流程工業(yè)邁向智能制造時代
http://www.gocycling.com.cn流程工業(yè)主要包括石油、化工、鋼鐵、有色、建材等基礎(chǔ)原材料行業(yè)，是國民經(jīng)濟的支柱和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是我國經(jīng)濟持續(xù)增長的重要支撐力量。
經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，我國流程工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，關(guān)鍵技術(shù)不斷取得突破，已發(fā)展成為世界規(guī)模最大的流程工業(yè)制造國家。然而在流程工業(yè)生產(chǎn)制造總體效能上仍與國際先進水平存在差距流程工業(yè) 體現(xiàn)在資源和能源的利用效率亟需提升、安全和環(huán)保問題日益突出等。如何積極應(yīng)對全球化制造新形勢帶來的機遇和挑戰(zhàn)流程工業(yè) 有效利用現(xiàn)代信息技術(shù)，解決目前流程工業(yè)在經(jīng)營決策層面、生產(chǎn)運行層面、能效安環(huán)層面以及信息集成層面存在的瓶頸問題，推進以高效化、綠色化和智能化制造為目標的流程工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展智能制造，實現(xiàn)全局生產(chǎn)、管理以及營銷模式的變革智能制造，是流程工業(yè)實現(xiàn)高端制造的關(guān)鍵所在。
當今時代智能制造，信息化與工業(yè)化呈現(xiàn)加速融合趨勢，為實現(xiàn)“新工業(yè)革命”時代下制造業(yè)模式創(chuàng)新與企業(yè)變革，我國提出了“中國制造2025”戰(zhàn)略，并提出了“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開發(fā)和共享發(fā)展”理念。為解決資源、能源與環(huán)保的約束問題，提高生產(chǎn)制造水平和效能，流程工業(yè)必須貫徹“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，以企業(yè)生產(chǎn)全局及經(jīng)營全過程的高效化與綠色化為目標，從工藝流程優(yōu)化和生產(chǎn)、管理以及營銷模式的變革出發(fā)，推進智能優(yōu)化制造、綠色制造和高端制造，這對促進中國制造業(yè)，特別是流程工業(yè)提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重大意義。
近年來，以石化、鋼鐵產(chǎn)業(yè)為代表的流程制造行業(yè)，急需產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的新動能，現(xiàn)有的制造模式存在一些亟待解決的難題，主要是資金流、物質(zhì)流、能量流和信息流的集成和高效調(diào)控，其分別對應(yīng)信息感知、管理決策、生產(chǎn)運行、能效安環(huán)等實際運行層面。
針對流程工業(yè)智能優(yōu)化制造存在的難點和問題，應(yīng)當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行特性知識進行管理模式的變革。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。
第三是在生產(chǎn)運行層面。流程工業(yè)制造過程通常采用由經(jīng)濟優(yōu)化層、計劃調(diào)度層、先進控制層、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)化機理與裝置運行信息進行深度融合，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。鑒于此，我們提出流程工業(yè)智能優(yōu)化制造的愿景目標是：在已有的物理制造系統(tǒng)基礎(chǔ)上，充分融合人的知識，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、（移動）網(wǎng)絡(luò)通訊和人機交互的知識型工作自動化以及虛擬制造等現(xiàn)代信息技術(shù)，從生產(chǎn)、管理以及營銷全過程優(yōu)化出發(fā)，推進以高效化、綠色化和智能化為目標的流程工業(yè)智能優(yōu)化制造，不僅要實現(xiàn)制造過程的裝備智能化，而且制造流程、操作方式、管理模式也實現(xiàn)自適應(yīng)智能優(yōu)化，使得企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益最大化。
綜上，通過信息化和工業(yè)化深度融合實現(xiàn)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造仍存在著許多難題，無論是從基礎(chǔ)理論上還是工程實踐中都有很多難關(guān)需要一一克服。同時也應(yīng)看到，智能優(yōu)化制造對于流程工業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重大意義。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。流程工業(yè)的智能優(yōu)化制造對于我國既是機遇，也是挑戰(zhàn)，相信在國家政策支持下，通過行業(yè)努力發(fā)展，我國的流程工業(yè)將會順利進入智能制造時代。