信息化及其新技术对炼化产业变革影响的思考

吴 青

（中海石油炼化有限责任公司，北京100029）

综述与专论

信息化及其新技术对炼化产业变革影响的思考

吴 青

（中海石油炼化有限责任公司，北京100029）

介绍了信息化及其新技术，如社交媒体、云计算、大数据、物联网、移动互联、区块链、虚拟现实和人工智能，并对这些技术对推动炼化产业生产模式变革、营销模式变革以及管理变革的影响进行论述、实例分享，并提出了今后发展以及应对策略。

炼化产业；信息化；信息化新技术；重大影响与变革

信息化是中国加快实现工业化和现代化的必然选择，目前国家提倡、企业拥护的深化“互联网+”应用与“两化融合”正蓬勃推进与发展。云计算、大数据、物联网、移动应用、社交媒体、区块链、虚拟现实、人工智能等信息化新技术，能大大推动全球经济增长，到2025年可能会产生14万亿~33万亿美元的经济价值［1］。

炼油化工行业是中国国民经济的基础工业和典型的传统产业，是流程最长、工艺最复杂的制造业之一，具有原料物性复杂、生产工艺复杂、生产装备复杂等特点。当前安全环境因素以及经济、环境、社会多目标协同发展以及市场竞争压力和管理效率要求使石油化工生产面临严峻挑战。炼化产业的发展正在上述压力下砥砺前行，而信息化及其信息技术的迅猛发展正在对其产生巨大冲击。一方面信息化新技术改变了石化产品市场格局和用户消费行为，使市场竞争日趋激烈；另一方面，信息化新技术对炼化生产模式的变革与创新也起到了推动作用，炼化产业的生产、管控和经营等各方面业务均面临重大变革和新的发展态势。不管消费者、市场规则、供应企业出于主动还是被动，都在顺应趋势做出转变。

1 炼化信息化及信息化新技术的发展

现代工业经历了机械化﹑电气化和信息化过程，信息化是工业化发展到现今阶段的必然产物。目前，随着“互联网+工业”﹑“工业 4.0”和“中国制造 2025”等概念相继袭来与深化应用，以工业化和信息化深度融合为核心的智能化制造成为制造业的发展方向与趋势。从资源角度看，信息化把信息作为重要的资源之一。从生产形态角度看，信息化使人类的物质生产转变为物质、信息和知识生产，由机器制造机器转变为由计算机制造机器和信息，促进信息产业、信息产品、信息技术、信息资源与传统产业、传统产品、传统技术、传统资源的融合和渗透。以物质、能源为主导地位的制造业向以信息为主导地位的制造业转变和发展的过程，就是工业信息化。

企业是制造业的基础，因此，工业信息化的重点是企业信息化。企业信息化就是全面应用信息技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术以及现代管理思想与方法、技术等，来武装、提升和改造传统产业，并在“决策管理层、执行层和过程控制层”以及企业内部和外部，全面提升生产技术能力、经营管理能力和市场应变力。

1.1 社交媒体——“传播效应，销售机会”

社交媒体是用户之间基于互联网分享意见、见解、经验和观点的工具和平台，也是企业开拓公共关系和提供客户服务的渠道。

1.2 “云、大、物、移”

“云、大、物、移”是云计算、大数据、物联网和移动通讯等4大类信息化技术的简称。

1）云计算。云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，拥有每秒10万亿次的强大运算能力，可以模拟核爆炸、预测气候变化和市场发展趋势。

对云计算的定义有多种说法，现阶段广为接受的是美国国家标准与技术研究院（NIST）给出的定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池，这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。

目前中国云服务的市场规模约为300亿元，按市场销售金额计算，新华三、华为、浪潮位居市场前三位［2］。

2）大数据——“洞悉变化、及时应对”。Gartner研究机构认为，“大数据”（Big data）是指需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力来适应海量、高增长率和多样化的信息资产。麦肯锡全球研究所给出的定义是：一种规模大到在获取、存储、管理、分析方面大大超出了传统数据库软件工具能力范围的数据集合，具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低四大特征。

大数据的核心是在海量数据中发现不同数据项之间的关联关系。通过分析战略大数据、运营大数据，使企业有能力对重要的迹象进行预测并及时采取行动，获得竞争优势。

据估计，全球大数据产业的市场规模约为1 500 亿美元［3］。

3）物联网——“实时交互、智能运营”。物联网是通过射频识别、红外感应器等信息传感设备，把物品与互联网连接起来，按照约定的通信协议进行信息交换和通讯，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络，具有全面感知、可靠传递和智能处理3大特征。

据测算，物联网的市场规模在万亿美元以上，而中国目前已经在万亿人民币左右。

4）移动互联。全球移动互联网由于智能手机的普及而呈爆炸式增长。移动网络技术主要包括高速有线网络、近场无线通信、公网、企业专网和5G等。其中5G是指第五代移动电话行动通信标准，美国高盛、中国华为、韩国三星电子以及日本、欧盟等都在投入相当的资源研发5G网络。

根据国际电信联盟（ITU）、中国互联网信息中心（CNNIC）等的研究报告，2013年全球的移动互联网业务收入就已经达到1.6万亿美元，相当于全球GDP的2.28%［4］；移动数据收入超过4 000亿美元。

随着新一代通信技术的推广应用，移动互联网发展推动了消费模式共享化、设备智能化和场景多元化，社会各行各业已经全面进入“互联网+”时代。

1.3 区块链——“分布计算、增强透明”

区块链［5-6］是通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案，区块链完整保存所有数据资产并获得极大的安全性，使交易流程更透明，同时减少市场风险。

区块链技术的核心优势是去中心化，能够通过运用数据加密、时间戳、分布式共识和经济激励等手段，在节点无需互相信任的分布式系统中实现基于去中心化信用的点对点交易、协调与协作，从而为解决中心化机构普遍存在的高成本、低效率和数据存储不安全等问题提供了解决方案。区块链技术被认为是继大型计算机、个人电脑、互联网、移动/社交网络之后的第五次颠覆式计算范式的创新，是人类信用进化史上继血亲信用、贵金属信用、央行纸币信用之后的第四个里程碑。 区块链技术是下一代云计算的雏形，有望像互联网一样彻底重塑人类社会活动形态，并实现从目前的信息互联网向价值互联网的转变。

1.4 虚拟现实——“仿真模拟、销售培训”

虚拟现实技术（VR）利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，通过创建和体验虚拟世界使用户沉浸到环境中，场景仿真将支持模拟分析、预测和可视化模拟，降低错误成本，以提高安全性。

虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。

1.5 人工智能［7-9］——“本质安全、智能反馈”

人工智能（Artificial Intelligence）或智能机器人是基于计算机通过信息处理和反馈机制，进行一定程度的独立活动和问题处理，可以替代人类完成一些危险工作或重复劳动，同时提高工作效率。人工智能自1956年夏天诞生于达特茅斯会议之后，已经历3次浪潮。人工智能作为一个综合性的学科研究领域，它的发展多少伴随着传统计算机科学的发展程度；而计算机科学中计算机网络模块，随着时代的发展，也渐渐向人工智能靠拢。计算机的数据处理也变得复杂化、多样化起来。数据处理的方法也从传统的特定编程问题与答案转向人工智能中的思考处理。

随着信息处理效率和准确性的提高，也可凭借人工智能技术与记忆功能，实现记忆在建立数据库的过程中存储的信息，以及以信息库作为平台，进行信息的综合总结和解读，产生更科学、准确的高级信息，提升网络管理水平。随着石油特别是重油、渣油的分析表征技术及计算机信息化处理技术的进步，石油组学［10-11］、石油分子工程与管理［12-13］对石油加工领域研究、生产、管控、优化和智慧炼化建设带来影响和促进。

2 信息化对炼化产业的影响

信息化及其新技术已经成为欧美地区和中国等很多国家的国家发展战略，被认为是摆脱经济危机、破解发展瓶颈、提高国家竞争力的重要战略举措。因此，对处于迫切希望化解过剩产能、急切寻求产业结构转型升级的炼化产业而言，信息化的支持乃至引领尤显理所当然了。

按照德国的说法，世界工业发展经历了4个阶段［14］。工业1.0为工业规模化发展阶段，体现在石化行业就是业务规模化、工艺不断创新、炼化收益不断提升；工业2.0为工业自动化发展阶段，主要表现为DCS、PLC、APC等系统在生产装置中不断应用，自动化控制技术不断发展，推动手工工艺控制与操作向装置自动化控制转变；工业3.0为数字化发展阶段，主要表现为信息技术的融入，并推动各项业务信息化、数字化；工业4.0为智能化发展阶段，基于各种模型、互联网等新兴技术，借助自控手段及数字化操作与管理，实现智能化。工业智能化不仅指装置的优化，还包括区域的优化，全工厂的优化以及整个产业链的优化。工业智能化最终实现以客户为中心的智能研发、智能工厂（生产）、智能物流、智能服务、智能营销，其模型见图1。

2.2.3 柱温 在选定的流动相条件下，选择柱温10、15、20、25℃进行实验，结果表明，随着柱温降低，各组分的色谱峰分离度明显提高。但随着柱温降低，ATP峰形变差。在综合考虑生物样品的特殊性及研究需要，最终确定柱温为15℃。

图1 工业智能化模型

建立在数字化工厂基础上的智能工厂实现了人与机器的相互协调，即“人机交互”。企业由数字化向智能化转变过程中，各种信息技术的应用贯穿企业运营的方方面面，起到了非常大的推动作用。

借助信息技术，智能制造企业的制造过程具有更完善的判断与适应能力，从而实现智能化工厂建设目标。智能化工厂是通过智能设备和模型驱动而构造的智能制造模式。智能化在企业的实现过程是建立和应用智能化系统，即利用现代通信技术、软件技术、计算机网络技术、智能控制技术等汇集而成的针对某一个方面应用的智能集合。

智能化是信息化的高级应用形式，其过程包括确立目标、收集数据、建立数学模型以及预测结果与评判等4个阶段。通过敏捷反应体系建立、专家知识库和相关模型建立、资产全生命周期管理、一体化优化系统建立以及协同管理等过程，分别在经营决策与供应链管理层面、生产制造运行层面、能效安全环保层面以及信息集成层面采用信息化新技术，确保在“工程技术、生产制造运行和供应链”这3个维度下能够完整表达围绕产品设计、技术支持、生产制造及原材料供应、销售和市场相关的所有环节的活动。一方面，利用这3个维度的各自贯通，得到实时数据的支持，并实时下达指令去指导这些活动；另一方面，利用3个维度之间的交互，实现全面协调优化。在此基础上，进一步实现产品设计的智能化、产品制造的智能化以及管理的智能化，保证资金流、物质流、能量流和信息流“四流合一”，这就是面向需求驱动的智慧决策和智能生产，即，智慧炼化，也是炼化企业智能优化制造的愿景。

因此，信息化对炼化产业的影响可以总结为对“生产模式、营销模式和管理模式”的变革与转变，体现在“产业资源虚拟化、生产过程信息化以及制造产业服务化”三大方面。

2.1 信息化对生产模式转变与变革的影响

信息化一直在深刻影响着制造业，也同样影响着炼化产业。20世纪下半叶，国外特别是西方发达国家相继提出的柔性制造（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）、准时生产（JIT）、精良生产（LP）、虚拟制造系统 （MS）、网络化制造 （NM）、智能制造系统（IMS）、敏捷制造（AM）及全能制造系统（HMS）等现代制造技术与制造模式，多是信息化带来的。

到20世纪末，制造业掀起了一场新的现代制造技术革命，美国等发达国家正式提出“现代制造技术（MMT）”或“先进制造技术（AMT）”、“智能制造技术（IMT）”、“无污染过程工业制造技术（Clean Manufacturing in Process Industries）”、“21 世纪全球同步集成制造技术（Global Manufacturing 21）”、“自律性制造系统（Holonic Development）”和“知识系统化（systematization of knowledge）”等概念，并作为国家优先发展的关键技术。这些制造模式主要集中于分布式、网络化、虚拟化生产框架［15］。为提高生产系统的自治性和协同性，多智能体技术和人工智能技术相继被引入制造系统的设计研究中［16-17］。近年来，云制造（CM）作为面向服务的新型制造模式［18］，进一步将智能制造系统及关键技术研究的焦点移至服务领域，将生产决策、管理、控制等功能的智能化研究，以及不同产业智能制造的应用模式研究与面向服务的产业模式相结合。

因此，信息化及其新技术对炼化产业生产模式转变与变革的最大影响就是各企业正在推进的数字炼化完善与升级，即从数字炼化经智能炼化实现智慧炼化建设。

中国海油惠州石化开发、应用的炼化生产全流程协同管控信息化平台对惠州石化现有信息系统数据进行规划、整合，消除“信息孤岛”，在一体化数据中心的基础上建立了统一的生产全流程协同信息平台。平台的架构见图2。

图2 生产全流程协同信息平台结构图

生产全流程协同信息化平台，坚持“业务需求驱动、统一规划开发”的原则，遵循“统一组织、典型设计、有效试点、分步推广”的路线，共实现5大主题25类161个功能模块。其中生产运行有“生产监控、生产技术、计划管理、调度管理、质量管理和综合管理”6大类主题、51个子模块；设备管理有“设备主数据、状态监测、运行管理、检修管理、备品备件、承包商管理和综合管理”7大类主题、50个子模块；能源管理有“能源消耗管理、重点用能设备管理和综合管理”3大类主题、15个子模块；安全环保有“现场安全管理、环保管理、职业卫生和消防应急”4大类主题、30个子模块；经营管理有“市场信息、原油评价、原油品质和库存跟踪”4大类主题、15个子模块。

在这个平台上，惠州石化还实现了“大数据平台（平台）+APN网络（网）+手持终端、RFID卡、蓝牙外设（硬）+管控软件（软）”的集成——生产作业受控系统。该系统根据“工业互联网+‘六有’工作法”理念进行设计，可以实现作业许可、销项操作和装置巡检等现场工作的“五定”管理，从而确保生产安全受控。“五定”管理是中海油独创的一种特色管理方法，是指：1）定点：即基于智能化手持终端、实时通信网络、RFID、GPS 的正确的地点；2）定时：按作业计划按时（正确的时间）作业；3）定人：通过门禁、HR（含人员资质）、RFID确认人员信息，保证是正确的人去作业；4）定路线：作业按预定路线执行，实现二维、三维动态展示，确保做正确的事；5）定标准：要求作业执行规范动作，如标准消项卡、作业卡，将原本以人的经验为核心的操作变更为标准动作，即正确的标准。同时设置信息安全保护方案和断点续传、离线模式等的冗余手段保证系统在恶劣工控下稳定运行（运行保障）。

惠州石化的所有生产作业均集中在这个平台上进行，实现了生产作业模式的全新转变与变革。

作业许可主要包含JHA分析、作业预约、申请、现场审核、批准、执行、评价、关闭流程。其中内外协同审核确认、通过网络实时传输数据、限定作业人员资质、与销项作业操作卡联动等功能属中海油独有。

在巡检方面，主要实现工艺与设备巡检、隐患排查、异常报警、现场DCS数据查看及GPS路线展示。管理人员可以根据GIS可视化展示，实时监控巡检情况，生成数据分析报表。惠州石化对SKF测温测振仪进行改造，使之可与智能化生产作业受控系统手持终端通过蓝牙点对点链接，同时也对企业工业互联网感知设备延伸验证了可行性，并积累了技术经验。目前国内通过网络实时传输数据的巡检系统实现案例较少，安全管控较本系统差。惠州石化通过蓝牙模块开发感知设备，实施集成化工业互联网平台，这是国内炼化行业首创。

信息化及其新技术的应用，实现了“全生产过程感知、全业务领域覆盖、全生命周期管理、全流程集成优化和全方位资源支撑”的目的，在强化生产数据管控、保证生产平稳运行，细化能源管理、有效降本增效，强化HSE信息化管理，强化市场研判，有效增效及推动公司技术进步等方面取得了显著成效。

2.1.2 中国海油山东海化的无人机巡检

中海炼化下属的山东海化集团公司（简称山东海化）是一家老化工企业，其纯碱厂废弃物料堆放在专门的渣场。老线渣场占地1.25 km2，采用筑坝堆存方式存放碱渣，目前的运行高度已达17 m左右。为加强管理，山东海化推出了无人机定点巡检方案，见图3。

巡检无人机的系统结构及构成如下：1）巡检无人机套机：无人机采用XK-UAV-001型，该机拥有智能化飞控且具有一定的避障功能，套机包括机体、桨叶、电调、飞控、电池仓等部分；2）视频模块：视频模块由无人机前端挂载的高清云台相机及地面手持终端组成，该模块使用可靠的视频数据传输协议，保证数据流的稳定；3）地面站：地面站系统是无人机的控制核心，包括笔记本电脑、蓝牙电台、手持遥控器等，手持遥控器与手持终端组合可以实现人工控制无人机飞行，同时能够实时看到巡检画面。

用无人机新技术并结合信息化，改变了原有的工作习惯，大大提升了工作效率，无论是及时性还是历史数据的分析等均得到了保障，实现了目的。

2.1.3 三维数字化工厂项目建设与应用

中国石油兰州石化公司（简称兰州石化）于2013年实施了“数字化工厂研究与试点应用”项目［19］，系统构建了与现实装置完全一致的550万t/a常减压三维虚拟装置和兰州石化数字化工厂平台，并集成了生产执行系统（MES）、设备管理平台（EAM）、实验室化验分析系统（LIMS）、高清视频、地下管网及文档管理系统（EDMS）等，建立了与生产、设备和安全相关的重点系统数据。同时，开展深化数字化工厂系统应用工作，并研究如何基于三维数字化工厂进行生产与管理模式创新，使之为生产管理发挥强大的支撑作用。兰州石化以 “数字化工厂研究与试点应用”项目上线为契机，探索大检修的规划、调度、技术交底、三维检维修方案和数据处理，并形成配套的管理模板，建立大检修全生命周期知识数据库，从而规范大检修管理流程，节省人力和物力资源，提高工作效率和大检修的整体质量水平，确保装置安全稳定运行的同时积累了很好的经验。

从检修方案制定、技术交底、制定检修规划、实际过程使用三维模型等积累了经验，搭建了大检修知识库，包括全面设备信息，为提高全装置设备的资产管理水平提供了依据，同时在安全方面也有很大的提升。

2.1.4 中国石化智能工厂试点、示范与建设

中国石化在燕山石化、镇海炼化、茂名石化和九江石化等4家企业试点智能工厂建设，取得明显成效。通过实施智能炼厂建设，这4家试点企业的先进控制投用率、生产数据自动数采率分别提升了10%和20%，全部达到90%以上；外排污染源自动监控率达到100%；生产优化从局部优化、离线优化逐步提升为一体化优化和在线优化，劳动生产率提高10%以上，提质增效作用十分明显，促进了集约型内涵式发展。为此，九江石化、镇海炼化分别于2015年、2016年入选国家工信部“智能制造试点示范项目”。

实施智能炼厂项目取得了良好效果，如提升了资源优化和调度指挥水平；提高了生产操作质量和效率；支撑了生产“安、稳、长”高效运行；支持了能源管理创新；提升安全环保水平和应急指挥能力以及形成了智能工厂1.0标准推广模板等。

2.2 信息化对营销模式转变与变革的影响

信息化新技术的应用带来了营销模式的转变和变革。

2.2.1 中国石化围绕产业链整合行业资源，打造行业的B2B平台

通过建设石化行业电商平台，可以汇聚整个行业资源，平衡供需信息，有机调节市场，不仅承接全产业链的购销交易，还可以开展物流、金融等新业务，形成新的商业业态。

2.2.2 加油站零售管理系统以及信息化新技术应用

作为销售终端的加油站，是炼化产业链的末端，是将“生产价值与效益”向“实现价值、变现效益”转变的最重要手段之一。“加油站管理系统”是最主要的信息化系统，其中零售管理系统是加油站的最基本和重要的信息化系统。图4和图5分别为国内零售行业“老大”——中石化与中石油以及有一定规模优势的中海油、壳牌（中国）所采用的零售管理系统技术构架。

图4 中石化的零售管理系统技术构架图

各销售企业的业务范围的不同赋予信息化系统的要求、功能也不同。

信息化新技术在加油站终端应用很多，如中石化广东石油在搭建沟通桥梁、增强客户互动方面，以微信公众号、加油广东APP作为互联网主要入口，迅速积累线上用户。该公司还通过打造“石化钱包”，实现支付移动化，将“石化钱包”融入到线上、线下业务，借助现代科学、互联网技术与工具，系统打造智慧加油站，以积极探索建立符合未来市场发展规律的经营之道，从而提高资产利用效率和综合竞争力。中海油也在倾力打造智慧加油站［20］。

图5 中石油以及中海油、壳牌（中国）的零售管理系统技术构架图

2.3 信息化对管理模式转变与变革的影响

除了2.1节中涉及到的信息化对管理模式转变和变革的影响外，信息化以及信息化新技术对管理模式变革的影响还包括财务、物资装备与采购、IT以及人事等的共享服务（中心），以提高运营效率，使业务更加规范，节约运营成本，可以快速支持重组并购和业务扩张，有效支持专业化、一体化和全球化发展战略等。这些业务、服务能否很好共享，取决于技术平台的构架、性能。

财务共享服务中心（FSSC）是近年来出现并流行起来的会计和报告业务管理方式。根据埃森哲公司（Accenture）在欧洲的调查，30多家在欧洲建立“财务共享服务中心”的跨国公司平均降低了30%的财务运作成本。国内外不少大型企业也开始了共享服务中心的建设，并已有很多成功案例。

作为一种新型的管理模式，共享服务的本质是由信息网络技术推动的运营管理模式的变革与创新。在财务领域，它是基于统一的系统平台、ERP系统、统一的会计核算方法和操作流程来实现的。IT技术的发展，特别是“企业资源规划系统（ERP System）”的出现，推动了“财务共享服务”概念在企业界的实践和推广。利用ERP系统和其他信息技术，“财务共享服务”模式可以跨越地理距离的障碍，向其服务对象提供内容广泛的、持续的、反应迅速的服务。

3 结束语

信息化及其新技术的发展极其迅猛，对炼化生产模式、管控和经营模式的变革势不可挡。只有顺应变化，洞察并掌握信息化发展大势，大力深化“互联网+”应用和“两化融合”，才能支撑并引领炼化产业的发展而把握未来、立于不败之地。

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Research on impact of informatization and new technologies thereof on upgrading and innovation of oil refining and chemical industry

Wu Qing
（CNOOC Oil&Petrochemicals Co.，Ltd.，Beijing 100029，China）

The informatization and its new technologies，such as social media，cloud computing，big data， internet of things，mobile internet，block chain， virtual reality（VR） and artificial intelligence（AI） were reviewed.The application and effects of those technologies on the promotion of upgrading and innovation for the 3M（manufacturing model，management model and marketing model）of oil refining&chemical industry were discussed and some demonstrations were shared as well.The future development and coping strategies were put forward at last.

oil refining and chemical industry；informatization；new technologies of in formatization;significant impact and revolution

TE65

A

1006-4990（2018）01-0001-07

2017-11-01

吴青（1964— ），男，工学博士，教授级高工，研究方向包括石油分子工程、资源优化与总流程优化、重油加工、产品结构转型升级、智慧炼化建设等，发表论文近100篇，曾获国家科技进步二等奖、中国专利优秀奖和省部级一等奖等多种奖励。

联系方式：wuqing@cnooc.com.cn