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            1. 新聞中心

              上海石化:以兩化融合為核心的智能工廠建設實踐

              發布時間:2021-08-15 |

               

              來源:《石油化工技術與經濟》


              中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)通過開展與企業發展戰略相匹配的信息化環境建設策劃,提升企業精益高效的煉化一體化生產組織管控能力、敏捷優質的產品供應服務能力、精準卓越的經營投資決策能力、安全可靠的健康、安全、保障和環境體系(HSSE)保障能力和相互支持的產業鏈協同發展能力。 

              1 構建智能工廠建設的需求與實踐

              1.1 識別信息化環境下智能工廠建設的需求

              應用政治、經濟、社會及技術(PEST)和基于內外部競爭環境和競爭條件下的態勢分析(SWOT)方法,通過商業模式、上海基地規劃、周邊產業集群效應及外部競爭加劇、新能源技術進步等內外部環境和優劣勢分析,優化確定“改進產品價值增值鏈經營模式”“完善經營投資決策模式”“改進傳統營銷模式”及“加大HSSE風險控制能力建設”等新階段的戰略舉措。結合企業戰略目標和年度工作目標,組織支持戰略目標實現的核心業務流程的診斷,編制核心業務流程實現方案,明確各核心業務流程的優化措施和能力需求。

              1.2 構建智能化工廠建設工作機制

              以信息化作為企業發展的內生要素,在信息技術和工業技術不斷演進、變革與交叉滲透的環境下,夯實工業自動化基礎,推進產品研發設計、生產制造、經營管理和營銷服務的優化提升,推動業務系統綜合集成、企業間業務協同以及發展理念和模式的創新,以提升創新能力、能源資源優化配置水平和利用效率,實現創新發展、智能發展和綠色發展,形成可持續發展競爭能力的過程。

              以智能化工廠為目標,信息技術為依托,找準定位,明確方向,充分發揮信息化、智能化的作用,堅持提升“五大能力”,建立生產經營、生產運營、基礎設施“三大平臺”,將智能化涵蓋于企業管理的每一項環節中,以信息技術(IT)服務指導生產經營和運營全過程,有力地促進了經濟效益和社會效益的提升。依據企業戰略目標,確定上海石化的戰略體系,明確“低成本與差異化兼顧、規模化和精細化并重”的經營戰略,以及“國內領先、世界一流”的能源化工及新材料公司目標;確定“質優量足、客戶滿意,健康安全、造福員工,節能減排,貢獻社會,兩化融合、追求卓越”的管理方針。

              1.3 智能化工廠建設實踐

              1.3.1 提升生產管控能力

              以信息技術、大數據輔助生產經營,為生產經營提供技術支撐,引領和把握未來發展是時代所需。近年來,上海石化強化信息化建設,依托先進過程控制(APC)、環保管理、設備管理、地理信息(GIS)可視化平臺、生產過程信息集成等信息系統,不斷提升企業的自動化控制水平,提升產品質量和運行效率,實現煉化生產一體化優化(包括計劃生產協同優化、效益測算、一體化優化支持等),全面實現煉化生產集成管控(包括運行監控、預測分析、生產預警報警、智能處置、調度指令和日常生產管理等)。運用APC系統、煉油裝置全流程優化系統、工藝過程信息集成、質量管理等系統,根據生產運行變化,動態調整運行參數,在確保生產運行平穩的前提下,實現效益最大化。完成了分布式控制系統(DCS)報警系統擴展、業務流程統一管理平臺等7個項目的建設和驗收。DCS報警管理信息系統在12套主要裝置試點成功,無效報警平均減少55%,APC應用覆蓋28套主要生產裝置,應用PetroSim軟件建成39套單裝置模型和一套全流程模型。

              (1)運用APC控制系統

              APC系統將整個生產裝置或者某個工藝單元作為一個整體研究對象,通過現場測試,量化描述各變量之間的相互關系,建立過程多變量控制器模型。利用該模型可以預測裝置的變化,提前調節多個相關的操作變量,降低操作人員對生產的監測和干預強度,提高裝置運行的平穩性。利用成本因子,計算優化控制方案,使裝置處于最優操作點附近運行,就是在工藝約束的基礎上實現卡邊操作,從而最大限度地提高目的產品的產率、裝置的處理量,降低原料、燃料、蒸汽消耗量,增加經濟效益。APC研發團隊在19套裝置研發實施先進控制,投用率保持99%以上,增效1.6億元。公司主要裝置都配置了控制系統,實現了100kt/a以上化工裝置APC應用全覆蓋,關鍵裝置已經完成了單裝置的優化。

              (2)運用裝置報警管理(DCS報警系統)

              通過引進DCS報警管理技術,提高各裝置操作效率,保證裝置在線運行時間和裝置安全,降低由于操作失誤導致的不必要的經濟損失。在各裝置搭建報警數釆系統,設計并實施數據釆集系統的信息安全防護,實現生產裝置報警數據的安全采集。在目前報警系統狀況的基礎上,評估與合理化改進報警系統,制定合理的報警策略,提高操作人員對報警的響應能力。形成一套持續改進報警性能的方法,確保報警系統的可靠性,并周期性循環進行報警系統的評估與改進,提高報警系統的性能,確保裝置穩定運行。具備完整的客戶培訓與系統維護,提高操作人員對報警處理的能力。

              (3)運用質量管理系統

              對原油(原輔料)釆購運輸、生產加工、產品出廠、產品運輸與銷售等環節以及工程、服務、檢修、物資釆購等質量進行全方位監控,實現各專業板塊質量管理的全覆蓋,為提升中國石化整體質量管理水平提供支撐。建設覆蓋生產全過程的質量管理系統,從原輔料進廠、生產過程到成品出廠進行全過程管控,實現對過程質量和質量風險的閉環管理,形成一個可推廣的質量管理標準模板,支撐企業全面質量管理,防控質量風險,促進提質增效。

              (4)運用工藝過程信息集成系統

              系統以工藝流程圖為基礎,集成了實時數據庫系統、實驗室信息管理(LIMS)系統、APC監控系統、DCS報警系統等與生產過程強相關的信息系統的數據,完成數據交互,實現生產過程監控、多業務系統集成分析功能。該系統通過集成公司現有生產業務系統的數據,實現對生產過程數據的統一訪問和靈活應用。生產管理人員可以利用實時數據和歷史數據,對生產過程進行綜合在線分析,及時發現生產過程中的問題和隱患,幫助裝置操作人員快速作岀判斷,使生產過程處于良好的運行狀態。

              (5)建設大型機組三維培訓平臺

              煉化行業中,最關鍵的設備是大型機組,大型機組的穩定運行直接關系到裝置的生產負荷,是企業正常生產運行的基礎,一旦出現問題或發生故障,對本裝置乃至整個生產流程上的多套裝置都會造成影響,輕則降低生產負荷,重則導致非計劃停工。維護大型機組安全運行是保證裝置經濟效益的重要環節,也是保障裝置安全生產的重要手段。做好煉化企業大型機組的管理工作,是煉化企業設備管理工作的重點內容。大型機組三維培訓平臺是優化大型機組培訓工作、提高培訓效率、提升培訓質量和效果、減少培訓成本和員工學習時間的重要工具。系統主要針對兩臺試點壓縮機組構建機組工藝仿真平臺、開展本體及附屬設施三維建模、研發機組培訓相關業務應用,實現應用新技術提高企業機組培訓的整體效果。包括機組培訓應用、機組仿真平臺、三維建模等內容。

              1.3.2 提升供應服務能力

              供應服務是企業運營的一個重要環節。以“信息精確、產品精準、服務精細”為目標,開展新產品市場調研,提升客戶服務水平和質量,加強新產品市場開拓。密切與專業銷售公司溝通,重點加強對臘綸、滌綸、塑料等品種和牌號的產銷計劃銜接,進一步以市場引導生產。以性價比最優的設備,投入生產裝置;以最少的庫存,實現生產成本最低化;以向客戶提供最優質的服務為目標,增加產品客戶黏性,都是供應服務的重要內容,有助于提升企業的經濟效益。以智能化提升供應服務能力,運用設備全生命周期管理等數據,為采購物資提供依據。運用智能卡(IC)自助提貨系統、客戶服務系統等,給客戶提供更周到的服務。

              (1)應用智能物資管理

              針對企業的整個物資供應過程,集成企業資源計劃(ERP)、LMIS、易派客等系統,利用射頻識別(RHD)手持終端等移動互聯技術,建設智能物資管理,實現物資從實物移動到財務記賬的全生命周期痕跡管理,提高企業物資管理的效率,降低庫存資金的占用。實現倉儲貨位標準化管理,庫存清晰可視;實現實物流轉過程痕跡管理,業務規范透明可控;與ERP、LMIS、EPEC、CMIS等系統緊密集成,使物流與信息流準確一致;信息快速采集,實時共享。智能物資主要在物資供應全過程進行跟蹤分析管理,即在需求計劃跟蹤、采購過程跟蹤、供貨執行管理、倉庫管理、配送管理、綜合分析預測、消息預警等方面建立智能物資管理模型,通過物資識別技術、貨位標準化、無線技術、移動應用、大數據等信息技術與管理制度有機結合,實現信息快速采集、傳遞、共享,實現物資需求、管理、供應各部門協調、各階段協調,提高快速反應能力,滿足企業重點工程及檢修單位的保供工作。

              (2)應用自助提貨系統

              自助提貨系統具有在線預約、自助制單、排隊叫號、掃描二維碼裝車及獲取信息的全流程電子化貫通功能。系統上線后,提貨人通過在線提貨預約,可以在約定時間內直接到發貨區域,憑提貨人身份證實現自助制單,以及通過排隊叫號系統有序裝車提貨。該系統的投入使用避免了提貨人員為辦理提貨手續來回奔波的麻煩,有效減少了現場提貨時間,提高了產品的出廠效率。還進一步提升了客戶服務水平,提高了提貨計劃的嚴謹度,加快了停車場車位周轉,逐步解決了以前提貨過程中遇到的車位緊張等問題。

              1.3.3 提升投資決策能力

              上海石化始終把發展作為第一要務,聚焦穩增長保效益,堅持以市場為導向,以效益為中心,突出“開源”與“節流”,著力防范和化解重大風險,加強生產運行管理和費用管控工作,努力提升盈利能力和水平。能根據市場變化情況利用信息化手段,及時調整企業的投資策略,實現最優化生產。上海石化裝置眾多、工藝流程復雜,原料、產品的市場價格直接關系到企業的經濟效益,通過原油效益測算、線性規劃功能拓展與周尺度計劃優化配置等工作,列出增利和減利的因素,優化區域部署、原料采購、資源配置、產品分布等,明確價值鏈優化策略,增加高附加值產品比例和綜合商品率,提高企業綜合效益。

              (1)建設價值鏈表征優化系統

              該系統利用上海石化現有線性規劃、數據統計等相關系統,研究開發價值鏈表征和優化技術,重點研究原油效益測算、線性規劃功能拓展與周尺度計劃優化配置等工作,表征增利和減利因素,優化區域部署、原料采購、資源配置、產品分布等,提出公司價值鏈優化策略,增加高附加值產品比例和綜合商品率,提高企業綜合效益。

              (2)建設業務流程平臺

              聚焦核心業務流程網上運行,控制核心業務,建立與企業戰略和核心競爭力相一致的測評指標、效率指標、效益指標和結果指標,使每一項業務流程消耗資源最小化,消除流程的無價值活動產生的浪費,減少業務流程活動從輸入到輸出的總時長。

              1.3.4 提升HSSE保障能力

              大型煉化一體化企業具有易燃易爆的高危特性,因此必須要更加注重HSSE管理。運用信息系統監測生產運行中安全、環保情況,將有效提升HSSE管理工作。以智能化提升HSSE保障能力,制定完備的應急措施及手段,提升上海石化HSSE快速應急響應能力。推進綠色企業創建,根據上海石化綠色企業創建方案、任務清單和項目清單,健全工作推進機制,有序推動產業結構調整、油品清潔化、污染治理高效化。堅持從規范制度、明晰責任、現場標準化管理等方面提高標準,對日常管理中存在的“低老壞”問題,堅持真抓真管、嚴抓嚴管,持續推進泄漏檢測與修復(LDAR)系統的全覆蓋和精細化管理,LDAR密封點覆蓋點位超80萬點。建立事故約談和重大問題督辦制度,建立倒逼機制,制定可操作性強的硬措施,切實加強監督問責。從嚴異常管理,進一步明確生產異常情況上報標準和程序。通過DCS報警系統、GIS可視化平臺、環保管理平臺等,及時了解生產、環保異常情況,異常情況的位置,第一時間進行處理。

              (1)建設環保數據展示平臺

              建立統一、系統、完整的環保管理平臺,使企業領導、安環處、二級單位等所有相關人員及時掌握權限范圍內所需的環境監測數據,智能分析環保狀態,決策環保問題,管控環保流程等,及時控制和減少排放。既有助于上海石化控制排放超標引起的環境風險事件,又能滿足政府的監管要求,同時系統的建設還將實現環保與信息化的深度融合。

              環保管理平臺主要包括環保管理數據推送地理智能平臺及智能展示、移動應用、水質管理、廢氣管理、大氣管理、零異味報告處理系統6個部分。通過該平臺可掌控環保數據,系統將采集的數據(包括93個排氣筒、12個在線監測儀,5個大氣監測站常規監測因子,80個清下水口、1個總排海口、100個以上的廢水口和1個污水口在線監測數據、離線檢驗數據、人工判別數據)集成在統一的數據系統中,實現集中管理、集中存儲和系統分析,使各級管理人員可以及時、方便地獲取有應用價值的數據,滿足政府監管和企業自身管理需要。開展環保超標管理,通過可視化查看環保監測點信息、實時數據、歷史數據,結合相應管理要求,進行報警,一旦出現數據異常和超標報警,可以第一時間通過推送給地理信息智能展示平臺、移動應用和手機短信等多方式可視化監管和預警環保狀態,并智能推動環保整改流程,為管理人員提供環境可視化分析,降低環境風險事件可能。

              積極開展綠色企業創建,基本完成“一方案兩清單”編制,包含53項任務和68個項目。以大氣治理為重點,完善LDAR基礎數據建設,推進LDAR全覆蓋工作,新增密封點16.79萬點,LDAR覆蓋點位達81.82萬點。2018年,上海石化保持了“七個為零”的HSSE紀錄,化學耗氧量(COD),氨氮、SO2、氮氧化物排放總量同比分別下降24.58%、39.20%.64.01%和39.96%,廠區邊界揮發性有機物(VOCS)濃度(72因子)下降31.35%。

              (2)建設GIS可視化平臺

              通過對生產、設備、安環、保衛等各業務條線的數據采集、資源共享和集成展示,提供關聯地理信息的可視化的智能分析功能,解決多專業系統集成不夠、跨專業工作難以開展的問題,為生產經營的統籌管理、應急指揮與決策支持提供數據支撐平臺。地理信息平臺以天地圖為基礎,繪制上海石化矢量地圖,建立統一數據接入標準,接入設備、安環、保衛等各條線專業數據,釆集專業業務對應各類實物的地理信息,在地理信息平臺上進行展示,實時反映實物狀態,及時推送異常數據報警,實現各類數據的可視化實時監管。

              1.3.5 提升產業鏈協同發展能力

              企業的生產鏈條是一個有機的整體,各條線需要相互配合,因此信息共享顯得更加重要。計劃、采購、生產、財務、儲運、銷售各個環節之間相互聯系,通過互通信息,促進各條線的業務更優,實現效益最大化,促進企業發展。以智能化提升產業鏈協同發展能力。以信息化來實現釆購、生產、計劃、財務、銷售等系統互通,動態、滾動測算,滾動優化各環節,實現各部門相互配合,協同發展的功效。

              (1)Petro-SIM模型軟件升級優化

              將工藝特點與機理模型結合,通過物性傳遞、反應動力學計算和能量平衡計算等方面系統分析,建立準確表征煉油、烯炷、芳煙工藝裝置性能的單裝置工藝模型,以及準確反映全廠實際運營性能的全流程模擬模型。結合市場價格因素,進行單裝置的經濟性分析,以及全廠性的經濟性分析對比,有效識別、評估和實施優化增效方案,優化裝置操作條件、加工路線和產品結構,促進全廠盈利水平的提高,同時加強人才隊伍培養,進一步提升員工技能,使公司具備先進的軟件工具建模能力。

              2)乙烯裝置全流程實時優化系統研發

              剖析乙烯裝置生產運行中存在的多單元、多任務、多目標協同問題,研究單元實時優化與全流程實時優化的智能協同方法,采用過程機理、大數據分析、智能優化算法等相結合的技術,實現單元與單元、單元與全流程之間的智能協同優化。形成面向動態生產多任務的乙烯裝置原料配置與負荷分配智能優化技術;建立基于過程機理和運行數據的車間全流程智能模型;挖掘車間多單元間耦合關聯規則,獲得裝置級聯約束;開發以經濟效益最大化或高附產品收率最大化為目標的單元局部實時優化與全流程實時協同優化的系統軟件平臺。

              1.3.6 提升產品創新開發能力

              密切關注煉化技術發展新趨勢,深化煉廠全流程優化技術應用,加強新能源領域技術攻關,著力推進低硫船用燃料油生產、燃料電池級氫氣供應關鍵技術研究工作;加大碳纖維技術攻關,完成高性能碳纖維裝備改造;推進高附加值聚酯和合成樹脂的開發與推廣應用,開展光學膜用聚酯、工程塑料用聚酯、阻燃聚酯等產品的市場推廣工作,推進己烯共聚和大口徑聚乙烯管材料、發泡聚丙烯系列化產品開發,以及醫用聚丙烯注射器產品的升級開發;專注新一代信息技術和智能制造應用方向,以完善上海石化“兩庫兩網”(中央數據庫、實時數據庫、光纖主干網、無線主干網)為起點,強基礎、消孤島,深入開展智能工廠建設工作,繼續加大生產過程中的控制優化工作,積極推行物聯網、大數據、人工智能、機器人等新技術試點應用,持續推進“兩化”深度融合。

              2 實施效果

              2.1 構建與企業生產經菅高度適應的功能型管理機制,實現核心價值鏈全流程優化模式

              建立與生產經營髙度適應的功能型管理機制,為實施全方位優化原油結構、原料和燃料結構、加工路線、產品結構創造了條件。上海石化建立了全流程優化模型,定期根據生產經營計劃,對效益最大的產品高產超產、效益優化重大措施以及影響企業整體效益的關鍵環節,制訂專項獎勵辦法,從而強化了計劃的“指揮棒”作用,確保了最大程度調動相關部門爭創企業整體效益最大化的積極性。

              2.2 兩化功能凸顯,提升企業信息化環境下的競爭力

              將兩化融合作為調結構、促轉型、增效益的重要突破口和主要抓手,以兩化融合管理體系建設為契機,提升企業一體化管理水平。安全環保始終保持“七個為零”,主要生產裝置運行平穩,六期工程順利建成投產,生產經營管理水平不斷提升,降本增效取得顯著成效,產品質量升級和技術開發工作順利實施,組織機構規范化和管理模式創新不斷深入。

              以智能化工廠建設為切入點,形成效益驅動、創新引領的常態化。生產裝置全面實現優化生產,增創效益3.2億元;通過裝置排產、生產調度、生產計劃、生產管理等系列優化工作,構建煉油裝置全流程優化系統;生產管理人員與裝置技術人員協同辦公,提高綜合商品率、減少物耗能耗為主線,加強裝置和產品邊際貢獻跟蹤,建立煉化一體化優化生產管控思維模式,打破煉油、化工的板塊界限,統籌安排煉油、烯炷、芳姪經營性生產,促進了產品結構整體升級,信息資源充分共享;通過業務流程和組織架構優化,運用辦公自動化和移動辦公,使文件審批等行政辦公效率提升70%以上,實現經濟效益和管理效率不斷提升。

              2.3 完善績效考核體系,持續激發組織活力

              完善智能化工廠建設績效考核辦法和考核指標框架。明確“財務、客戶、內部流程、成長和學習”(KP1)4個維度和重點行動項;強化對各生產單位反映“安穩長滿優”總體運行質量的裝置利用率、可靠性指標考核;加強過程安全管理中重要過程和結果指標以及裝置在總部整體排名等項目考核;建立完善專業條線考核機制,充分發揮專業條線考核評價的作用。

              3 結語

              加快建設中國智造強國,推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合是時代所需,智能化工廠的建設有利于優化存量、降低企業的綜合成本(節能降耗、減少用工量、壓縮運輸成本);有利于擴大增量,更好地支撐先進制造業向價值鏈的高端延伸,實現跨設備、跨系統、跨廠區、跨地區的互聯互通。上海石化堅持“質量第一、效益優先”,實現“更高質量、更有效率、更加公平、更可持續”的發展目標,以信息化手段指導生產經營,運用移動互聯網、云計算、大數據等為抓手,實現計劃、釆購、生產、儲運、銷售等質量管理過程的互聯互通,持續提升產品和服務質量。王素華

               

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