石化行業(yè)作為典型的流程型行業(yè)，數(shù)字化改造對(duì)其提質(zhì)、增效、升級(jí)作用顯著。本文通過梳理石化行業(yè)數(shù)字化體系架構(gòu)，結(jié)合我國(guó)石化行業(yè)典型應(yīng)用案例，分析石化行業(yè)目前數(shù)字化應(yīng)用現(xiàn)狀。同時(shí)，結(jié)合我國(guó)石化行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀及數(shù)字化需求，對(duì)石化行業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)判。

一、石化行業(yè)特征及數(shù)字化需求

（一）石化行業(yè)特征

1、典型的流程型行業(yè)，環(huán)節(jié)復(fù)雜、安全防護(hù)要求高、生產(chǎn)裝置精密性強(qiáng)及管理難度大。2、在一系列油品加工移動(dòng)過程中，涉及大量過程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與分析、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與物料的監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化及能源合理供應(yīng)等問題。3、數(shù)字化復(fù)制推廣性強(qiáng)，效益明顯。

（二）石化行業(yè)數(shù)字化需求

經(jīng)營(yíng)管理精細(xì)化、生產(chǎn)執(zhí)行精益化、操作控制集中化、設(shè)備管理數(shù)字化、巡檢安防及時(shí)化、供應(yīng)鏈協(xié)同化等方面。

二、石化行業(yè)數(shù)字化架構(gòu)體系

石化行業(yè)數(shù)字化架構(gòu)體系以信息基礎(chǔ)設(shè)施與運(yùn)維平臺(tái)為基礎(chǔ)，形成了三層一體的架構(gòu)體系：以ERP為核心的經(jīng)營(yíng)管理層，以MES、APC、LIMS、PIMS為重點(diǎn)的生產(chǎn)執(zhí)行層，以DCS、SCADA、PLC、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐的操作控制層，涵蓋研發(fā)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)執(zhí)行、計(jì)劃排產(chǎn)、運(yùn)行優(yōu)化、執(zhí)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、操作控制、生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備管理、安全防護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié)。

通過裝置、生產(chǎn)線及車間之間的橫向集成，以及管理、生產(chǎn)、控制等業(yè)務(wù)流程間的縱向集成，實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)管理的規(guī)范化、生產(chǎn)運(yùn)行的精細(xì)化、操作控制的集中化。

三、我國(guó)石化行業(yè)數(shù)字化應(yīng)用現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)石化行業(yè)數(shù)字化應(yīng)用已廣泛開展，主要集中在中石化、中石油、中海油等大型國(guó)有企業(yè)。國(guó)有大型石化企業(yè)通過自上而下的方式，分期開展數(shù)字化示范項(xiàng)目，統(tǒng)籌推進(jìn)數(shù)字化建設(shè)。結(jié)合前期中石化相關(guān)企業(yè)調(diào)研，通過對(duì)生產(chǎn)執(zhí)行層和操作控制層典型應(yīng)用案例的研究，對(duì)我國(guó)石化行業(yè)數(shù)字化應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

（一）生產(chǎn)執(zhí)行層

通過對(duì)生產(chǎn)加工全流程的優(yōu)化以及生產(chǎn)過程的先進(jìn)控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益最大化。

1、原油在線調(diào)和集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)原油加工全流程的優(yōu)化

九江石化原油調(diào)和集成平臺(tái)涵蓋原油調(diào)和優(yōu)化、原油調(diào)和控制、原油快速評(píng)價(jià)等模塊，通過原油調(diào)和系統(tǒng)與罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)、LIMS、MES以及控制系統(tǒng)的信息集成，對(duì)原油進(jìn)廠流程、調(diào)度作業(yè)流程進(jìn)行優(yōu)化與管控，實(shí)現(xiàn)原油調(diào)和優(yōu)化、原油調(diào)度智能排產(chǎn)、原油調(diào)和組分比例精確控制，從而挖掘生產(chǎn)效益最佳的調(diào)和方案。

2、APC先進(jìn)控制，提高裝置運(yùn)行平穩(wěn)性，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效

中石化目前已投用多個(gè)APC系統(tǒng)，其中茂名石化乙烯裂解爐在線模擬與優(yōu)化系統(tǒng)，通過精確地預(yù)測(cè)不同原料下產(chǎn)品的分布情況，根據(jù)市場(chǎng)對(duì)乙烯裂解產(chǎn)品的需求及價(jià)格，優(yōu)化裂解爐原料結(jié)構(gòu)、工藝操作條件等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量最大化、效益最優(yōu)化。

（二）操作控制層

通過對(duì)生產(chǎn)操作的動(dòng)態(tài)跟蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)控，生產(chǎn)指揮的集群管理，生產(chǎn)過程三維數(shù)字化、管線的自動(dòng)化管理，實(shí)現(xiàn)操作控制的動(dòng)態(tài)化、集中化、可視化、智能化。

1、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)通過對(duì)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控

茂名石化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通過與生產(chǎn)裝置、罐區(qū)、裝卸臺(tái)（煉油生產(chǎn)裝置、化工生產(chǎn)裝置、罐區(qū)、熱電、水務(wù)、港口、鐵路等）以及與過程系統(tǒng)、傳感器、儀器儀表（DCS、SCADA、PLC等）的集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警、運(yùn)行參數(shù)分析等功能，為生產(chǎn)管理及調(diào)度指揮提供動(dòng)態(tài)、有效的數(shù)據(jù)支撐。

2、多媒體集中管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度全流程的閉環(huán)管理

九江石化基于MES系統(tǒng)的調(diào)度指揮平臺(tái)，通過總生產(chǎn)調(diào)度中心、車間中控層、外部裝置區(qū)的縱向互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度指令編制、下發(fā)、執(zhí)行、反饋和跟蹤的全流程閉環(huán)管理，實(shí)現(xiàn)由事后管理向事前預(yù)測(cè)和事中控制的轉(zhuǎn)變。通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的動(dòng)態(tài)跟蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)控和綜合指揮，大幅提升生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管控水平與協(xié)同效率，打造集群調(diào)度、統(tǒng)一指揮的一體化運(yùn)營(yíng)模式。

3、三維數(shù)字化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工廠環(huán)境的可視化

蘭州石化三維化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化的煉油裝置模型，基于GIS（地理信息系統(tǒng)）、RFID、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地下管線、地上實(shí)物和空間橋架的三維可視化。同時(shí)，地理信息三維一體化系統(tǒng)具有查詢統(tǒng)計(jì)、最優(yōu)路線選擇等管理功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)工廠的立體式監(jiān)控和協(xié)同管理。

4、智能管線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地下管線數(shù)字化、自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)

九江石化智能管線系統(tǒng)采用GPS、GIS、移動(dòng)通信等技術(shù)，通過對(duì)管道及周邊環(huán)境信息的收集及數(shù)字化改造，建立數(shù)據(jù)完整、真實(shí)可視、安全運(yùn)行的管線管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸管線的全天候監(jiān)控，提高長(zhǎng)輸管線的智能化及安全管理水平。

四、石化行業(yè)數(shù)字化未來發(fā)展趨勢(shì)預(yù)判

（一）網(wǎng)絡(luò)高速化

全面感知能力是智能工廠建設(shè)的核心能力，需要全覆蓋的無線網(wǎng)絡(luò)和先進(jìn)的傳感技術(shù)支撐。因此無處不在的高速網(wǎng)絡(luò)接入，是實(shí)現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)保障。網(wǎng)絡(luò)包含兩方面：一是全面覆蓋的、高帶寬的工業(yè)4G網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、無線視頻監(jiān)控、人員定位、智能巡檢、無線抄表及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等應(yīng)用；二是工業(yè)無線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，配合相應(yīng)WIA-PA無線適配器，實(shí)現(xiàn)對(duì)相對(duì)分散的計(jì)量、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的低成本采集和傳輸。

（二）三維可視化

利用三維虛擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工廠環(huán)境的可視化以及立體監(jiān)控、侵入式交互、協(xié)同式管理，使設(shè)計(jì)到制造之間的不確定性降低，使生產(chǎn)過程在三維虛擬工廠中得以檢驗(yàn)，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝中存在的不足，縮短從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化時(shí)間。同時(shí)，滿足面向資產(chǎn)、綜合管理的三維應(yīng)用需求，為數(shù)字工廠完整解決方案提供基礎(chǔ)支撐：一是設(shè)備管理的三維應(yīng)用，集成現(xiàn)有工藝、設(shè)備狀態(tài)、視頻及各建設(shè)階段數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備部件級(jí)、毫米級(jí)的工廠模型管理；二是地下管線三維GIS可視化應(yīng)用，管道及周邊環(huán)境信息的收集及數(shù)字化改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸管線的全天候監(jiān)控，提升應(yīng)急處置能力。

（三）業(yè)務(wù)集成化

基于企業(yè)服務(wù)總線ESB的應(yīng)用集成平臺(tái)，通過多業(yè)務(wù)的有效集成與優(yōu)化整合，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)一體化和協(xié)同化。一方面，ESB通過標(biāo)準(zhǔn)的適配器和接口來完成服務(wù)之間的相互操作，提升信息共享水平；另一方面，ESB與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線OPC、數(shù)據(jù)集成總線配合，支撐企業(yè)應(yīng)用集成和業(yè)務(wù)集成，擴(kuò)展企業(yè)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)集成范圍及共享范圍，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)的融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化管理。

（四）應(yīng)用智能化

結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）、電子標(biāo)簽（RFID）、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，搭建四層一體的智能化應(yīng)用體系——全面感知及智能數(shù)據(jù)采集的傳感終端層、可靠安全傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層、信息共享的智能平臺(tái)層、分析決策的智能應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)裝置數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)高速化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、應(yīng)用集成化、感知實(shí)時(shí)化，為智能工廠奠定基礎(chǔ)。目前中石化全自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)、智能巡檢、智能管線等智能化應(yīng)用已逐步開展。