流程工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)原材料工業(yè)，主要包括石油、化工、礦業(yè)、鋼鐵、有色、電力、建材等高能耗行業(yè)。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，我國已成為世界上門類最齊全、規(guī)模最大的流程工業(yè)制造大國，其產(chǎn)業(yè)集中化的程度和規(guī)模世界罕見。

近幾十年來中國流程工業(yè)雖然有了長足發(fā)展和進(jìn)步，但總體生產(chǎn)制造效能與國際先進(jìn)水平相比還有一定差距，目前流程工業(yè)的發(fā)展正受到資源、能源、環(huán)境方面的嚴(yán)重制約，如何由“全球制造大國”向“全球智造強(qiáng)國”轉(zhuǎn)變，急需制定創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型發(fā)展的戰(zhàn)略。

一、流程工業(yè)優(yōu)化制造的關(guān)鍵 2010年以來，國際學(xué)術(shù)界開始重視流程工業(yè)制造過程智能化的相關(guān)基礎(chǔ)理論研究，認(rèn)為現(xiàn)代信息技術(shù)和人工智能技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有革命性推動作用，流程工業(yè)制造過程智能化研究處于起步階段，各國在同一起跑線上。其中，主要國家制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略是“信息技術(shù)+先進(jìn)制造業(yè)”，所提出的智能制造戰(zhàn)略計劃大多面向離散工業(yè)，只有美國針對流程工業(yè)提出了具體的戰(zhàn)略計劃。

制造業(yè)分為離散制造業(yè)與流程制造業(yè)，二者存在顯著區(qū)別。離散制造業(yè)通過智能制造實現(xiàn)個性化定制，流程工業(yè)通過智能制造實現(xiàn)高效化和綠色化。

流程工業(yè)的特點是原料進(jìn)入生產(chǎn)線的不同裝備，通過物理化學(xué)反應(yīng)在信息流與能源流的作用下，經(jīng)過物質(zhì)流變化形成合格的產(chǎn)品。產(chǎn)品不能單件計量，產(chǎn)品加工過程不能分割。生產(chǎn)線的某一工序產(chǎn)品加工出現(xiàn)問題，必然影響生產(chǎn)線的最終產(chǎn)品。

我國流程工業(yè)裝置與發(fā)達(dá)國家類同，裝備與之相當(dāng)，甚至部分處于先進(jìn)或領(lǐng)先水平，然而普遍存在生產(chǎn)效率低、能耗物耗高、安全環(huán)保問題突出等現(xiàn)象，系統(tǒng)運(yùn)行水平參差不齊，與世界先進(jìn)有差距。究其原因，實現(xiàn)流程工業(yè)高效化和綠色化的關(guān)鍵，是實現(xiàn)生產(chǎn)工藝優(yōu)化和全流程整體運(yùn)行優(yōu)化。

生產(chǎn)工藝優(yōu)化是對已有的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化提升，以形成生產(chǎn)高性能、高附加值產(chǎn)品的先進(jìn)工藝和流程。全流程整體運(yùn)行優(yōu)化是指在全球化市場需求和原料變化時，以高效化與綠色化為目標(biāo)，使得原材料的采購、經(jīng)營決策、計劃調(diào)度、工藝參數(shù)選擇、生產(chǎn)全流程控制實現(xiàn)無縫集成優(yōu)化，使企業(yè)全局優(yōu)化運(yùn)行。生產(chǎn)工藝優(yōu)化和全流程整體運(yùn)行優(yōu)化一直是世界范圍內(nèi)的難題。我國原料成分復(fù)雜、生產(chǎn)工況波動大，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝優(yōu)化和全流程整體運(yùn)行優(yōu)化更加困難。

當(dāng)前，我國流程工業(yè)的經(jīng)營決策、資源與能源的配置計劃、生產(chǎn)計劃調(diào)度與控制系統(tǒng)指令，以及生產(chǎn)管理與運(yùn)行仍嚴(yán)重依賴知識型工作者的經(jīng)驗，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有實現(xiàn)全流程整體運(yùn)行優(yōu)化；生產(chǎn)工藝研究過程還停留于企業(yè)的生產(chǎn)試驗，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有實現(xiàn)數(shù)字煉鋼、數(shù)字煉油等虛擬制造。嚴(yán)重束縛了流程工業(yè)向高效化、綠色化方向發(fā)展。

但只要充分利用大數(shù)據(jù)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、虛擬制造、智能技術(shù)和知識工作自動化等新思想與新技術(shù)，結(jié)合鋼鐵、冶金、石化、電力等流程企業(yè)特點，通過工業(yè)化與信息化深度融合，推進(jìn)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造，就有可能實現(xiàn)中國流程工業(yè)生產(chǎn)工藝優(yōu)化和全流程整體運(yùn)行優(yōu)化，使中國流程工業(yè)由大變強(qiáng)、領(lǐng)先國際流程制造業(yè)。

二、流程工業(yè)智能優(yōu)化制造建議 針對流程工業(yè)智能優(yōu)化制造存在的難點和問題，中國工程院院士錢鋒指出，應(yīng)當(dāng)重點依托信息物理系統(tǒng)，從以下四個層面入手，解決和突破相關(guān)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)。

首先是在信息感知層面。流程工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程優(yōu)化調(diào)控和經(jīng)營管理優(yōu)化決策需要大量的實時信息，目前面臨的難點就是如何實現(xiàn)從原料供應(yīng)、生產(chǎn)運(yùn)行到產(chǎn)品銷售全流程與全生命周期資源屬性和特殊參量的快速獲取與信息集成。因此，原材料與產(chǎn)品屬性的快速檢測、物流流通軌跡的監(jiān)測以及部分關(guān)鍵過程參量的在線檢測是實現(xiàn)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造的前提和基礎(chǔ)。

其次是在管理決策層面。核心是要解決如何深度融合市場和裝置運(yùn)行特性知識進(jìn)行管理模式的變革。由于企業(yè)生產(chǎn)計劃的不確定因素眾多，原料采購價格和市場需求多變，給企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行和經(jīng)營管理的決策帶來難題。同時目前企業(yè)的原料采購與裝置運(yùn)行特性關(guān)聯(lián)度不高、產(chǎn)品生產(chǎn)與市場需求脫節(jié)。因此，以大數(shù)據(jù)、知識型工作自動化為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)為制造過程計劃和管理的優(yōu)化決策帶來了契機(jī)。

第三是在生產(chǎn)運(yùn)行層面。流程工業(yè)制造過程通常采用由經(jīng)濟(jì)優(yōu)化層、計劃調(diào)度層、先進(jìn)控制層、基礎(chǔ)控制層等不同功能層組成的分層遞階結(jié)構(gòu)，雖然解決了部分產(chǎn)銷、管控銜接等關(guān)鍵技術(shù)難題，然而現(xiàn)有分層模式進(jìn)行操作優(yōu)化的前提是“穩(wěn)態(tài)假設(shè)”，如何根據(jù)實際過程的動態(tài)實時運(yùn)行情況，從全局出發(fā)協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部分的操作，成為生產(chǎn)過程優(yōu)化調(diào)控的核心。解決該問題，需要將物質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)理與裝置運(yùn)行信息進(jìn)行深度融合，建立過程價值鏈的表征關(guān)系，實現(xiàn)生產(chǎn)過程全流程的協(xié)同控制與優(yōu)化。

最后是在能效安環(huán)層面。流程工業(yè)產(chǎn)生大量化學(xué)污染物，以廢水、廢氣、廢渣甚至危化品等形式排放到環(huán)境中，然而，目前中國在危化品監(jiān)管方面的措施落實不到位，導(dǎo)致危化品事故頻發(fā)，其核心就是缺乏生產(chǎn)制造全生命周期安全環(huán)境足跡監(jiān)控與風(fēng)險控制的手段。鑒于此，如何通過傳感、檢測、控制以及溯源分析等新方法和新技術(shù)，突破流程工業(yè)安全環(huán)境足跡監(jiān)控與溯源分析及控制的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)，是實現(xiàn)綠色制造的迫切需求。

流程工業(yè)智能優(yōu)化制造最終要在工程技術(shù)層面實現(xiàn)“四化”，即數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和自動化。同時，在企業(yè)生產(chǎn)制造層面也要實現(xiàn)“四化”，即敏捷化、高效化、綠色化和安全化。實現(xiàn)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造，不僅能夠增加企業(yè)效益與社會效益，更能夠提升整個行業(yè)的資源配置與運(yùn)行效率，使我國在流程工業(yè)上趕超其他國家，提升國家的整體競爭力。

三、流程工業(yè)智能工廠應(yīng)用案例 某氯堿企業(yè)典型的“煤-電-電石-聚氯乙烯-電石渣水泥”循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，聚氯乙烯樹脂137萬噸/年、燒堿100萬噸/年、電石200萬噸/年、水泥260萬噸/年、乙二醇10萬噸/年、1，4-丁二醇10萬噸/年，發(fā)電125億度/年。隨著生產(chǎn)規(guī)模、原材料成本等優(yōu)勢的喪失，企業(yè)運(yùn)營變得越來越困難。

中控科技集團(tuán)與該企業(yè)合作，圍繞企業(yè)“節(jié)能減排、流程優(yōu)化、減人增效、綠色安全”等管理目標(biāo)，以智能工廠建設(shè)為契機(jī)，建設(shè)了生產(chǎn)管控信息化支撐系統(tǒng)，為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，該企業(yè)2016年還被工信部評選為智能制造試點單位。

在裝備自動化方面，對PVC、燒堿車間的生產(chǎn)線進(jìn)行了智能化改造，使用了PVC包裝機(jī)器人和片堿包裝碼垛機(jī)，人工減少50%，操作誤差降低80%。

在智能檢測層面，對涉及12個生產(chǎn)板塊的10萬多塊儀表進(jìn)行了改造、聯(lián)網(wǎng)，為企業(yè)實現(xiàn)泛在感知奠定了堅實的基礎(chǔ)。

在智能控制層面，我們建設(shè)了13個分廠的9套控制系統(tǒng)。在1，4-丁二醇、乙二醇、密閉電石爐、以及2×300 MW機(jī)組等工藝技術(shù)先進(jìn)的重大裝置上實施了中控的ECS-700型控制系統(tǒng)，控制效果達(dá)到設(shè)計要求。

在智能操作層面，針對高耗能的電石爐，通過建立電極電流、電極電壓、電極功率、爐內(nèi)壓力等關(guān)鍵操作變量過程模型，實施先進(jìn)控制，其控制效果得到顯著改善，經(jīng)過標(biāo)定計算，噸電石耗電量降低2.37%。同時，針對熱電、電石、水泥、化工四大耗能生產(chǎn)板塊，改造、新增能源計量儀表近4 000塊，建立了基于水、熱力學(xué)能源管網(wǎng)模型，對熱電聯(lián)產(chǎn)的機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，保障各機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。通過數(shù)據(jù)對比分析，優(yōu)化后降低煤耗1.45%，每年可節(jié)約4.29萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

在生產(chǎn)運(yùn)營方面，建立了ERP、OA等管理平臺，通過智能工作流引擎促進(jìn)經(jīng)營管理業(yè)務(wù)的高效與協(xié)同，大大提高了生產(chǎn)管理的質(zhì)量和效率。

基于工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，建立了基于原料、產(chǎn)量、質(zhì)量、設(shè)備等主題的分析模型，幫助管理者進(jìn)行科學(xué)決策，優(yōu)化管理與生產(chǎn)。

“十三五”期間，該企業(yè)在智能工廠建設(shè)方面將進(jìn)一步加大投入，繼續(xù)推進(jìn)信息化項目建設(shè)，如建設(shè)關(guān)鍵裝置先進(jìn)控制、重大危險源監(jiān)察、設(shè)備故障診斷及主動防護(hù)、跨境電商平臺等，不斷完善企業(yè)業(yè)務(wù)管理的IT支撐體系，為企業(yè)發(fā)展提供新動力。