吳 青

（中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司，北京 100010）

中國(guó)海油煉化產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，目前已擁有原油一次加工能力5000萬(wàn)噸/年、乙烯和PX產(chǎn)能分別為225萬(wàn)噸/年和100萬(wàn)噸/年。中國(guó)海油煉化產(chǎn)業(yè)除了要面對(duì)原油資源、地緣政治、全球氣候變化、稅務(wù)法規(guī)政策、產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)、新能源與替代燃料和新技術(shù)的影響外[1-7]，還需要正視自身問(wèn)題，在實(shí)施產(chǎn)品結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)[8,9]的同時(shí)，花大力氣推行“生產(chǎn)模式、銷售模式和管理模式”變革的創(chuàng)新。

在目前深化“互聯(lián)網(wǎng)＋”應(yīng)用與“兩化融合”的大環(huán)境下，煉化企業(yè)在強(qiáng)化煉化一體化、大型化、規(guī)模化及能源與資源多元化發(fā)展的同時(shí)[10，11]，更加重視信息化對(duì)煉化業(yè)務(wù)能力提升和產(chǎn)品銷售模式的創(chuàng)新。而云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應(yīng)用、社交媒體等信息化新技術(shù)不斷改變煉化生產(chǎn)、管控與經(jīng)營(yíng)模式的變革，推動(dòng)煉化企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型[12]，對(duì)企業(yè)發(fā)展產(chǎn)生越來(lái)越顯著的影響。

本文采用智能化、信息化評(píng)價(jià)模型對(duì)中國(guó)海油煉化產(chǎn)業(yè)的信息化應(yīng)用水平進(jìn)行評(píng)估，結(jié)合煉化公司發(fā)展戰(zhàn)略與目標(biāo)定位，提出了中國(guó)海油煉化信息化的發(fā)展路徑，明確了煉化產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的三步曲和每個(gè)步驟的目標(biāo)、內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)，為煉油化工企業(yè)的智能煉廠建設(shè)和智慧煉化建設(shè)提供借鑒。

1 煉化企業(yè)信息化應(yīng)用水平及其評(píng)價(jià)

中海石油煉化有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱煉化公司或公司）是中國(guó)海油煉化業(yè)務(wù)的歸口管理單位，其組織構(gòu)架見(jiàn)圖1。

1.1 現(xiàn)狀與需求分析

為了解已有基礎(chǔ)和發(fā)展信息化存在的差距和問(wèn)題，需要評(píng)估企業(yè)信息化現(xiàn)狀。評(píng)估時(shí)，要依據(jù)公司業(yè)務(wù)鏈和主要業(yè)務(wù)流程、業(yè)務(wù)領(lǐng)域主要問(wèn)題及改進(jìn)方向，特別是要在原油端、銷售端考慮如何進(jìn)行優(yōu)化？如何在生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)施成本控制、從全鏈條各環(huán)節(jié)降本增效，從而從公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理要效益角度提出信息化需求分析。

1.1.1 業(yè)務(wù)戰(zhàn)略

圖1 煉化公司組織構(gòu)架

表1 業(yè)務(wù)戰(zhàn)略及相應(yīng)的業(yè)務(wù)能力和信息化能力要求

表1是根據(jù)煉化公司業(yè)務(wù)發(fā)展戰(zhàn)略而提出的相匹配的業(yè)務(wù)能力和信息化能力方面的要求。

1.1.2 核心業(yè)務(wù)

煉化公司的組織模式?jīng)Q定了煉化公司屬于運(yùn)營(yíng)管控型。核心業(yè)務(wù)主要是原油加工、產(chǎn)品銷售以及與之相關(guān)的倉(cāng)儲(chǔ)物流。表2為煉化公司銷售核心業(yè)務(wù)的現(xiàn)狀分析匯總。

1.1.3 業(yè)務(wù)構(gòu)架

煉化公司業(yè)務(wù)架構(gòu)覆蓋了工程、科研、生產(chǎn)、銷售四大板塊，分為煉化公司和下屬企業(yè)兩個(gè)管理層面，在下屬企業(yè)層面分為經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)操作層，在煉化公司分為戰(zhàn)略管理、經(jīng)營(yíng)管理層。在煉化生產(chǎn)中覆蓋了從原油配置及采購(gòu)、煉化生產(chǎn)；產(chǎn)品物流與銷售中覆蓋了一次配送、倉(cāng)儲(chǔ)管理、二次配送、直銷/批發(fā)及終端銷售環(huán)節(jié)。同時(shí)，按照“十三五”的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略，增加了產(chǎn)銷協(xié)同管理的業(yè)務(wù)流程。

表2 煉化公司銷售核心業(yè)務(wù)匯總

續(xù)表

1.1.4 發(fā)展愿景

依據(jù)煉化公司的發(fā)展戰(zhàn)略以及信息化現(xiàn)狀、信息化的新技術(shù)并開展對(duì)標(biāo)分析，可以得到公司信息化的愿景、方針、原則和總體目標(biāo)。據(jù)此，可以進(jìn)一步探討滿足公司信息化發(fā)展戰(zhàn)略的公司信息架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、信息化基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)以及保障措施，確保實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

1.2 評(píng)估

根據(jù)對(duì)煉化行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)以及煉化信息化最佳實(shí)踐的研究，借鑒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等其他行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，提出6個(gè)維度對(duì)煉化企業(yè)信息化應(yīng)用水平進(jìn)行評(píng)估的煉化信息化能力評(píng)估模型[13]，見(jiàn)表3。

2 智慧煉化建設(shè)

智慧煉化[14，15]是建立在數(shù)字煉化和智能煉化基礎(chǔ)之上的高級(jí)形式，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)煉化企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈的最優(yōu)化與價(jià)值最大化，見(jiàn)圖2。

1）數(shù)字煉化是基礎(chǔ)。數(shù)字煉化[16]是計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)字化制造與先進(jìn)制造及運(yùn)營(yíng)管理理念相結(jié)合的一種產(chǎn)物。它是指在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境下，充分利用三維GIS、虛擬仿真、大數(shù)據(jù)分析、移動(dòng)應(yīng)用等先進(jìn)的數(shù)字化信息技術(shù)，以能夠覆蓋設(shè)備、產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以可視化為手段、以業(yè)務(wù)為依托、以底層模型為支撐，為涵蓋從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、工程組態(tài)、生產(chǎn)執(zhí)行，直至后期運(yùn)營(yíng)服務(wù)在內(nèi)的生產(chǎn)活動(dòng)，統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè)期與運(yùn)營(yíng)期的數(shù)據(jù)資源建設(shè)、業(yè)務(wù)滲透與功能建設(shè)，全價(jià)值鏈打造無(wú)縫集成、虛實(shí)精準(zhǔn)映射的工廠解決方案，為規(guī)劃、工程、生產(chǎn)、應(yīng)急、培訓(xùn)等提供有效業(yè)務(wù)支撐，助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率、質(zhì)量、靈活性的提升，以及成本的下降。

表3 信息化能力評(píng)估模型

圖2 中國(guó)海油智慧煉化建設(shè)策略

數(shù)字煉化的最大特征在于信息集成。數(shù)字化員工、數(shù)字化資產(chǎn)以及數(shù)字化操作是數(shù)字煉化的主要應(yīng)用，其核心是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行的自動(dòng)化、信息化，實(shí)現(xiàn)工廠運(yùn)營(yíng)可視化，提高生產(chǎn)與銷售系統(tǒng)的管理效率。

2）智能煉化是核心。它是在數(shù)字煉化基礎(chǔ)上，以信息化為主導(dǎo)，將生產(chǎn)過(guò)程由自動(dòng)化、數(shù)字化上升為知識(shí)化、最優(yōu)化的過(guò)程。作為工廠信息化發(fā)展的新階段，智能煉化利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、設(shè)備監(jiān)控等技術(shù)加強(qiáng)信息管理和服務(wù)；清晰掌握產(chǎn)銷流程，提高生產(chǎn)過(guò)程可控性，減少生產(chǎn)流程各裝置、單元的人工干預(yù)；即時(shí)、正確采集裝置數(shù)據(jù)，合理編排并在線優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度（進(jìn)度）。把綠色智能手段和智能系統(tǒng)等新技術(shù)集成，構(gòu)建高效節(jié)能、綠色環(huán)保、環(huán)境舒適的人性化工廠。通過(guò)整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測(cè)；利用仿真技術(shù)以及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴(kuò)增到展示設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程。系統(tǒng)中各組成部分可以自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具備協(xié)調(diào)、重組、擴(kuò)充特性。系統(tǒng)也部分具備了自我學(xué)習(xí)、自行維護(hù)能力。但是，本階段生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)化期間所采用的信息化手段來(lái)改造或應(yīng)用于生產(chǎn)模式時(shí)，還是更多地聚焦于分布式、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化的生產(chǎn)框架，生產(chǎn)系統(tǒng)的自治性、協(xié)同性還有待進(jìn)一步提高。

3）智慧煉化是目標(biāo)。從智能優(yōu)化制造角度來(lái)說(shuō)，智慧煉化是智能現(xiàn)代制造的第三階段，是在數(shù)字化煉化基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)智能煉化建設(shè)，通過(guò)信息化手段去改造或應(yīng)用于制造模式的改變或轉(zhuǎn)型，在分布式、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化的生產(chǎn)框架中，有針對(duì)性地解決生產(chǎn)系統(tǒng)的自治性、協(xié)同性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“人、機(jī)、物”的協(xié)調(diào)與一體化。在這個(gè)階段，重點(diǎn)關(guān)注“人”在制造系統(tǒng)中的突出與核心地位，強(qiáng)調(diào)發(fā)揮人的潛能，并將人的智能與機(jī)器的智能真正有機(jī)地集成在一起，互相配合，相得益彰。在智能現(xiàn)代制造過(guò)程中，集成進(jìn)行人與機(jī)器的智能活動(dòng)，如分析、推理、判斷、構(gòu)思、決策等，通過(guò)人機(jī)合作，去擴(kuò)大、延伸和部分代替、取代技術(shù)專家在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)，把制造自動(dòng)化擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化，并獨(dú)立承擔(dān)分析、判斷、決策任務(wù)，達(dá)到智能優(yōu)化制造，即智慧煉化。

如果從現(xiàn)代企業(yè)信息化的三層結(jié)構(gòu)即過(guò)程控制系統(tǒng)、中間層級(jí)的制造執(zhí)行系統(tǒng)和處于頂層的企業(yè)資源規(guī)劃層級(jí)看，智慧煉化與智能煉化的主要差異為：

1）智能煉化更多地在于生產(chǎn)過(guò)程的信息化以及完善從下往上（即由PCS到MES再到ERP）的信息化過(guò)程，而智慧煉化則是在智能煉化基礎(chǔ)上，更多地完善三層級(jí)之間的協(xié)同與優(yōu)化，特別是強(qiáng)調(diào)了從上到下（即由ERP下到MES再下到PCS）的信息化閉環(huán)。此外，智慧煉化還同時(shí)考慮產(chǎn)業(yè)資源虛擬化與制造產(chǎn)業(yè)服務(wù)化與生產(chǎn)過(guò)程信息化之間的協(xié)同與優(yōu)化。

2）智能煉化和智慧煉化的基礎(chǔ)均為數(shù)字煉化，它們均是借助信息化的力量，促進(jìn)生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變。但在促進(jìn)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變的方式方面，有一些區(qū)別。智慧煉化除了采用智能煉化的手段、方式外，更多地加入了一些諸如多智體、人工智能等方式促進(jìn)了生產(chǎn)過(guò)程的自治性、協(xié)同性等，特別是擁有“全供應(yīng)鏈的資源敏捷優(yōu)化”“全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同優(yōu)化”和“QHSE的監(jiān)控與溯源”等顯著特點(diǎn)。

3）智能煉化和智慧煉化所采用的信息化手段與項(xiàng)目，許多項(xiàng)目的名稱基本相同或雷同，但在應(yīng)用方面還是有些變化或不同，很多是更加深入了。例如：在企業(yè)決策智能化方面，如何做好控制與仿真優(yōu)化協(xié)同支撐？對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行而言，仿真具有模擬、驗(yàn)證與分析三個(gè)作用，即模擬生產(chǎn)流程、驗(yàn)證決策方案、分析數(shù)據(jù)可視化，可以充當(dāng)優(yōu)化方案與控制指令協(xié)同的媒介。最新的方法是采用虛擬/現(xiàn)實(shí)的方法來(lái)開展，中國(guó)海油正考慮開展清潔汽油與高價(jià)值芳烴智能制造虛擬/現(xiàn)實(shí)的高仿真研究用于企業(yè)決策。

綜上，煉化企業(yè)實(shí)施智能煉化建設(shè)的基礎(chǔ)首先是數(shù)字煉化建設(shè)，核心是智能煉化建設(shè)，最終目標(biāo)是智慧煉化。

3 智能化信息化項(xiàng)目簡(jiǎn)介

3.1 石油分子工程應(yīng)用系統(tǒng)

石油分子工程與分子管理的應(yīng)用系統(tǒng)，其核心是建立原油分子信息庫(kù)和化學(xué)反應(yīng)規(guī)則庫(kù)[1,2,17]。原油分子信息庫(kù)中分子信息既可以實(shí)測(cè)，也可以采用MTHS或SOL、PDF等方法對(duì)石油分子進(jìn)行重構(gòu)。分子信息庫(kù)的建設(shè)，要以方便信息的存儲(chǔ)、檢索，特別是方便建立分子動(dòng)力學(xué)模型以及產(chǎn)品調(diào)和模型使用為前提[2]。

3.2 能源管理系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)的建設(shè)，可以實(shí)現(xiàn)能源計(jì)劃、運(yùn)行、統(tǒng)計(jì)分析、評(píng)價(jià)、能源優(yōu)化的全流程管理；實(shí)現(xiàn)企業(yè)用能設(shè)備與公用工程（蒸汽、燃料和動(dòng)力系統(tǒng)）系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，并進(jìn)行用能效率、成本、能量平衡的分析；建立生產(chǎn)廠蒸汽、燃料和動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)能源產(chǎn)、輸、轉(zhuǎn)、存、耗、銷整個(gè)過(guò)程的管理與優(yōu)化。

能源管理系統(tǒng)的主要功能模塊及其功能設(shè)計(jì)：

1）管理層，包括能源計(jì)劃管理，實(shí)現(xiàn)能耗計(jì)劃的生成及分解和對(duì)比分析；根據(jù)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)置算法實(shí)現(xiàn)日平衡、月平衡的“能源管網(wǎng)平衡”；通過(guò)報(bào)表、圖形等方式分析企業(yè)用能情況的“能源統(tǒng)計(jì)分析”以及能源評(píng)價(jià)與分析，即結(jié)合生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)以及能源指標(biāo)，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)、裝置、以及重點(diǎn)區(qū)域等進(jìn)行耗能評(píng)價(jià)。

2）作業(yè)層，包括“用能運(yùn)行與監(jiān)控”（通過(guò)能流圖對(duì)用能情況進(jìn)行監(jiān)控，包括：能源使用情況、能源運(yùn)行監(jiān)控、開停工能耗管理等）和“用能分析與優(yōu)化”（采用能源產(chǎn)耗預(yù)測(cè)、能源管網(wǎng)模擬、能源多周期動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度等核心技術(shù)，建立能源產(chǎn)耗預(yù)測(cè)模型、能源管網(wǎng)模擬模型和能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)給出各種能源介質(zhì)的優(yōu)化調(diào)度和分配方案，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)（燃料氣、氫氣、蒸汽、電力、水系統(tǒng)等）的優(yōu)化調(diào)度和運(yùn)行）兩大部分。

3）數(shù)據(jù)層，包括能源數(shù)據(jù)采集與模型，可以自動(dòng)采集水、電、汽、風(fēng)公用工程數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)臨時(shí)用能的手工錄入。模型方面包括計(jì)量數(shù)據(jù)校驗(yàn)、公用工程數(shù)據(jù)模型、能源成本數(shù)據(jù)與分配模型以及生產(chǎn)單元的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理。

4）控制層，包括智能儀表、DCS/PLC/FCS，SCADA，RTU等。

3.3 資源敏捷優(yōu)化與智慧供應(yīng)鏈

資源敏捷優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)需供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的敏捷優(yōu)化支撐，如要實(shí)現(xiàn)煉廠產(chǎn)品庫(kù)存、在途庫(kù)存、油庫(kù)庫(kù)存、加油站庫(kù)存的可視化，實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)存的動(dòng)態(tài)管理；通過(guò)油品移動(dòng)管理與優(yōu)化，降低二級(jí)庫(kù)存占有量，實(shí)現(xiàn)庫(kù)存優(yōu)化；通過(guò)一致性需求預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)短期生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃的優(yōu)化；通過(guò)市場(chǎng)需求、庫(kù)存動(dòng)態(tài)分析，為煉廠原油優(yōu)選提供支持。

在計(jì)劃、調(diào)度、操作層面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷協(xié)同，提升供應(yīng)鏈績(jī)效，需要開展智慧供應(yīng)鏈建設(shè)。智慧供應(yīng)鏈的實(shí)現(xiàn)需供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的智慧化支撐，如供應(yīng)鏈的全局可視：實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)需求預(yù)測(cè)、庫(kù)存動(dòng)態(tài)、指令與執(zhí)行的可視化；供應(yīng)鏈的計(jì)劃優(yōu)化：一致性需求預(yù)測(cè)，滿足供需平衡的統(tǒng)一計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置；供應(yīng)鏈調(diào)度協(xié)同：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)廠、在途、進(jìn)出庫(kù)、油品配送調(diào)度指令的協(xié)同；供應(yīng)鏈績(jī)效管理：結(jié)合價(jià)值鏈分析，供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的績(jī)效指標(biāo)進(jìn)行綜合分析和展示。

智慧供應(yīng)鏈?zhǔn)疽庖?jiàn)圖3。

3.4 價(jià)值鏈管理與優(yōu)化系統(tǒng)

全流程的價(jià)值分析及優(yōu)化價(jià)值鏈管理系統(tǒng)涉及從計(jì)劃、執(zhí)行、執(zhí)行跟蹤、調(diào)整的全作業(yè)流程，需要基于PIMS、ERP、MES等應(yīng)用系統(tǒng)，打通整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流，見(jiàn)圖4。

4 小結(jié)

1）借助信息化技術(shù)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)、進(jìn)行智慧煉化建設(shè)時(shí)，應(yīng)首先采用信息化評(píng)估模型分析自身信息化能力水平，然后結(jié)合各自定位、發(fā)展目標(biāo)以及行業(yè)良好實(shí)踐等，從而找到出路。

圖3 智慧供應(yīng)鏈功能設(shè)計(jì)

圖4 全流程價(jià)值分析與優(yōu)化系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2）實(shí)施智慧煉化建設(shè)，可以按照“三步走”策略，其中，數(shù)字煉化為基礎(chǔ)，智能化建設(shè)為核心，智慧化建設(shè)為目標(biāo)。

3）石油分子工程應(yīng)用系統(tǒng)等典型、重要的智能化信息化特質(zhì)項(xiàng)目作為從數(shù)字煉化經(jīng)智能煉化邁向智慧煉化建設(shè)的信息化重點(diǎn)項(xiàng)目，其建設(shè)與良好實(shí)踐可以為企業(yè)實(shí)現(xiàn)短期速贏、彎道超車的目的。