石油企业数字化转型与智能自动化技术协同研究

王 婷 青 霞

重庆市渝川燃气有限责任公司 重庆 401120

2020 年10 月，工业和信息化部副部长王志军在“十三五”工业通信业发展成就新闻发布会上介绍，“2019 年，我国制造业增加值达26.9 万亿元，占全球比重28.1%，连续十年保持世界第一制造大国地位。”但我国制造业还存在结构性矛盾突出的问题，自主创新、自主研发，以及制造业与数字化有效结合方面仍有欠缺，甚至还存在严重的产能过剩等现象[1]。党的十九大报告提出：供给侧结构性改革深入推进，经济结构不断优化，数字经济等新兴产业蓬勃发展，需加快建设创新型国家，为数字中国提供有力支撑。为此，石油石化企业需朝数字化方向进行转型和升级，通过企业数字化转型发展，促进经济结构内生转化，从本质和内核上推进石油石化企业的深度发展。

1 石油企业数字化转型变革

2021 年，在全球油气行业景气复苏预期下，世界各国石油石化企业纷纷加快布局数字化的步伐，多家国际能源公司已达成共识，运用大数据和人工智能对经济复苏进行二次赋能。沙特阿美公司总裁兼首席执行官Amin Nasser 表示，疫情加快了沙特阿美公司运营数字化，以及部署和利用物联网、大数据的计划；雪佛龙CEO 迈克尔·沃斯表示，疫情促进了远程工作、数字钻探、无人机等先进数字工具的应用；壳牌通过数字孪生建立虚拟工厂，提高炼油生产率、可靠性和安全性[2]。上述诸多公司的发展进程都是数字化技术应用于油气领域的体现。通过企业数字化转型升级，更加智能和高效地利用资产和配置资源，提升AI 融合技术与智能化能力。

我国的石油生产技术经过数十年发展，已得到大幅提升，整体实力增速较快，在国际的影响力逐渐提高。智能制造已经在逐步推动与先进制造技术的变通和深层次融合，现阶段的信息化建设和数字化建设逐渐贯穿于制造活动的每一个环节。企业的数字化转型将增进市场活力，在区块链、物联网、新兴技术和云计算等领域拓展新的战略重点、新的专业技能和新的工作方式，从敏捷运营、生态系统统筹、市场洞察活力和崭新业务方式等视角开展新型认知与分析[3]。我国的石油企业经过多年的信息化和数字化建设，已建成涵盖生产管理、经营管理、综合管理、基础设施和网络安全等80 个集中统一的信息系统，在数字化进程中已完成从分散向集中、从集中向集成的两次深度改革[4]。

2 石油企业数字化转型目标与特征分析

目前我国石油企业在数字化转型过程中面临的主要挑战是能耗比或单位能耗程度仍旧偏高，能源消费结构不尽合理，原料进口依赖性较高，供给矛盾还比较突出等。受全球能源格局瞬息变化、油价持续低迷、运营成本高昂，以及低碳环保要求提高等诸多影响，石油企业从自身效益出发降本提效，由内自外地开展数字化转型，是实现技术颠覆性创新和重塑行业格局的必由之路。现有的数字化转型主要有四类策略及其应用，分别为企业全力压注数字化技术、职能单元牵头、业务单元牵头和关键业务问题导向。其中企业全力压注数字化技术的方式总体回报率偏低，但未来效果可期。四类数字化转型策略及其应用都是石油企业依据自身技术实力、业务目标和转型基础构建的战略与合作生态、数据价值的转型升级[5]。

石油企业数字化转型的方向大多围绕勘探开采业务，现阶段多以智能化技术的多元应用和多维应用为发展重点和突破口。比如，壳牌将数字化转型的重点聚焦于提高效率和降低排放的智能技术；埃克森美孚将重点放在可平衡其资产组合的突破性智能技术；BP 聚焦于传统领先技术领域的智能化发展。因此，智能自动化技术的发展在一定程度上推进了数字化转型的具体性实施，数字化转型过程也反向推进智能自动化技术的软硬件升级，互促互进的转型升级使石油企业能通过改变内在本核适应更加多变的外部市场。

为此，石油企业数字化转型的在工程设计领域需确定虚拟化、数字化目标，通过建构贯穿全生产链的数字化目标，促进设计、工程建设和生产运营的全生命周期管理。可结合所使用的工艺过程和机理，进行全流程的优化，为实现虚拟制造打下流程基础[6]。其中工程设计包括数字化工程交付、网络化协同设计和全流程建模等内容，智能自动化技术的推动和发展也可促进石化企业数字化双生工厂的建立。在供应链领域需明晰数字化转型的最终目的，在全产业供应链的视角下，有效发挥横向和纵向协同集成效益，跨平台、跨企业甚至跨产业协同运营等追溯到源头，开展基于物联网实现的智能化技术应用。通过智能化技术的全面应用，提高物流服务效率，促进石油企业降本增效，完善产供协同，实现供应链环节的绿色化和协同化。围绕全生命周期进行资产管理，实现量化生产的集成管控，促进量化生产一体化的优化，推进数字化转型朝环境友好型转变，满足石油企业转型发展的安全、稳定和长久的基础要素，提高资产利用率和能源的可持续性利用[7]。在经营决策领域，确定网络化、智能化和敏捷化目的，通过建设知识库，聘请专家和人才展开新一代的决策处理，有效解决未来经营管理中数字化转型遇到的各种复杂问题，推进人机智能的协同发展，在企业经营分析能力、企业生产全过程和市场响应过程产生促进效益。在产业链领域，构建数字化服务生态，实现产业链大型化、规模化、高效化，使资源更加多元，促进石油企业在管道输送、物流配送、营销与服务等方面形成新的智能服务体系[8]。

由石油企业数字化转型的目标，可映射出石油企业数字化转型的特征，分别为自动化、数字化、可视化、模型化和集成化。数字化转型的自动化是由手动操作转变为自动控制，这是炼厂生产的基础手段；数字化是现场生产的网络感知，实现信息空间和物理空间的有效衔接，为精细化管理提供数据上的基础；可视化是将生产的状态和工业上的各种视频等信息集中起来，为经营和决策提供真实可再现的演示环境，使决策过程更接近于真实；模型化是在生产过程中，将运行的数据和专家的知识转化为生产工艺或业务模型提供支撑，根据生产的实际需求进行调用；集成化是与现有工艺或管理业务流程的集成来实现每一个环节的有效衔接，达到全局效能最优。

3 石油企业数字化转型与智能自动化技术协同途径

3.1 智能孪生工程数字化交付

数字孪生工厂可促进智能工程数字化的交付，通过构建数字化集成平台，有效集工艺设计、工程设计、原材料采购、工程施工和项目管理等多功能于一体。可根据石油企业的结构进行划分，通过明确企业设计基础规则，确保每一个专业都能够基于统一设计基础规则，展开二维和三维协同设计，统筹实现数据共享和校验，保障数据有效性[9]。数字化集成平台的文档资料工作流程，甚至设计质量都可实现统一管理，确保整个过程向着集成化的方向发展。构建智能孪生工程数字化交付，其平台的采购、施工和工程设计都是数字孪生工厂数字化的基础，需要根据主数据和种子文件建立统一标准，以数字化的方式将平台提交给业主，可有效促进石油企业智能化建设，实现生产运维过程数字化[10]。

3.2 生产经营全过程智能自动化

石油企业在生产过程中需要各种类型数量繁多的实施信息，但受现阶段检测技术和外部监控环境等因素的限制，导致关键性运行信息和重要性过程参数无法精确感知，生产过程性信息的不完备，很可能导致检测机理的失效。因此，可采用数据驱动建模的方式，汲取建模机理，实现信息智能感知的高精度、高实时性和可靠性。与此同时，还可通过数据模型信息和机理模型有效融合，促进生产经营全过程智能自动化，实现信息智能感知和智能集成，在经营决策环节通过数据融合分析，实现人机智能融合。利用多元进行数据融合与异构，数据分析与处理平台的预筛选和预处理，实现数据驱动智能化和决策管理过程智能化，由此完成效益指标的自动化分析和评判。根据工艺设备或敏感性安全态势进行预测，增进石油企业生产经营全过程智能自动化。

3.3 优化全流程协同控制与操作

石油企业生产过程中包含的工具数量比较多，每个工序又关联多个关系较为复杂的工艺装置。为进一步完成生产全流程数字化转化和控制，提高产品质量，增大产品产量，减少产品消耗，降低产品成本，确保各生产指标优化，唯有协调好每个生产工序和生产工艺，才能从工艺和流程视角完成石油企业的全流程协同数字化转型。全流程的协同控制和操作优化可在控制系统的建立上进行统筹设计优化，由此确保企业生产过程不会因人为干预而导致无法自主运行。全流程的协同与控制需人工智能技术参与，其知识挖掘和识别工业的过程，能够有效融合生产过程机理，将生产过程中的数据和信息进行合理应用，采用智能模型的方式从多角度、多维度和多目标进行整个流程的协同优化和控制。

3.4 过程风险智能化把控与管理

石油企业生产规模较大，部分地区生产和加工的条件极其苛刻，如果在生产过程中直接或间接使用易燃、易爆、有毒危险化学品，会产生突发性或潜伏性安全事故，给企业带来不必要的经济损失。因此，石油企业在生产过程中须全程贯彻安全和环保理念，增进自主感知，整合多源头数据采集结果，完成数据预处理和二次筛选，深入挖掘新一代人工智能技术对石油企业发展的影响，促进安全管控平台的智慧化把控和过程性管理，在系统融通和整合过程中实现风险智能化的管理[11]。针对生产或管理过程中的异常报警数据，要及时发送警示信息，利用新型智能自动化技术对生产过程中的数据进行全天候监控，对生产运输过程和现场作业等复杂环境下的多源头数据进行并行采集，建立符合企业自身条件的知识库模型，通过融合多个专业来提高信息的集成度。对于出现的异常信息等，会同专家诊断结果，形成智能预警预判模型。除此之外，石油企业数字化转型过程中智能自动化技术还广泛应用于大数据、云计算、数据仿真等领域。大数据云计算的应用便于追溯生产过程中安全异常信息到本源，通过建立事故后果仿真数据库，有效预防安全事故的发生。过程风险的智能化还体现在基于事故发生后的应急响应措施领域。事故发生后，可通过检测现场信息，建立事故后果仿真数据库，完善和预测事故后的发展趋势，采用多模型的计算方法模拟求得最优救援方法或救援路径。

3.5 计划调度与经营决策智能化

时至今日，石油企业生产过程中依然缺乏前瞻性智能化的方法和体系，无法将企业的顶层需求快速转化为实际生产计划。为了能让企业生产的各项指标符合市场规律，石油企业需转变经营观念，以数字化运营和转型为核心理念，并将该理念有效转化为应用层级，完善计划调度和经营管理决策，以数字化为驱动，建立智能自动化技术推动的智能管理与辅助性决策系统。以企业信息流为主导线，贯穿和影响企业的生产目标，使生产供给与资源配置二者形成智能化适应和匹配，最优化配置和利用资源，最大化发挥数字化应用的功效。为此，石油企业需在调度和经营决策过程引入新型数字化的成果，内在通过自主学习，外在通过应用层级升级互通，从模型化和智能化多领域整合转型，完成计划调度与经营管理决策的数字化转型。

4 结语

在传统增速下降、产能过剩矛盾突出、要素推动日益减弱、资源环境约束进一步强化的新形势下，石油行业生产装置呈现的规模大型化、高度自动化、决策智能化和数据信息化，原有依靠资源要素频繁投入、一味追求规模性扩张的不可持续性发展模式已难以为继，以智能自动化技术推动石油企业数字化转型成为石油行业发展的新路径。

智能自动化技术能提升传统企业效率、安全环保和节能管理水平，智能自动化技术和数字化转型的深度融合成为石油企业的下一个风口。石油企业的数字化转型不是一次性交易，而是不断修改、不断发展和不断发现的过程，需打通内部各环节，在人员、流程、资产、设备和动力等方面通过数字方式进行融通，利用智能自动化技术实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷和柔性生产，以弥合差距、打破孤岛，实现各环节的计划、监控、管理和协同，最终实现石油企业的一体化、集成化、柔性化、自动化、数字化和全球化。