國的石化產(chǎn)業(yè)在瞄準世界一流企業(yè)做強、做大自己的同時，深刻體會到必須要有世界一流的信息技術做支撐，正在大力提升企業(yè)信息化、自動化、智能化水平，并實現(xiàn)高效化和綠色低碳化。石化智能工廠是國際上智能制造在石化行業(yè)的首次嘗試，在部分試點企業(yè)取得了較好的應用成效。與此同時，中國的石化產(chǎn)業(yè)信息化能力與?？松梨?、殼牌、BP等世界一流能源公司在系統(tǒng)集成度、系統(tǒng)應用與運維、IT資源管理等方面的差距，以及在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設上的探索，必將進一步推動石化智能工廠的升級發(fā)展。

1 石化智能工廠的總體框架和建設重點

1.1 石化智能工廠的總體框架

當前，國內(nèi)石化智能工廠以卓越運營為目標，正在建設貫穿運營管理全過程、具備高度“自動化、數(shù)字化、可視化、模型化和集成化”的煉化工廠，通過技術變革和業(yè)務變革，讓企業(yè)具有優(yōu)異的感知、預測、協(xié)同和分析優(yōu)化能力。其總體架構由生產(chǎn)管控、供應鏈管理、設備管理、能源管理、安全管控和環(huán)保管控等6個業(yè)務域智能化及標準體系、技術支持體系等2個技術體系組成，并通過“一個平臺”和“三條主線”支撐。其中，“一個平臺”是指為以信息物理系統(tǒng)（CPS）為核心的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，“三條主線”是指全過程一體化生產(chǎn)管理、全流程一體化優(yōu)化、全生命周期一體化資產(chǎn)管理。石化智能工廠總體框架具體如圖1所示。

1.2 石化智能工廠建設重點

通過石化智能工廠的試點建設和業(yè)務的最佳實踐，國內(nèi)石化產(chǎn)業(yè)圍繞“三條主線”實現(xiàn)智能應用的成果較為顯著。隨著今后智能化理念的進一步發(fā)展，當前大多數(shù)石化企業(yè)中的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用水平將是智能工廠提升的關鍵。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、智能傳感、工業(yè)軟件、工業(yè)技術等跨界融合、集成創(chuàng)新的結果，是面向制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化需求，構建基于云邊協(xié)同的海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析服務體系，支撐泛在連接、彈性供給、高效配置的載體，是工業(yè)全要素鏈接的樞紐與工業(yè)資源配置的核心，是石化智能工廠建設的重點。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的體系架構和層級維度

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺利用新興技術構建更精準、實時、高效的數(shù)據(jù)采集體系，建設包括存儲、集成、訪問、分析、管理功能的使能平臺，實現(xiàn)工業(yè)技術、經(jīng)驗、知識模型化、軟件化、復用化，以工業(yè)APP的形式為制造企業(yè)提供各類創(chuàng)新應用，最終形成資源富集、多方參與、合作共贏、協(xié)同演進的制造業(yè)生態(tài)。

根據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書》[1]，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系架構有四個層次，也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設的四個主要方面。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系架構如圖2所示。

2.1 數(shù)據(jù)采集是基礎

數(shù)據(jù)采集即利用泛在感知技術對多源設備、異構系統(tǒng)、運營環(huán)境、人等要素信息進行實時高效采集和云端匯聚。其核心是構建一個精準、實時、高效的數(shù)據(jù)采集體系，以實現(xiàn)有效采集數(shù)據(jù)，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換和邊緣計算，將一部分數(shù)據(jù)在邊緣側進行處理，這適用于對實時性、短周期數(shù)據(jù)的快速處理，處理結果將直接返回到機器設備;將另一部分數(shù)據(jù)傳到云端，通過云計算更強大的數(shù)據(jù)運算能力和更快的處理速度，對非實時、長周期數(shù)據(jù)進行綜合利用分析，從而進一步優(yōu)化形成決策。

例如，九江石化智能工廠收集了5臺產(chǎn)汽爐、1臺汽輪機、6臺除氧機、6臺加熱器、15臺機泵和6臺減溫減壓器的運行數(shù)據(jù)，收集了25套產(chǎn)耗氫氣瓦斯裝置的數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)能源實時化、在線優(yōu)化奠定了基礎。

2.2 IaaS是支撐

IaaS是通過虛擬化技術將計算、存儲、網(wǎng)絡等資源池化，向用戶提供可計量、彈性化的資源服務，即將服務器、存儲等基礎設施資源進行“云”化，是智能工廠時代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺運行的載體和基礎。這些基礎設施所涵蓋的整個工業(yè)系統(tǒng)的安全管理體系，構成了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎支撐和重要保障。

在石化工廠內(nèi)，IaaS層有時又被叫作數(shù)據(jù)庫層，分為生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)庫、作業(yè)計劃數(shù)據(jù)庫、基礎信息數(shù)據(jù)庫、模型數(shù)據(jù)庫等。這些數(shù)據(jù)庫支撐了石化工廠內(nèi)各種業(yè)務的有效開展。

2.3 工業(yè)PaaS是核心

作為平臺層的PaaS本質(zhì)上是在現(xiàn)有成熟的IaaS平臺上構建一個可擴展的工業(yè)云操作系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對軟硬件資源和開發(fā)工具的接入、控制和管理，為應用開發(fā)提供必要的接口及存儲計算、工具資源等支持。當工業(yè)PaaS平臺上擁有大量蘊含著工業(yè)技術、知識、經(jīng)驗和方法的微服務架構的數(shù)字化模型時，應用層的工業(yè)APP可以快速、靈活地調(diào)用多種碎片化的微服務，實現(xiàn)工業(yè)APP快速開發(fā)部署和應用。

石化智能工廠建設實踐認為，信息物理系統(tǒng)（CPS）是工業(yè)PaaS平臺的核心技術，通過CPS系統(tǒng)建設可以實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的主要效能。

2.3.1 全面態(tài)勢感知。通過智能傳感器、智能石化設備、工業(yè)級傳感網(wǎng)等，實現(xiàn)物料、產(chǎn)品、設備、環(huán)境、人員信息的廣泛采集和共享，改變現(xiàn)場作業(yè)方式，并實現(xiàn)重點環(huán)節(jié)無人值守;突破傳統(tǒng)專業(yè)之間的數(shù)據(jù)壁壘，使跨越時間、空間、物理環(huán)境的協(xié)同成為可能，實現(xiàn)對石化生產(chǎn)狀態(tài)的深度認知，對數(shù)據(jù)資源的高效利用。比如，Shell企業(yè)就應用了先進的在線技術，即RTO。這種技術可以通過識別來及時檢測生產(chǎn)流程的工況，并且通過在線智能進一步優(yōu)化生產(chǎn)流程。

2.3.2 虛實共變。CPS根據(jù)來自物理系統(tǒng)的實時信息不斷修正仿真模型參數(shù)以提高仿真精度，仿真結果又將通過CPS對物理系統(tǒng)的控制影響物理系統(tǒng)的行為，實現(xiàn)實時可靠的系統(tǒng)監(jiān)視、隱患預測、智能調(diào)節(jié)、優(yōu)化運行的能力。例如，華北石化以300萬t/a常壓裝置DCS仿真培訓系統(tǒng)項目為依托，運用機理分析方法，建立了常壓裝置各個子系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型，應用一種基于馬氏距離分類方法的多神經(jīng)網(wǎng)絡結構，結合仿真系統(tǒng)的過程變量數(shù)據(jù)建立軟測量模型，為把質(zhì)量模型嵌入仿真培訓系統(tǒng)提供了很好的思路。隨著技術的發(fā)展，新建的石化企業(yè)將在虛實共變上走出更加積極的步伐。

2.3.3 自組織和自適應。根據(jù)實際需求調(diào)度適用的模型來適應各種生產(chǎn)管理活動，實現(xiàn)對物理設備的控制和控制中心對參數(shù)的在線調(diào)整，具有自動排除各種系統(tǒng)故障、保證系統(tǒng)正常運行的能力。

石化行業(yè)在DCS、SIS等工控層面已經(jīng)具備了一定的自組織和自適應能力，但僅限于工控層面。這是由于其特殊的行業(yè)性質(zhì)決定的，在工控層和辦公層融合貫通、實現(xiàn)更大范圍的自組織和自適應方面仍有很大的發(fā)展空間。

2.3.4 實時并行計算。將綜合生產(chǎn)中的工藝模型、業(yè)務模型、機理模型、優(yōu)化模型、設備三維模型、專家知識等，突破傳統(tǒng)集中式計算平臺的約束，通過物理設備中嵌入的計算部件與中央監(jiān)控系統(tǒng)的信息融合及計算進程與物理進程的交互，使智能工具具備大規(guī)模分布式實時計算的能力。

2.4 工業(yè)APP是關鍵

工業(yè)APP由通用云化軟件和專用APP構成，根據(jù)特定工業(yè)應用場景，激發(fā)全社會資源推動工業(yè)技術、經(jīng)驗、知識和最佳實踐的模型化、軟件化、再封裝。企業(yè)用戶通過對工業(yè)APP的調(diào)用實現(xiàn)對制造資源的優(yōu)化配置，形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的最終價值。

石化智能工廠通過建立全局數(shù)據(jù)模型和工廠模型，以企業(yè)服務總線（ESB）和企業(yè)運營數(shù)據(jù)倉庫（ODS）為基礎，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成、應用集成和界面集成，初步達到實時計算、智能分析的智能化雛形。生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)、作業(yè)計劃數(shù)據(jù)首先分別借助PIMS模型、ORION模型優(yōu)化排產(chǎn)得到，然后通過各自報表系統(tǒng)生成計劃表，再通過系統(tǒng)接口導入數(shù)據(jù)庫;基礎信息數(shù)據(jù)是來自制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)、實驗室信息管理系統(tǒng)（LIMS）、商務信息倉庫（BW）、全面預算管理系統(tǒng)（TBM）等系統(tǒng)的投入產(chǎn)出、物料性質(zhì)、公用工程消耗、輔料消耗、價格等方面的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)統(tǒng)一與企業(yè)運營數(shù)據(jù)倉庫（ODS）建立接口來獲取這些數(shù)據(jù);模型數(shù)據(jù)先將模型上傳到系統(tǒng)，再由系統(tǒng)專用工具解析到數(shù)據(jù)庫。根據(jù)業(yè)務需要，系統(tǒng)可以抽取并按照一定規(guī)則對這些數(shù)據(jù)進行處理，最終在展示層進行多維度展示。

3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設面臨的機遇與挑戰(zhàn)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是支撐智能工廠建設的迫切需求，國內(nèi)離散制造業(yè)在這一塊已經(jīng)取得了良好的實踐效果。例如，三一重工通過建設智能加工中心與生產(chǎn)線、智能化立體倉庫和物流運輸系統(tǒng)、智能化生產(chǎn)執(zhí)行過程控制中心、智能化生產(chǎn)控制中心等打造智能化制造車間，進而打造出相對理想的智能工廠。但是，以石油化工為代表的流程工業(yè)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設上才剛剛起步，面臨著諸多問題[2]，難以滿足石化行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的需要，主要表現(xiàn)在以下七方面。

3.1 設備連接能力不足

面對多種協(xié)議并存的異構設備，面對國內(nèi)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化水平本身較低的現(xiàn)實，如何把異構設備連接起來、把數(shù)據(jù)匯聚集起來，實現(xiàn)在邊緣或云端計算，是當前各企業(yè)需要思考的主要問題。無論是平臺企業(yè)還是一些細分領域的小企業(yè)，這方面的能力均不足，缺乏完整、高效、低成本的設備連接和數(shù)據(jù)采集方案。

3.2 工業(yè)機理模型不足

平臺功能豐富性取決于積累沉積的各類工業(yè)知識完整性，實現(xiàn)工業(yè)技術、經(jīng)驗、知識的模型化、標準化、軟件化、復用化，以優(yōu)化研發(fā)設計、生產(chǎn)制造、運營管理等資源配置效率。工業(yè)機理、工藝流程、模型方法經(jīng)驗和知識積累不足，是我國當前制約平臺功能完善的主要矛盾。

3.3 數(shù)據(jù)分析能力不足

構建基于海量工業(yè)大數(shù)據(jù)的工業(yè)分析體系是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化解決方案的最重要的特征。當前，工業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、采購、配送、設備管理等都需要高水平的數(shù)據(jù)模型和大數(shù)據(jù)分析能力。但目前，國內(nèi)許多平臺類企業(yè)面臨的共同挑戰(zhàn)是工業(yè)大數(shù)據(jù)分析技術、人才嚴重不足，供給能力遠遠無法滿足市場需求。

3.4 云化工業(yè)軟件不足

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的功能是通過構建面對特定工業(yè)場景的工業(yè)APP，推動工業(yè)技術、經(jīng)驗、知識和最佳實踐的模型化、軟件化與再封裝。采用最先進的云端技術和最高工業(yè)配置云端服務器、集成工業(yè)多領域全范圍工業(yè)軟件，從軟件層面上“讓重工業(yè)變輕，讓輕工業(yè)變快”。為工業(yè)產(chǎn)品提供最強市場沖擊力是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的價值所在。

傳統(tǒng)各類工業(yè)軟件通過體系重構、代碼重寫的方式部署到了云端，成為“云化”軟件。由于傳統(tǒng)工業(yè)軟件基本缺失，“云化”軟件也將成為“無米之炊”，缺乏工業(yè)軟件、體系架構，也無所謂的體系重構、代碼重寫。

3.5 解決方案能力不足

國內(nèi)平臺企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃、業(yè)務咨詢、平臺建設、工業(yè)APP開發(fā)、工具軟件的集成等這些能力遠遠不足，整合控制系統(tǒng)、通信協(xié)議、生產(chǎn)裝備、管理工具、專業(yè)軟件等各類資源的能力也不足，集業(yè)務流程咨詢、軟件部署實施、平臺二次開發(fā)、系統(tǒng)運行維護等于一體的綜合能力欠缺。

3.6 生態(tài)構建能力不足

生態(tài)競爭是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺競爭的制高點。生態(tài)建設能力的關鍵一方面在于如何吸引海量開發(fā)者在平臺上開發(fā)各種微服務組件和工業(yè)APP;另一方面在于如何吸引更多企業(yè)使用平臺上的各種應用和服務，最終形成一種雙向迭代的機制。但目前，許多平臺企業(yè)打造生態(tài)意識薄弱、缺乏經(jīng)驗、投入不夠，可能會錯失發(fā)展良機。

3.7 安全保障能力不足

在習近平總書記“沒有網(wǎng)絡安全就沒有國家安全”的精神引領下，國家陸續(xù)出臺相關網(wǎng)絡安全法、等級保護測評機制等，《國家關鍵信息基礎設施保護條例》也有望在近期出臺。國家各級網(wǎng)絡安全部門在關注公共網(wǎng)絡安全的同時，也在向工控網(wǎng)絡安全方向邁進。智能領域的學者在幾年前就開始關注以工業(yè)控制網(wǎng)絡為核心支撐架構的智能工廠工控安全風險評估。但隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設步伐不斷加快，對安全的需求更加迫切，從原有的工控安全演進到設備、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)的安全，在這個過程中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺安全領域的技術、管理、標準、政策法規(guī)體系方面的供給能力都不足。

在這種背景下，設備研發(fā)生產(chǎn)廠商、軟件平臺開發(fā)商、解決方案研究與提供單位遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，也同樣面臨著一個爆發(fā)式發(fā)展的機遇。產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟將大量興起，并成為主導產(chǎn)業(yè)競爭格局演變的新趨勢。

4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設的形勢與策略

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設和應用推廣，應堅持以企業(yè)為主體、政府為引導、市場為引領。要靠政府政策來引領航向、保駕護航，讓技術創(chuàng)新帶動市場發(fā)展，讓市場引領工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺廠商和設備廠商的變革，而石化企業(yè)要根據(jù)自身特點主動謀求實用、發(fā)展提升，形成“倒逼市場”之勢。通過政府引導、供需兩端發(fā)力，促進石化企業(yè)在龍頭企業(yè)競爭的新賽道上，搶占全球新工業(yè)革命的制高點。

4.1 政府引領，完善工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展體系

從政府的角度出發(fā)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設和應用推廣，重點是打造能夠參與全球競爭的跨行業(yè)、跨領域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和量大面廣的行業(yè)級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，培育基礎共性、行業(yè)通用和企業(yè)專用的工業(yè)APP，推動工業(yè)設備上云，開展跨行業(yè)跨領域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、特定行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、特定區(qū)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺測試床建設，促進技術的快速迭代，進一步加快完善標準、監(jiān)測、安全等公共服務體系，提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺供給能力，盡快培育一批有影響力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。

對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設，國務院《深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見》明確，到2020年，要支持建設一批跨行業(yè)、跨領域的國家級平臺，構建一批企業(yè)級平臺，培育30萬個以上的工業(yè)APP（工業(yè)應用程序），推動30萬家企業(yè)應用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺;到2025年，形成3家至5家具有國際競爭力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)百萬工業(yè)APP培育及百萬企業(yè)上云[3]。

工業(yè)和信息化部與科學技術部、中國科學院、中國工程院、中國科協(xié)等單位多次共同主辦國際智能產(chǎn)業(yè)博覽會，其目的在于充分借鑒國內(nèi)外智能化領域的新技術、新業(yè)態(tài)和新模式，深度參與數(shù)字經(jīng)濟國際合作。這里面蘊含了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展的機遇和國家政府對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、智能工廠的殷切寄托。為加快企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，國內(nèi)多省市已經(jīng)出臺《關于支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設和應用的若干政策》，鼓勵工業(yè)企業(yè)試點示范，并給予配套補助。這將大力推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設實踐與發(fā)展。

4.2 石化企業(yè)主體推進，積極探索工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設新模式

從石化企業(yè)的角度出發(fā)，積極探索“兩化融合”的切入點，切合實際地建設智能工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，以實體經(jīng)濟發(fā)展的利益刺激推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺整個產(chǎn)業(yè)鏈的轉(zhuǎn)型升級。第一，需要做好建設智能工廠的頂層設計、規(guī)劃好企業(yè)信息化的未來，從打通消費者信息、數(shù)據(jù)化邊界、供應鏈協(xié)同，財務精細化顆粒度等系統(tǒng)層之間的連接，以及從決策層、管理層、運營層等多個維度出發(fā)，做好信息化的業(yè)務藍圖設計，建立石化智能工廠的總體框架，對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設提出具體要求。第二，企業(yè)管理決策層需要充分認識到智能化工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設的戰(zhàn)略意義，保證資本投入。第三，在石化智能工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺設計和執(zhí)行的過程中，需要各專業(yè)協(xié)同，統(tǒng)一思路，統(tǒng)一標準，在總體設計、基礎設計時，都要協(xié)同各專業(yè)明確統(tǒng)一技術規(guī)定和技術規(guī)格要求，簽訂各種框架協(xié)議，從當前設備種類繁多、系統(tǒng)架構多樣、通信協(xié)議不統(tǒng)一的實際情況中謀出一條生路，提升企業(yè)所用設備的連接能力，進而在相關系統(tǒng)選型時充分考慮大數(shù)據(jù)分析能力，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺解決方案、智能工廠建設方案上方可有的放矢。最后，在技術驅(qū)動、創(chuàng)新驅(qū)動的背景下，企業(yè)信息化負責人，要懷著勇于“走出去”的心態(tài)，主動為公司的高層、中層及信息系統(tǒng)使用者分享業(yè)內(nèi)第一手最新的信息，特別是智能工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的新發(fā)展動向、新技術應用成效等，結合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺新技術應用和自身智能工廠建設情況，尋求智能化工廠的提升和突破。

當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設的七大挑戰(zhàn)中，云化工業(yè)軟件、平臺解決方案的開發(fā)與供給、生態(tài)構建主要依托政府引導和市場引領來解決。石化企業(yè)在建設智能工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺時需要根據(jù)自身實際選擇工業(yè)軟件、解決方案，還需要注意以下幾方面。

4.2.1 做好設備選型和設備管理，夯實數(shù)據(jù)采集基礎。智能傳感器、智能石化設備、工業(yè)級傳感網(wǎng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的底層支撐，是石化智能工廠現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的基礎。石化智能工廠設備有其特殊性，但從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設的角度出發(fā)，需要特別關注數(shù)據(jù)采集需求。在進行設備（特別是關鍵設備）選型時，需要選擇具有傳感、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)上傳下載等功能的設備，且盡量把設備通信協(xié)議的一致性作為重要選型參數(shù)。對于已建石化企業(yè)不具備數(shù)據(jù)采集功能設備的，在進行數(shù)字化、網(wǎng)絡化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設時，可以選擇通過非侵入式智能系統(tǒng)，如SMT貼片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。生產(chǎn)車間的儀器儀表由于設備沒有數(shù)據(jù)端口或不支持數(shù)據(jù)讀取功能的，需要更換新的具備數(shù)字通信、數(shù)據(jù)讀取功能的儀表，然后再進行數(shù)據(jù)采集。

在石化企業(yè)中，DCS系統(tǒng)（如愛默生的DeltaV、羅克韋爾的AB、國內(nèi)浙大中控、南京科遠等DCS系統(tǒng)）控制的設備和儀表已經(jīng)具備數(shù)據(jù)采集功能和部分控制功能，大型機組機泵通過在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和實時感知，將為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設和應用打下良好的基礎，使石化企業(yè)在工業(yè)領域處于較高水平。

設備部署、設備連接、設備定義、監(jiān)視、邊緣監(jiān)視、邊緣管理、固件/軟件管理、遠程配置/操作、故障排除和診斷等物聯(lián)網(wǎng)設備管理的關鍵功能對智能工廠中的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設是極其重要的，對工廠的設備資產(chǎn)建設、維護中減少維護成本、提高資產(chǎn)運營效率、減少停機時間具有非凡的意義，對實現(xiàn)以資產(chǎn)模型、設備臺賬為基礎，強化成本核算，預防性維修的設備全生命周期管控起到保障性作用。

4.2.2 建立和完善機理模型，打造先進控制及過程優(yōu)化體系。石化行業(yè)經(jīng)過多年的積累沉淀，形成了自己的工業(yè)機理、工藝流程、模型方法。目前，石化行業(yè)正處于更新?lián)Q代、產(chǎn)業(yè)升級的階段，在技術發(fā)展、降低能耗物耗、原油漲價導致的對原料適應能力提升的需求、環(huán)保導致的產(chǎn)品質(zhì)量升級等種種因素的作用下，石化行業(yè)對新機理模型的需求是十分迫切的。從質(zhì)量守恒、能量守恒和動量守恒的原則出發(fā)，對每個單元的操作進行分析，研究其穩(wěn)態(tài)性和動態(tài)特性，從而實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程的機理分析，不斷完善和改進機理模型，實現(xiàn)快速迭代更新，達到優(yōu)化生產(chǎn)經(jīng)營的效果。

經(jīng)營管理優(yōu)化主要是供應鏈優(yōu)化系統(tǒng)，涉及企業(yè)物資流、資金流的管理，優(yōu)化類型是周期性的，以月、周為單位。生產(chǎn)管理優(yōu)化主要是生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化，涉及企業(yè)的原料、產(chǎn)品加工過程，具體以月、周為單位，高精確度計劃調(diào)度模型的建設對其是一種有力的支撐。動態(tài)仿真系統(tǒng)建立的動態(tài)模型是操作管理優(yōu)化的關鍵，涉及生產(chǎn)裝置加工的全過程，具體以日、班次為單位。在線控制優(yōu)化主要是通過先進控制與實時優(yōu)化系統(tǒng)實現(xiàn)裝置的先進控制與在線優(yōu)化，是實時進行的。工藝裝置的優(yōu)化主要是裝置優(yōu)化改造，是解決裝置的瓶頸，是一次性的。而以機理模型為核心的先進控制及過程優(yōu)化體系利用統(tǒng)一的基礎模型實現(xiàn)對石化生產(chǎn)物流、能流和信息流的高度集成，即可實現(xiàn)面向全流程的全局優(yōu)化，也可利用關鍵裝置的穩(wěn)態(tài)模型、能耗模型進行深入分析，更好地平衡產(chǎn)率和能耗這對矛盾關系。

洛陽石化通過KBC公司的流程模擬軟件Petro-SIM建立反應機理模型、連續(xù)重整全流程模擬以及連續(xù)重整能耗模型，解決了預處理裝置預分餾塔再沸爐負荷不足的瓶頸，重整裝置進料量提高了5t/h，每年為企業(yè)增效1 000萬元以上。同時，應用該模型還提出節(jié)能優(yōu)化措施，增設預處理裝置進料換熱器，更換重整進料高效換熱器等，節(jié)能效果顯著。

4.2.3 構建大數(shù)據(jù)分析體系和能力，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺賦能。石化企業(yè)的長期運行必將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，特別是生產(chǎn)層面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可謂海量。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過數(shù)據(jù)收集和分析實現(xiàn)預測、數(shù)據(jù)挖掘、場景分析，包括對非結構化和半結構化數(shù)據(jù)的分析需求已經(jīng)非常迫切。傳統(tǒng)石化企業(yè)采用OPC加實時數(shù)據(jù)庫的方式將DCS采集的原始數(shù)據(jù)采集到專門的工廠管理平臺上展示。為避免數(shù)據(jù)量過大、數(shù)據(jù)存儲成本高、檢索效率低等問題，通常設置數(shù)據(jù)采集周期為5min，這實際上無法真實同步反映工廠各個裝置的實際情況。大數(shù)據(jù)不應采用這樣的捷徑，而應對所有數(shù)據(jù)進行分析處理，大數(shù)據(jù)需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力。

構建大數(shù)據(jù)分析體系的途徑可以因企而異，結合機理模型和數(shù)學模型的大數(shù)據(jù)云平臺是發(fā)展趨勢。青島煉化通過西門子PCS平臺將石化企業(yè)每天產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進行歸類化、定制化的統(tǒng)計分析，并以郵件形式將報表發(fā)送給工廠相關管理人員。這為企業(yè)生產(chǎn)運行管理節(jié)省了時間和人力，降低了設備故障風險，每天工藝過程預警、報警值總量與使用前相比減少近80%，儀表設備維修完好率大幅提高。

4.2.4 提升安全防護能力，建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)安全保護體系。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設和應用，企業(yè)從大數(shù)據(jù)云平臺獲取有價值信息的同時，也在不斷積累風險。企業(yè)私有云上大數(shù)據(jù)的上傳、云下載和交換等行為，使云平臺容易成為黑客和病毒攻擊的目標，一旦云平臺被入侵，造成企業(yè)數(shù)據(jù)泄露，必定會給企業(yè)帶來嚴重的損失。這就要求我們不斷完善網(wǎng)絡安全方面的技術和措施，在工控網(wǎng)及邊界部署攻擊防護、漏洞挖掘、入侵發(fā)現(xiàn)、態(tài)勢感知、安全審計、可信芯片等安全產(chǎn)品，通過DNS數(shù)據(jù)篩選、設立誘餌主機系統(tǒng)的防御與控制、安全網(wǎng)關、對數(shù)據(jù)分類和加密、管控訪問權限、對重要數(shù)據(jù)進行定位等手段，加強數(shù)據(jù)基礎設施安全，保證工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)安全。

5 結語

加快發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，不僅是搶占產(chǎn)業(yè)未來制高點的必然選擇，也是我國加快網(wǎng)絡強國和制造強國建設，實現(xiàn)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的客觀要求。近年來，地方和企業(yè)不斷探索工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設和應用推廣模式，并取得了實際成果。石化行業(yè)應以建設智能工廠為目的和契機，創(chuàng)新管理思想，重構產(chǎn)業(yè)生態(tài)，依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，力促信息化和工業(yè)化融合跨越式發(fā)展，提升石化企業(yè)綜合競爭能力和在全球產(chǎn)業(yè)鏈分工中的地位，重塑石化產(chǎn)業(yè)的新未來。

參考文獻：

[1]工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書（2017）[EB/OL].（2018-01-04）[2019-10-20].http：//www.miit.gov.cn/n973401/n5993937/n5993968/c6002326/content.html.

[2]安筱鵬.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設的出發(fā)點、切入點和著力點[EB/OL].（2018-05-12）[2019-10-20].https：//www.sohu.com/a/231355628_160923.

[3]中華人民共和國國務院.關于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導意見[R].北京：中華人民共和國國務院，2017.