智能化:石化业由大转强必由之路

作者:杨友麒 文章来源:中国化工报 发布时间:2016-03-03
大而不强是中国作为世界石化大国的一个软肋,这主要体现在企业盈利能力差、能源和资源利用效率低、产品质量问题突出、产业结构不合理、生产性服务业发展滞后等多个方面。

中国系统工程学会过程系统工程专业委员会副主任、中国化工学会信息技术专业委员会专家顾问委员会主任 杨友麒 
  
  编者按 大而不强是中国作为世界石化大国的一个软肋,这主要体现在企业盈利能力差、能源和资源利用效率低、产品质量问题突出、产业结构不合理、生产性服务业发展滞 后等多个方面。在互联网时代到来之际,在《中国制造2025》行动纲领引导下,借助新型信息化和互联网技术,提升企业的智能制造水平,这些问题有望一一破 解。尽快提升石化行业智能化水平,是中国由石化大国向强国跨越的必由之路。

  炼化行业开启 智能之门

  ☆智能制造能形成新的制造和商业模式

  ☆“十二五”后期力推智能试点工程

  ☆中石化是智能制造的先行者和排头兵 
  
  去年5月国务院提出《中国制造2025》行动纲领,全面部署推进我国实施由制造大国向制造强国转变战略,目的是要实现中国制造向中国创造的转变,中国 速度向中国质量的转变,中国产品向中国品牌的转变,完成中国制造由大变强的战略任务。按照规划,到2020年,制造业重点领域智能化水平将显著提升,试点 示范项目运营成本降低30%,产品生产周期缩短30%,不良品率降低30%。

  与国际先进水平相比,我国石油和化工行业总体智能化水平还处在初级阶段,但中石化、中石油等企业经过近10年的发展,其中一些企业已经向智能化迈出了一大步,个别企业也取得了与国际先进水平比肩的成果。

  化工智能制造是面向生产的全产业链环节,将新一代信息技术与现有石化生产过程的工艺和设备运行技术以及管理和操作人员进行深度融合,实现工厂横 向、纵向和端对端的高度集成,能提升4项关键能力:实时感知能力、机理分析能力、模型预测能力和优化协同能力,以更加精细和动态的方式提升工厂运营管理水 平,并推动形成新的制造和商业模式创新。而上述4项能力分别代表了智能制造的基础、关键、手段和目的。

  我国石油和化工行业从“十二五”的后半期开始加大力度进行智能化试点工程。

  作为国内石化龙头企业,中石化当之无愧地属于智能制造的先行者和排头兵。2012年中石化启动了智能工厂总体规划,提出了智能工厂的目标和愿 景;2014年中石化完成了智能工厂系统设计,制定了包含技术、数据和应用的标准化体系,并全面启动燕山石化、镇海炼化、茂名石化、九江石化4个试点的建 设工作。2015年5月,九江石化入选工信部全国第一批46家智能制造试点示范单位。

  中石化将智能制造分为3个业务主线:一是从采购、制造、销售到配送的企业供应链流程,包括从原油采购、原油配送、炼油加工、化工生产、成品油配 送、化工产品配送及销售的供应链全过程;二是从经营管理、生产管理到自动化控制的企业管控一体化,覆盖工厂中多个专业管理领域;三是从设计、工程到运营的 工厂全生命周期,涵盖整个工程项目全生命周期。

  九江石化、金陵石化围绕效益最大化建成了炼化一体化全流程优化平台,实现了采购、计划、调度、操作的全过程优化,形成了自上而下、由下到上的协 同生产新模式。其中,九江石化通过运行新智能化系统,员工总数减少12%、班组数量减少13%、外操室数量削减35%,2014年综合增效2.2亿元。

  计划生产协同优化平台的核心包括生产计划优化和调度优化,而这两方面都需要用全流程模拟来做支撑。生产计划优化根据自己装置和生产任务,按原油 评价系统提供的信息通过线性规划优化计算最佳原料油品的选取,这一环节可增效上亿元。之后按照选购好的原油来计算最佳加工方案,这就需要用全流程模拟软件 (桌面炼油厂)来计算不同加工方案的效益,优选利润最大化的加工方案。有了全流程加工方案和年度生产计划,就可以将此信息传给调度优化,将其分解到每个装 置每周、每天的生产调度计划中。

  中国石油集团公司也高度重视信息化工作,早在十几年前就提出数字油田的概念。经过十几年的发展,中国石油集团在数字化油田建设方面取得了可喜的成就,现在已经并开始向智能油田迈进。 

  转型离不开 智能制造
  
  ☆大规模生产转向小量多种是潮流

  ☆互联网时代来临奠定物质基础

  ☆精细化工智能制造模式适合创业创新 
  
  未来10年是我国化工行业实现由大变强的关键时期。只有完成好由大变强的战略转型,我们才能在面向两个市场、利用两种资源的全球竞争中立于不败之地。

  不仅是中国,其实在经济发达国家的工业化过程中,都不可避免地要面对规模经济和范围经济两种模式的基本矛盾。所谓规模经济指的是品种少、规模越 大成本越低的经济,它以装备规模大型化为基础,只有做大才可能强;而范围经济指的是企业(或园区)规模达到一定阶段,利用现有设备、渠道共享,增加一些产 品种类,在没有显著增加成本的条件下,在一定范围内共享资源,降低产品平均成本,进而实现业务的多元化,更好地满足消费者个性化的需求,也即所谓的长尾经 济。互联网时代的来临,让范围经济的重要性凸显出来。

  长期以来,规模经济都处于主导地位,这是因为在蒸汽机/电力革命的时代,主导的生产力是以分工和专业化为取向的,尚不存在以协调为取向的信息技 术革命,多品种个性化生产是不符合成本原则的。但是随着信息革命改变了游戏规则,范围经济逐步上升到主导地位。托夫勒的第三次浪潮理论指出,单一品种大规 模生产转向小批量、多品种生产是今后的发展潮流。

  对于化学工业来说,这种范围经济也就是精细化工。我国所说的精细化工包括了功能化学品和特种化学品,这类产品在化学工业的价值链中处于后端,具 有专用性强、功能性强、技术密集、附加价值高、经济效益好的特点。而且越是接近终端用户,其价值越高,其科研开发费用也越高,技术密集程度越高。以燃料电 池功能膜材料价格链为例,我们就可以清楚地看到从大宗原料到特种化学品的增值过程:如果合成高分子膜的单体价格为1美元,制成合成材料后为6美元,加工成 高分子膜价值就提升为56美元,制成膜电极装配成品(包括催化剂)就可以卖到152美元。产品价格的增值显而易见。
 
  长期以来,我国化工品制造业的转型升级一直没有解决精细化工发展问题,这与我国实力最强的三大石油公司将自己定位于能源化工公司有关。由于其主要的业 务和精力放在了通用能源和大宗原材料上,致使国内急需的高端石油化工产品长期大量进口。以高密度聚乙烯(HDPE)为例,2014年我国HDPE消费量为 950万吨,其中进口量为410万吨,占消费总量的43.2%。尽管国内的HDPE生产能力已达到855万吨/年,但是品牌少、低水平产能重复建设,开工 率只有60%,高压电缆用的HDPE全部进口,高强度棚膜用料80%进口。2014年我国进口HDPE 460万吨,花费70亿美元。一方面通用产品产能过剩;另一方面高端产品大量进口,石油和化工行业产品结构向精细化的转型迫在眉睫。

  时下,互联网时代的来临,为范围经济发展奠定了社会物质基础,它使新增加产品的配送、营销等成本可以降得很低,同时云存储/云计算为范围经济提 供了信息资源共享的方便条件。云计算可提供SaaS(软件即服务)、PaaS(平台即服务)、BPaaS(商务云计算平台即服务),使多种化工企业可以方 便地共享化工应用软件(如流程模拟、分子模拟),共享应用平台服务和商务管理服务。例如,SAP的企业资源管理ERP软件是很贵的,一个大型石化企业要购 买动则需要几亿元、十几亿元,而用BPaaS则可以将其放在云计算的“云端”,采用按时租用付费,成本就大大下降。

  而精细化工生产往往多为间歇过程,这就属于工件加工型(Job Shop)工厂,其智能制造模式和连续过程有很大不同,可以参照德国工业4.0的架构来考虑。这类智能制造具有高度灵活性,能够根据市场需求,尽快地开发 出符合需要的化学品,而且快速投放市场。另一方面,此类生产科研开发费用高,但因批量小,所以装置投资费用低,入门门槛低,正是大众创业、万众创新的好题 目。
    
  智能化进程 尚需凝心聚力
  
  ☆制造服务业服务能力欠缺

  ☆信息化建设投入比例过低

  ☆鲜有专业IT公司深耕行业  
  
  毋庸置疑,智能化转型是中国石化和化工行业未来发展方向。但在具体的实施层面还有许多功课要做。

  首先,与世界石化强国相比,我们在化工信息化建设方面资金投入严重不足,这是大而不强的重要原因之一。

  智能制造的基础是CPS(虚拟—物理系统),而CPS的建设是需要足够的投入来打基础的,没有CPS的基础,智能化无从谈起。世界排名前50的 大型跨国公司每年会拿出总销售收入的1.5%~2.5%作为信息化建设费用。数据显示,壳牌公司的信息化费用高达总销售额的4%。而中国石化每年投入信息 化建设费用约20亿元,仅占其销售额的0.07%左右。中国石化在国内信息化建设方面是石油化工界的领头羊,其他化工公司的信息化资金投入可想而知。这样 下去我国在未来制造业革命中的前景实在堪忧。

  其次,目前我国制造服务业的服务能力十分欠缺,特别是专门针对石油和化工行业的IT技术服务更是十分薄弱。

  目前,我国的网购和电子商务很发达,但制造业和IT产业还是两张皮,我们还没有看到有影响力的制造服务商。石油和化工行业的复杂性让许多IT公 司望而却步,国内鲜有专业的软件/互联网等IT公司愿意深耕石油和化工行业。我国几家特大型石油化工公司虽然自己内部有相当强的IT队伍,如中石化的石化 盈科、中石油的瑞飞信息技术、中国化工集团的中国化工信息中心等,但其母公司均没有想将其彻底进行体制改造,打造成面向行业提供社会化、专业化服务的公 司。
 
  在这方面,国际上一些知名软件/互联网等IT公司跨界延伸服务已经深入到实体制造业中,其中美国GE和微软公司的做法值得我们借鉴。

  美国总统奥巴马2012年提出再工业化后,GE总裁伊梅尔特一方面提出工业互联网的新概念,联合IBM、思科等5家美国最大IT企业成立工业互 联网联盟;另一方面GE将自己定义为服务性公司,整合内部IT资源,成立GE Digital集团公司,开发了基于云计算的管理平台Predix,目前该平台已在公司内部上线,管理了横跨13个行业的1万亿美元的资产,以及1000 万个传感器的数据。微软公司则启动了Chem RA(Chemical Reference Architecture) 基于云计算的化工制造智能化平台。他们在立项调研中发现大部分化工企业都存在主业和IT信息技术“两层皮”问题,而云计算则是解决这一问题最有力的手段, 因为云解决方案就是面向协作、移动和开放的世界。

  国务院在2015年发布《中国制造2025》,提出大力发展面向制造业的信息技术服务,提高重点行业信息应用系统的方案设计、开发、综合集成能 力。鼓励互联网等企业发展移动电子商务、在线定制、线上到线下等创新模式,积极发展对产品、市场的动态监控和预测预警等业务,实现与制造业企业的无缝对 接,创新业务协作流程和价值创造模式。

  我们期待更多的国内软件/互联网等IT公司也能深入化工制造业,实现与制造业企业的无缝对接,共同携手打造好中国石油和化工行业的智能制造之舟。


背景资料


插上智慧的翅膀

  一年前,国务院发布了《中国制造2025》,为我国制造业描绘了一幅迈向高端的宏伟蓝图,也为受困于产能过剩和需求不振的石油和化工行业指明了发展方向——以装备制造为突破口,以绿色制造为导向,以信息化和自动化技术为支撑,加强自主开发,提高企业竞争力。

  经过半个多世纪的努力,我国石油和化学工业取得了令人瞩目的成就,但是距离国际领先还有不小的差距。在不少人眼里,行业依然摆脱不了“傻大黑粗”的形象。近期油价低位徘徊、经济下行压力渐增,也让行业发展的脚步更加沉重。
 
  在这种情况下,《中国制造2025》提出智能制造理念,给行业带来了一缕清风。智能制造是基于新一代信息通信技术的新型制造模式,能够缩短产品研制周 期,提高生产效率、产品质量和安全水平。这种新业态、新模式,将对传统石化行业的管理理念、生产方式、商业模式带来革命性、颠覆性影响。加快推进智能制 造,是实施《中国制造2025》的主攻方向和战略举措,更是石油和化工行业紧跟世界发展趋势、实现转型升级的必然趋势和关键所在。

  目前,美国的工业互联网、德国的工业4.0发展如火如荼,而我国石化行业智能制造的推广才刚刚开始,示范试点屈指可数。倡导智能制造的先进理 念,推广先进技术和设备,促进行业与物联网、云计算、大数据、移动通讯等新一代信息技术融合,打造先进制造业,最终实现智能化、社会化生产的最新形态,我 们责无旁贷。

  石化产业实现智能制造,离不开物理信息系统,也离不开装备制造业的升级,离不开仪器仪表与控制系统、关键基础零部件及通用部件、智能专用装备等的支撑。 

  围绕《中国制造2025》提出的发展思路,《中国化工报》特开设《智能制造》周刊,希望通过对石油和化工行业和企业信息化、智能化发展理念及实 践的宣传和推广,对相关装备、部件的报道,为产业智能化升级提供参考,为可持续发展提供新动力,助推行业迈向制造强国。我们相信,随着智能制造的加快推 进,中国石油化工行业将插上智慧的翅膀,飞向石化强国的彼岸。

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