炼化企业设备智能化建设探索与实践

何旌旗 王华 吕斌 杨传江

第一作者简介：何旌旗（1985-），男，工程师。研究方向为智能工厂、设备管理。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.022

摘  要：数字化转型智能化建设是新信息技术迅速发展背景下企业创新变革、提质增效、提升竞争力的必然选择，是企业高质量发展的重要抓手。炼化企业具有支撑国家经济发展的重要意义，应抓住机遇面对挑战，加速信息化建设，强化技术和管理创新，助力企业产业结构升级。设备作为炼化企业生产的关键要素，是数字化转型智能化重点建设内容之一，如何开展设备数字化智能化建设成为企业重点研究的问题。该文在国家“十四五”信息化和工业化深度融合发展的背景下，并结合新一代信息技术的应用，对炼化企业设备智能化建设的意义进行探讨，并提出设备智能化建设架构和基本思路，希望对炼化企业设备智能化建设提供参考。

关键词：智能工厂；数字化转型；设备智能化建设；设备管理；炼化企业

中图分类号：TP311      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）12-0100-04

Abstract： Digital transformation and intelligent construction is the inevitable choice for enterprises to innovate， improve quality， improve efficiency and enhance competitiveness under the new information， and it is also an important starting point for the high-quality development of enterprises. Refining and chemical enterprises are of great significance to support national economic development. They should seize the opportunity to face challenges， speed up information construction， strengthen technological and management innovation， and help enterprises upgrade their industrial structure. Equipment， as a key element of production in refining and chemical enterprises， is one of the key construction contents of digital transformation and intelligentization. How to carry out the construction of digital and intelligent equipment has become a key research issue for enterprises. In the context of the deep integration of informatization and industrialization in the "14th Five-Year Plan"， and based on the application of new generation information technology， this paper discusses the significance of intelligent equipment construction in refining and chemical enterprises. and put forward the construction framework and basic ideas of intelligent equipment， hoping to provide reference for the intelligent construction of equipment in refining and chemical enterprises.

Keywords： intelligent factory; digital transformation; intelligent equipment construction; equipment management; refining and chemical enterprises

隨着新一轮科技革命和产业升级，企业面临的竞争环境日益激烈。为了能在市场中取得优势，许多企业开始探索智能工厂的建设。在企业智能工厂的设计中，智能化控制、生产、供应链、经营等环节基于统一平台的数据互联互通，实现业务高效协同，助力企业向安全、绿色、节能、高效、柔性的方向全面提升智能制造能力[1]。设备作为基础性生产元素和信息系统的数据来源[2]，其智能化水平直接影响企业的经营效益。因此，设备智能化建设是企业数字化转型智能化建设的重要一环。据此，本文着眼炼化企业数字化转型智能化建设现状和发展方向，结合物联网、工业互联网、大数据分析、人工智能等新一代信息技术，提出了针对炼化企业设备智能化建设的整体思路和方案，帮助炼化企业拓展思路，明确设备数字化转型智能化建设方向，为企业推进设备智能化建设提供参考。

1  炼化企业设备智能化建设的必要性

炼化企业是工艺装置密集、长下游依赖性强的高危险性生产企业，设备的长周期稳定运行直接影响企业的生产效益，通过设备智能化建设可以实现炼化企业应用系统的高度集成、数据的有效治理、设备状态的监控与预警、设备故障的分析与诊断、设备策略优化分析与控制、业务的贯通与协同、数据分析与辅助决策等方面的智能化应用。从而促进企业设备管理变革，提升设备管理效益；有效推进数据融合，实现数据共享和信息交互；挖掘数据价值、辅助管理决策；推动人才强企建设，培育企业智能化发展文化。

2  炼化企业设备智能化建设现状分析

中石油、中石化属于国内大型石油化工企业，2家企业在设备方面经过多年持续的信息化建设，开发部署了如设备管理系统、机组监测系统、腐蚀监测系统、智能仪表系统及ERP等设备应用系统，极大地支撑了设备业务的开展。但随着信息化技术的发展，企业数字化转型智能化建设的不断推进，设备业务发展对信息化建设提出了更加苛刻的要求，已建的设备相关应用系统已不能满足新形势下设备业务数字化、智能化发展的要求，具体问题表现在：①设备状态数据采集率较低，不能为设备运行智能分析提供可靠数据；②存在严重的数据孤岛和信息烟囱，数据价值未能充分挖掘，设备业务未能自动贯通；③数据标准不一致，系统数据集成与治理困难；④部分应用系统技术落后、统兼容性差，不能满足设备业务发展的新需求；⑤设备类应用系统建设分散，未能形成统一的设备综合业务管理平台，制约设备业务创新和发展。

3  炼化企业设备智能化建设内容分析

3.1  设备智能化建设整体架构设计

基于物联网、通信、工业互联网、5G、区块链、大数据和人工智能等智能化技术，以“管理+IT”平台化智能应用为核心，构建涵盖新一代信息基础设施、数据采集与治理、业务融合一体化、业务智能化及人才培养等方面的设备智能化建设架构。其主要架构体现在：①设备感知与控制。通过各种传感器、执行器等智能设备的配置与优化，同时通过先进的技术手段实现设备的自动化、远程化和智能化控制。②数据采集与处理。炼化企业的设备智能化建设需要广泛采集设备数据，并运用先进的数据处理和分析技术，挖掘数据中蕴含的价值，为设备智能化分析预测和应用提供可靠数据。③业务应用。将炼化企业的实际业务需求转化为数字化应用，并通过对数据的分析处理，实现设备的故障预测、性能优化等智能化应用，同时将各类业务数据进行整合，形成统一的数据集成平台，满足不同业务部门对数据的需求。③信息集成与共享。将不同系统之间的信息集成和共享，打破不同部门间的业务障碍，实现不同系统之间的数据交互和信息共享，提高整体的信息利用率和工作效率。④智能决策支持。以集成化数据为基础，通过算法和模型的应用，为决策者提供数据支持和决策参考，并通过可视化技术等手段实现重要信息的可视化管理，帮助决策者快速做出科学决策。

依此，炼化企业设备智能化建设架构设计应以感知与控制为基础，数据采集与处理为支撑，业务应用为核心，信息集成与共享为纽带，智能决策支持为目标的整体设计思路。在此基础上，还需关注标准化、安全性、可扩展性等方面的要求，以满足炼化企业设备智能化建设的长期发展需求。

面对大型企业设备智能化建设，如中石油、中石化等，应做好统一规划和顶层设计，充分考虑数据集成与业务贯通，加强各层面应用系统的集成与交互。建立设备数据标准体系，规范数据标准和使用规范。最终实现炼化企业设备运行状态全面感知、数据自动采集与传输、运行趋势分析与故障诊断、业务高效协同应用的智能化建设。

3.2  设备智能化基础设施建设分析

炼化企业的设备开始融入了各种自动化技术和智能化技术，其自动化水平持续提高。但也给设备管理带来了一定的影响，需要不断更新设备信息化管理系统的硬件配置以及软件系统[3]，硬件的配置与更新体现在基础设施建设的范围内。传统炼化企业已建的信息化基础设施服务能力落后，不能满足业务发展的需求，需要对原有信息化基础设施服务能力进行研判，规划需要优化完善的建设内容，然后逐步实施建设。本文笔者结合智能工厂建设先进实践，探索炼化企业基础设施重点建设内容。①新一代基础网络建设。随着物联网、云计算、大数据及人工智能等技术在设备智能感知、设备监测预警、设备故障诊断等方面的深化应用。传统炼化企业应对已有生产网、信息网及视频专网进行整体优化升级，升级核心层、汇聚层与接入层网络设备互联链路带宽，做好三网融合；升级优化网络配置硬件设备，提升基础设施服务能力。②视频网络建设。传统企业模拟视频摄像头数量占比较多，对比先进技术的高清数字视频设备的性能，模拟视频摄像头采集的视频画面清晰度不高、质量较差，不能满足未来人工智能在安全、设备、生产方面的深化应用，制约企业智能化建设。因此，企业必须对现有模拟视频硬件进行高清数字化的升级、优化改造，以便支撑智能AI在设备检修过程中对作业规范的智能识别等智能化应用。③5G网络建设。随着万物互联对数据采集和传输的要求，以及业务数字化的推进，企业应建设覆盖全公司安全可靠的5G专网，为设备状态监测、设备远程操作和维护、设备智能化分析等提供数据传输的能力。以此，保证数据更快传输、数据交换更加频繁和高效，使设备能够更好地融入到智能化的生产系统中，提高生产效率。④IPv6建设。基于“万物互联、人机协同”的建设推进，设备需要更多的身份地址组网，并与云端连接实现人机交互。而企业IPv4所提供的栈道已經不能满足未来海量设备的入网上云、远程控制的要求。因此，企业应将IPv6纳入新的数字化基础设施建设内，实现巨量设备的联网监控，大大提高设备的安全性能。⑤工业互联网平台的建设。工业互联网已经可以连接炼化生产、管理的各个环节，甚至可以实现生产与操作的控制，工业互联网距离炼化企业越来越近[4]。传统企业设备应用系统的部署采用物理部署的方式，面对大量系统的部署和应用，资源利用率低、统一运维较为困难，不满足未来设备智能化应用系统微服务技术路线的要求。工业互联网平台以基础设施作为内容建设，可以将其定位为一种新型的网络媒体形态，改变原有资源管理和数据管理模式，是炼化企业智能化建设重点建设内容。因此，企业在5G网络、云技术等先进技术的加持下，构建企业级工业云平台，为企业数字化智能化建设提供统一的基础资源和资源管理、统一的数据管理、统一的应用服务等，支撑设备智能化场景的应用。广东石化公司是中石油第一个建立了云平台的企业，强大的企业级数据中心，实现大规模数据的处理、存储级计算；企业全部系统实现服务上云，提高了系统的稳定性和交互性能，实现了业务的集成化和数据融合。所有应用系统采用容器化部署，大大节约部署资源的浪费，提高了统一运维的效率。

3.3  设备数据采集与集成建设分析

为了更好地沉淀企业级数据资产，对现有系统的数据进行完善采集、提高数据的完整性、可靠性和数据质量，同时增强数据的透视和可视化分析，实现数据资产价值的体现，真正做到数据驱动业务，助力企业设备智能化发展。在设备数据建设方面，首先，炼化企业应充分分析業务需求，建立完整的设备智能化数据体系。传统炼化企业，如呼和浩特石化、锦西石化等公司，在“十四五”数字化转型智能化发展规划报告中，将数据建设作为重点规划内容，如定义数据、制定标准、规范数据与集成方式等，实现数据的全面融合。中石油广东石化属于新建炼厂，在数据建设方面遵循智能工厂顶层设计的要求，统一对数据建设整体进行规划，部署了企业综合数据库，实现对全厂数据的全面集成、统一管理和分发应用，建设效果明显。其次，强化设备监测等数据的采集，包括设备运行时间、振动、温度、腐蚀和电力等实时数据。而数据的采集依托于现场的仪表、各类传感器和摄像机等，企业应该对底层的智能化仪表等进行升级或扩建。新建炼厂在基础设计阶段对数据采集进行整体设计，统一建设。传统炼厂在设备智能化建设统一规划下，可对关键仪表、调节阀等进行“分步式”智能化改造，对过程仪表测量数据及仪表运行数据进行全面采集；可通过安装智能传感器，通过低功耗局域网协议组网实时采集设备状态参数，监控设备运行情况。

3.4  设备智能运营管理平台建设

大数据、云计算及人工智能等技术给设备智能化应用提供了强有力的技术动力，提高设备数字化管理和业务智能化应用水平。炼化企业应以设备全业务智能应用为场景，全面地组织和规范设备信息化管理的各项工作，建立或整合出一套内容全面、真正符合炼化企业设备管理特点的、最大限度涵盖从股份公司到地区公司再到基层生产车间、各级设备管理人员日常全部工作的、对应各层级设备管理人员职能的、统一的设备智能运营管理平台。这个平台既要包括设备基础管理、运行和检测维修管理的主要功能，又能够整合各专业管理系统和实时数据系统，实现管理层对设备全面的在线实时监控，切实提高设备管理水平；既要满足目前设备管理的需要，又要体现一种先进的管理理念，将基于风险的管理、关键绩效指标管理、全寿命周期管理、预知维修等内容融入平台，通过管好、用好设备，为企业创造更大的效益。通过移动应用技术，突破业务空间限制、提高业务效率、改变业务操作模式，实现设备运行监测、风险预警等综合应用。

3.5  设备智能化应用建设分析

设备智能化应用主要通过引入先进的传感器、网络通信、自动化和人工智能等手段，使设备具备感知、分析、推理、决策和控制的能力，从而实现设备的自主运行、优化控制和智能管理，支撑设备业务的开展。因此，炼化企业设备智能化应用应重点开展如下几方面的探索：①应积极探索设备状态在线监测预警与故障自诊断的智能化应用。利用大数据技术可以对工厂设施设备运行实现实时的状态监测，能够对特定信息进行检测、记录、处理，对设备出现的故障能够进行基本的诊断[5]。设备状态监测预警与自诊断包含了动设备、静设备、电气设施、仪表及控制回路，水质分析、加热炉效率等。②开展三维数字化工厂的深化应用。在三维虚拟现实里实现设备漫游、设备运维管理、备品备件管理、预知维修的可视化管理、资产实物管理、腐蚀管理、密封管理等，为公司设备管理提供三维可视化空间数据、资产统计、规划以及仿真模拟服务。实现设备操作规程培训、设备拆装培训，提高工厂的培训水平。③积极探索人工智能在设备管理中的应用。基于摄像机、人工智能产品及智能AI分析技术，开发和适配各类模型算法，解决检测维修作业过程中人员违章操作、着装问题、非作业人员进入区域等监管失效问题。对厂区设备的跑冒泄漏识别和预警，提高设备安全性。利用内置高清摄像机，结合5G网络，重点区域配置无人机，采集影像图片，对长距离管线、罐区以及作业现场等重点关注的区域进行巡检，提高安全管控水平。④开展全业智能化统计分析工作。以集团公司管理制度和设备关键绩效指标，基于集成的海量数据，通过业务统计智能化分析模型和设备关键指标算法等，实现管理决策智能化分析与统计，驱动业务管理变革，提高工作效率。

3.6  设备智能化人才建设分析

总结中石油、中石化设备智能化建设实践，炼化企业设备智能化人才建设应以“业务+IT技术”优化融合为核心，采用多机制培养方式，培养新一代信息建设者，不断推动业务和IT技术的融合，才能不断提高企业的创新能力和竞争力，适应智能化发展的需要和趋势。因此，企业在人才培养方面应重点探索如下几方面的建设。①企业对员工进行设备智能化建设的文化培养，转变其意识形态，让其快速接受设备智能应用，不要让员工认为设备智能化建设是虚设，只会增加员工的负担。②企业可以建立跨部门合作机制，将设备部门和IT部门人员进行临时性整合，完成暂时的软知识集成，这种临时性整合有利于对项目的理解和推进，也可以通过业务专业知识来指导和推动IT技术的发展和应用，更重要的是通过项目对IT技术人员和业务技术人员进行技术的有效融合，使业务人员懂IT技术、使IT人员懂业务，最终培养企业复合型性人才。③企业还应重视人员知识结构和技能要求的提升。智能化技术和管理理念的发展，激发了员工对新知识的探索，但是如何去获取知识成为关键，企业应对象化地定期向员工提供相应的知识培训，包括设备结构和业务管理、设备智能化系统设计及应用、新的IT技术的培训。④通过移动应用技术建立移动式线上培训模式，如微信学习小程序、移动APP培训等等，让员工随时随地、不断学习和掌握新的技术和知识，不断适应智能化发展的需要和趋势。

4  结束语

在设备智能化建设中，新建炼化企业和传统炼化企业所面临的问题大不相同，传统炼厂遇到的问题尤为突出，但不管是新建炼化还是传统炼化企业，都应明确设备管理变革的方向和智能化建设内容，做到统一规划与设计。企业应重点加强新一代信息基础的建设，为设备智能化发展提供资源保障；应强化数据采集力度，减少数据人为干预。构建数据共享服务架构，实现数据自动流转，提高工作效率。积极探索智能化技术的应用，不断提高设备管理智能化决策能力和分析能力。强化设备信息化管理意识培养，建立设备智能化建设人才培养机制。综上所述，炼化企业在设备智能化建设中应全面考虑，秉持“统一规划、基础先行、数据支撑、业务整合”的原则，才能有效地推进设备智能化建设，为企业设备管理高质量发展提供动力。

参考文献：

[1] 韩笑，刘毅，张晓明，等.设备智能化管理系统在化工行业智能工厂建设中的应用[J].化工管理，2022（31）：114-116.

[2] 沈清泓，苏宏业，朱理，等.制造设备关键性能指标的基准设定[J].化工学报，2012（9）：2958-2964.

[3] 许晶一.中国石油炼化企业设备信息化管理现状研究[J].价值工程，2021（28）：158-160.

[4] 李农，李金华，李海峰.5G时代炼化企业智能化发展路径探索[J].中国设备工程，2021（7）：30-32.

[5] 陈轩.中国石油炼化企业设备管理信息化研究[D].北京：中国石油大学（北京），2008.