基于智能數(shù)字孿生的石化智能制造平臺(tái)

基于智能數(shù)字孿生的石化智能制造平臺(tái)基本情況企業(yè)簡(jiǎn)介：企業(yè)主營業(yè)務(wù)、發(fā)展目標(biāo)、企業(yè)所屬行業(yè)特點(diǎn)、企業(yè)信息化數(shù)字化基礎(chǔ)現(xiàn)狀等山東天弘化學(xué)有限公司是中國500強(qiáng)企業(yè)——中國萬達(dá)集團(tuán)的全資子公司，位于山東省東營市東營港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，2012年4月27日注冊(cè)成立，注冊(cè)資本20億元。公司擁有整體設(shè)計(jì)、一次建成、經(jīng)國家發(fā)改委認(rèn)定的500萬噸/年煉化裝置，綜合加工能力達(dá)到2300多萬噸/年。在行業(yè)內(nèi)率先引進(jìn)法國阿克森斯汽油加氫技術(shù)和丹麥托普索柴油加氫技術(shù)，生產(chǎn)的汽、柴油全部達(dá)到國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)。取得成品油批發(fā)經(jīng)營資質(zhì)、440萬噸/年進(jìn)口原油使用資質(zhì)、原油進(jìn)口資質(zhì)和燃料油進(jìn)口資質(zhì)，并通過了ISO質(zhì)量、環(huán)境、職業(yè)健康安全、能源管理體系認(rèn)證和安全生產(chǎn)企業(yè)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)標(biāo)，通過海關(guān)高級(jí)認(rèn)證，實(shí)驗(yàn)室通過國家CNAS認(rèn)證。連續(xù)多年榮列“中國石油和化工民營企業(yè)百強(qiáng)”和“中國石油和化工企業(yè)500強(qiáng)”前列，并被山東省委省政府確定為全省重點(diǎn)支持發(fā)展的5家石化企業(yè)之一，不參與地?zé)捳?。主要產(chǎn)品有汽油、柴油、液化氣、丙烷、丙烯、石油焦、油漿、硫酸、MTBE等。公司主要建成裝置有：500萬噸/年常減壓裝置、200萬噸/年催化裝置、180萬噸/年焦化裝置、150萬噸/年加氫裂化裝置、180萬噸/年柴油加氫裝置、80萬噸/年汽油加氫裝置、100萬噸/年重整裝置、45萬噸/年氣分裝置、45萬噸/年丙烷脫氫裝置，8萬噸/年MTBE裝置、40000Nm3/h制氫裝置、20萬噸/年硫酸聯(lián)合裝置，污水處理廠和儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)及公用工程設(shè)施。傳統(tǒng)的煉化企業(yè)面臨各種的挑戰(zhàn)，高污染、高能耗、低效率的生產(chǎn)模式逐漸不適應(yīng)現(xiàn)在的生產(chǎn)要求。且大宗原料價(jià)格持續(xù)波動(dòng)，煉化企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)上升，綠色環(huán)保要求不斷提高?？偟脕碚f生產(chǎn)制造業(yè)主要面臨供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)管控、資產(chǎn)管理、能源管理和安全環(huán)保的問題已經(jīng)越來越制約企業(yè)的發(fā)展。在地方民營企業(yè)中，數(shù)字化應(yīng)用起步較晚，雖然建立了一些專業(yè)化信息系統(tǒng)，但在基礎(chǔ)資料管理、設(shè)備管理、生產(chǎn)管理和信息管理方面仍存在嚴(yán)重不足。痛點(diǎn)問題：公司原有的信息系統(tǒng)存在基礎(chǔ)主數(shù)據(jù)不一致；系統(tǒng)孤島，資源不能共享；生產(chǎn)過程、能耗和安全實(shí)時(shí)掌控：數(shù)據(jù)深度分析及挖掘應(yīng)用等問題。煉化行業(yè)面臨巨大壓力挑戰(zhàn)，然而隨著國家石化產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃、煤炭和煤能源化工規(guī)劃、智能制造等一系列惠及能源化工行業(yè)發(fā)展的優(yōu)惠政策陸續(xù)出臺(tái)，讓煉化企業(yè)看到了新的機(jī)遇和升級(jí)發(fā)展契機(jī)。技術(shù)簡(jiǎn)介山東天弘化學(xué)有限公司為了加快智能化改造建設(shè)，于2018年啟動(dòng)智能數(shù)字孿生的石化智能制造項(xiàng)目。全力實(shí)施SAP升級(jí)改造、數(shù)字工廠平臺(tái)、大數(shù)據(jù)分析與挖掘平臺(tái)、設(shè)備管理、安全環(huán)保、實(shí)驗(yàn)室管理（LIMS）、生產(chǎn)控制執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、安全儀表系統(tǒng)（SIS）和內(nèi)網(wǎng)改造優(yōu)化等項(xiàng)目，建成了具備全面感知、預(yù)測(cè)預(yù)警、優(yōu)化協(xié)同、分析決策的智能制造數(shù)字工廠。實(shí)現(xiàn)裝置裝置加工損失降低0.2%、裝置運(yùn)行平穩(wěn)率提高0.1%、生產(chǎn)相關(guān)報(bào)表生成速度提高70%、全年能源消耗降低0.5%、高價(jià)值產(chǎn)品收率提升0.5%等，形成了獨(dú)特的技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，又陸續(xù)建設(shè)了智能一卡通、電商平臺(tái)等項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了多渠道銷售服務(wù)和司機(jī)自助制卡、地磅無人值守等，進(jìn)一步提高了服務(wù)水平，形成了服務(wù)優(yōu)勢(shì)。主要特點(diǎn)通過搭建分布式存儲(chǔ)的虛擬化平臺(tái)，為智能制造所需要的MES、LIMS、SAP、數(shù)字工廠等應(yīng)用提供計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)與存儲(chǔ)資源，確保數(shù)據(jù)的安全性，保障業(yè)務(wù)連續(xù)性與穩(wěn)定性。網(wǎng)絡(luò)及安全平臺(tái)：網(wǎng)絡(luò)方面，超融合一體機(jī)及SAPHANA一體機(jī)、備份一體機(jī)均需要連接到萬兆網(wǎng)絡(luò)，增加2臺(tái)華為S6720萬兆交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)超融合、SAP一體機(jī)以及備份一體機(jī)的數(shù)據(jù)專用傳輸網(wǎng)絡(luò)；另外，考慮為現(xiàn)有2臺(tái)華為S7706核心路由交換機(jī)各配置1塊32端口萬兆以太網(wǎng)光接口板，提供業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的萬兆交換鏈路。安全層面，除利用防火墻實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的安全隔離外，為現(xiàn)有生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸配置工控安全設(shè)備。天弘與集團(tuán)上下游產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)互聯(lián)，隨著集團(tuán)智能化改造項(xiàng)目的陸續(xù)推進(jìn)，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)天弘公司與宏旭公司、騰宇公司、威特化工、橡膠輪胎等相關(guān)產(chǎn)業(yè)通過集團(tuán)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。根據(jù)各公司生產(chǎn)需求計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化互補(bǔ)。例如天弘公司的副產(chǎn)品硫酸供給宏旭，威特化工生產(chǎn)的產(chǎn)品MTBE供給天弘公司，完善的產(chǎn)業(yè)鏈不僅大大提高了企業(yè)的更風(fēng)險(xiǎn)能力，還提高了企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。數(shù)字工廠基礎(chǔ)平臺(tái)，是工廠數(shù)字資產(chǎn)的主要管理平臺(tái)，不僅包括了設(shè)計(jì)、采購、施工、運(yùn)營和維護(hù)的各類靜態(tài)數(shù)據(jù)，也能夠與工廠運(yùn)行系統(tǒng)、維護(hù)系統(tǒng)等進(jìn)行多方集成，構(gòu)建完整的可視化數(shù)字工廠實(shí)時(shí)監(jiān)控模型，實(shí)現(xiàn)真正意義的貫穿全生命周期的工廠信息管理，提高工程項(xiàng)目和工廠運(yùn)營信息的有效性、完整性和準(zhǔn)確性。有助于降低工廠運(yùn)維費(fèi)用，縮短新建和改造項(xiàng)目周期。過去天弘化學(xué)的技術(shù)檔案資料分散存放在各個(gè)部門，而且以紙質(zhì)資料為主，存在遺矢損毀的風(fēng)險(xiǎn)。本項(xiàng)目共完成紙質(zhì)藍(lán)圖整理1萬余張，完成圖紙掃描1778張，圖檔主要包括設(shè)計(jì)藍(lán)圖、設(shè)計(jì)變更、圖紙會(huì)審記錄、信函傳真、工程聯(lián)絡(luò)單和三查四定等。所有完成掃描的圖檔均上傳至數(shù)字工廠平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)圖檔在線查看，既消除了資料遺失的風(fēng)險(xiǎn)，又提高了信息查詢的工作效率。傳統(tǒng)P&ID圖紙由普通CAD軟件繪制完成，圖面和數(shù)據(jù)沒有關(guān)系，無法更新，不易維護(hù)，且查詢困難，無法被智能化、數(shù)字化平臺(tái)調(diào)用。本項(xiàng)目采用智能P&ID設(shè)計(jì)軟件SPP&ID對(duì)全廠工藝流程圖紙進(jìn)行活化處理，共完成482張P&ID圖紙的智能活化工作。經(jīng)過活化處理的P&ID圖紙可以在數(shù)字工廠平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)智能檢索，二三維無縫對(duì)接，為工藝培訓(xùn)、技術(shù)討論提供了一種全新的手段，提高工作效率。由于天弘化學(xué)建廠已有數(shù)年，工廠也經(jīng)歷過諸多改造，僅僅依靠建廠初期的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行工廠三維逆向建模的工作，是無法建立與物理實(shí)際工廠一致的數(shù)字孿生工廠。本項(xiàng)目以焦化和常減壓車間為試點(diǎn)，進(jìn)行了三維激光全息掃描，總共掃描1065站，掃描精度達(dá)到了2mm?；趻呙璜@取的點(diǎn)云模型，進(jìn)行逆向三維建模，確保了數(shù)字工廠模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況保持一致，為車間后續(xù)的運(yùn)維和改造工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。以常減壓和焦化兩個(gè)車間為試點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)化建模，基于設(shè)計(jì)圖紙和激光點(diǎn)云模型，采用流程行業(yè)主流設(shè)計(jì)軟件Smart3D，對(duì)試點(diǎn)車間的設(shè)備、管道、鋼結(jié)構(gòu)、建筑等專業(yè)進(jìn)行精細(xì)化建模，其中包括設(shè)備建模457臺(tái)，管道建模2245根。對(duì)天弘化學(xué)紅線范圍內(nèi)試點(diǎn)車間以外的區(qū)域，基于設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)拍照，采用3dMAX軟件進(jìn)行普通建模，共完成48座生產(chǎn)裝置及附屬設(shè)施的普通建模?；谄胀Ｐ团c精細(xì)模型，可以進(jìn)行全廠的安全應(yīng)急模擬演練，也可作為企業(yè)形象宣傳的可視化素材來源。S3D與P&ID的集成通過接口開發(fā)，數(shù)字工廠實(shí)現(xiàn)了與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、視頻監(jiān)控、設(shè)備管理、SAP和HSE等系統(tǒng)的集成，通過數(shù)字工廠平臺(tái)，可以集中展示與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控畫面、設(shè)備\安環(huán)報(bào)警信息、備品備件及維護(hù)工單等信息，實(shí)現(xiàn)了工廠的跨平臺(tái)可視化運(yùn)維管理，為工廠的智慧運(yùn)維提供了強(qiáng)有力的支撐。落地應(yīng)用效果應(yīng)用價(jià)值：提高生產(chǎn)效率和降低成本：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化、智能化和優(yōu)化，從而提高生產(chǎn)效率和降低成本。例如，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集和分析等功能，可以減少人工干預(yù)和誤操作，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，同時(shí)也可以降低能源消耗和物料浪費(fèi)等成本。MES及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫項(xiàng)目實(shí)施完成后，裝置加工損失降低0.2%、裝置運(yùn)行平穩(wěn)率提高0.1%。全年能源消耗降低0.5%。應(yīng)用效果顯著。拓展市場(chǎng)和增加收益：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以幫助企業(yè)拓展市場(chǎng)和增加收益。例如，通過數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)銷售預(yù)測(cè)、庫存管理和供應(yīng)鏈優(yōu)化等功能，從而提高企業(yè)的銷售額和市場(chǎng)份額。電商平臺(tái)和智能一卡通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)司機(jī)自助制卡裝卸車、地磅無人值守等，每年為公司節(jié)省人工成本100余萬，并且大幅提高公司服務(wù)形象。促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和轉(zhuǎn)型：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和轉(zhuǎn)型。例如，通過智能制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制、智能調(diào)度和數(shù)據(jù)分析等功能，可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化和智能化，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，同時(shí)也可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和轉(zhuǎn)型。LIMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)樣品在線提報(bào)、掃碼掃描接收、語音提醒，并自動(dòng)生成樣品檢驗(yàn)報(bào)告、合格證。數(shù)據(jù)自動(dòng)采集率達(dá)到40%以上，準(zhǔn)確率達(dá)到100%，達(dá)到全國領(lǐng)先水平。每年節(jié)省原始記錄單約144萬張折合人民幣20余萬元。提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力。例如，通過人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)來提升企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量和客戶體驗(yàn)，可以幫助企業(yè)提高客戶滿意度和忠誠度，從而提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力；同時(shí)，通過技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)合作等方式，可以提高企業(yè)的創(chuàng)新能力和市場(chǎng)占有率。企業(yè)證言：企業(yè)高層領(lǐng)導(dǎo)或項(xiàng)目負(fù)責(zé)人證言目前我們智能化改造建設(shè)取得了不錯(cuò)的成績(jī)，但是我們一定要做好智能化項(xiàng)目和系統(tǒng)落地及深入應(yīng)用，使智能化系統(tǒng)發(fā)揮其功效，切實(shí)帶動(dòng)公司的管理水平和生產(chǎn)智能化水平進(jìn)一步的提升，善于發(fā)現(xiàn)不足，優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)用，制定好智能化改造戰(zhàn)略規(guī)劃，為公司智慧化建設(shè)，奠定良好的基礎(chǔ)，還要重點(diǎn)培養(yǎng)及懂生產(chǎn)技術(shù)又懂智能化技術(shù)的復(fù)合型人才，進(jìn)而保障公司智能化健康持續(xù)發(fā)展。推廣價(jià)值：應(yīng)用的行業(yè)推廣價(jià)值與前景等數(shù)字工廠技術(shù)在天弘化學(xué)的成功應(yīng)用，證明該數(shù)字工廠實(shí)施方案的科學(xué)性和合理性，實(shí)施成功后有利于在石化行業(yè)或相關(guān)行業(yè)進(jìn)行推廣,帶動(dòng)行業(yè)數(shù)字化技術(shù)發(fā)展。國內(nèi)其他石化行業(yè)企業(yè)可以參照本數(shù)字工廠項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)字化應(yīng)用，可以減少企業(yè)成本,優(yōu)化企業(yè)資源,提升整體行業(yè)管理水平，為產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供支持，示范性強(qiáng)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫項(xiàng)目建設(shè)，以提升企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理水平為主要目標(biāo)，瞄準(zhǔn)國際一流產(chǎn)品和技術(shù)，在山東地?zé)捫袠I(yè)率先應(yīng)用霍尼韋爾公司PHD產(chǎn)品，為全公司范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和管理建立了一套統(tǒng)一、開放、集成的一體化數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。該開放型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成工廠所有的過程數(shù)據(jù)并支持相關(guān)的應(yīng)用。這種全公司范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，為公司長遠(yuǎn)的信息化建設(shè)建立了統(tǒng)一可靠的生產(chǎn)管理信息化基礎(chǔ)架構(gòu)。它對(duì)信息流進(jìn)行統(tǒng)一有效的管理，確保所有應(yīng)用軟件所用數(shù)據(jù)的一致性，使基于此平臺(tái)所有應(yīng)用軟件能協(xié)同工作。從應(yīng)用效果來看，不但實(shí)現(xiàn)了公司生產(chǎn)管控的精細(xì)化和實(shí)時(shí)化，也有效支撐了“智能工廠”試點(diǎn)項(xiàng)目的建設(shè)，取得的成功經(jīng)驗(yàn)值得其他地?zé)捦袉挝唤梃b。通過先進(jìn)控制技術(shù)與大數(shù)據(jù)、人工智能的深度融合及落地應(yīng)用，響應(yīng)了國家“工業(yè)2025”發(fā)展戰(zhàn)略，為石化行業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用、創(chuàng)新變革提供了典型應(yīng)用案例。通過天弘化學(xué)智能工廠建設(shè)，已實(shí)施MES系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、改造ERP系統(tǒng)，將企業(yè)經(jīng)營管理層、生產(chǎn)執(zhí)行層、生產(chǎn)控制層全線管理打通、數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享，從而在生產(chǎn)控制及生產(chǎn)效率提升方面均得到顯著的改善。天弘化學(xué)實(shí)施的ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所取得的成果在山東省乃至全國地方煉廠具有典型的信息化示范作用，其經(jīng)驗(yàn)完全可以用于尚未實(shí)時(shí)智能制造的煉廠或則沒有實(shí)施MES系統(tǒng)或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的企業(yè)學(xué)習(xí)與借鑒。未來發(fā)展規(guī)劃為進(jìn)一步挖掘天弘化學(xué)公司汽柴油收率、降低蒸汽等能耗，以及通過系統(tǒng)解決過度依賴中控室主操經(jīng)驗(yàn)及人員流失造成的困境?；趭A點(diǎn)分析與系統(tǒng)集成技術(shù)，對(duì)裝置蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)、氫氣及燃料氣系統(tǒng)等進(jìn)行分析診斷、設(shè)計(jì)與改造；通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及NLP非線性規(guī)劃等數(shù)學(xué)工具，對(duì)工藝過程進(jìn)行仿真，并實(shí)時(shí)優(yōu)化操作。擬對(duì)天弘化學(xué)常減壓裝置進(jìn)行試點(diǎn)。過程集成優(yōu)化通過搭建常減壓裝置數(shù)學(xué)模型，采用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為常減壓裝置定制開發(fā)操作實(shí)時(shí)優(yōu)化軟件，指導(dǎo)操作工根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行操作優(yōu)化，改善各側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量卡邊控制及清晰切割，兼顧裝置節(jié)能效果。（1）在保證生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)裝置經(jīng)濟(jì)效益最大化常減壓裝置操作優(yōu)化軟件通過混合神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型提取各變量之間的物理關(guān)系，同步模擬和優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)和分離系統(tǒng)，旨在最大化裝置的經(jīng)濟(jì)效益。軟件主要通過以下幾種手段對(duì)裝置進(jìn)行操作調(diào)優(yōu)：?調(diào)節(jié)汽提蒸汽用量?調(diào)節(jié)中段取熱量?調(diào)整塔頂回流量?改變爐出口溫度通過提高原油中輕油的拔出率（蠟油中柴油餾分，以及渣油中的蠟油餾分）來提高產(chǎn)品的附加值。（2）提高日常生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)率及優(yōu)化操作效率常減壓裝置實(shí)時(shí)優(yōu)化軟件可以通過端口與數(shù)據(jù)庫連接，及時(shí)對(duì)裝置操作條件