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    工業以太網

    流程行業的工業互聯網應用

      2020年07月20日  

      醫藥、化工、石油煉制、火電、鋼鐵、水泥等流程工業,是重資產、資源型行業。這些行業一般都是設備專用,工藝相對固定;原料及能源消耗占到生產成本的絕大部分。目前,這些行業已經實現了較高的自動化、信息化水平,但相對來說國內的相關行業普遍在原料管理及能源管理、設備的管理維護等方面還比較粗放落后,能源有效利用率只有歐美國家的40-70%。

      01 流程行業需要工業互聯網

      “兩化融合”、“智能制造”、“工業互聯網”和“新基建”等相關國家政策都對這些基礎行業非常重視,并在提升流程工業的這些指標上對工業互聯網技術寄予厚望。工業互聯網已經被證實且被世界上大多數的領先企業采納作為數字化轉型的手段,中國的流程行業更需要工業互聯網,總結來說,“現狀”、“體質”、“特點”和“收益”四個方面決定了這一點。

      01 現狀

      首先是現狀,國內流程工業粗放的現狀必須改觀,一方面因為當前處在工業4.0的關鍵時期,全球都在數字化轉型,我們不行動只會越來越落后;另一方面是人力成本、資源成本等不斷的上漲,也在迫使流程工業主動去解決這種利益擠壓;還有一個方面是當前各方面技術的發展已經足以支撐流程工業的升級改造。

      02 體質

      第二是“體質”,工業互聯網應用的落地是有比較多的前提條件,比方說具不具備物聯網數據采集和控制能力,有沒有一定的信息化系統基礎等。在這方面流程工業的自動化、信息化基礎已經普遍較高,PLC、傳感器、DCS等較為完善,這種“體質”決定了流程工業落地工業互聯網相比其他行業有著先天的優勢。

      03 特點

      第三是特點,流程行業生產一般都是連續的,一旦裝置開工后至少要按照年度進行長周期運行;產品結構、工藝流程以及配套設備都相當復雜,包括混合、分離、破碎、化合、加熱等過程,以及主產品、副產品、次生品、回流品、廢棄品等產品結構,每一級流程不但受到上一級流程的影響,還會受到溫濕度、壓力等各種環境因素的影響,配方、環境、流程等的不同會造成很大的最終產品差異;每個行業的生產設備均是針對各自企業特點打造,設備復雜、環環相扣;大批量生產,生產量大企業才有效益。這種連續性、大批量、復雜性、以及個性化的裝備等特點,正是工業互聯網的實時性、靈活性、大數據價值挖掘優勢的最佳應用匹配對象。

      04 收益

      第四是收益,“1%能效提升帶來萬億的市場規?!边@種效應用在流程工業上再貼切不過,流程工業也是工業互聯網鼻祖提出該概念時指出的最佳應用行業之一。在收益上,尤其國內的流程工業企業在相對落后的現狀下,通過工業互聯網能夠很輕易的獲得顯著的收益成效,并且,能夠隨著工業互聯網的落地及應用,能夠獲得更高的價值收益。

      最后,我們從工業互聯網的特性、技術及應用領域等角度來看,流程工業也是其最佳的應用場景。工業互聯網本身的特性包括資源要素、互聯互、融合共享、系統集成、新業態等,其標準體系結構具備基礎的共性(安全、可靠、檢測、評價),以及關鍵技術(工業大數據、工業軟件、工業云、邊緣計算、人工智能)和行業應用(航空航天、軌道交通、石油化工)都符合流程工業場景。

      02 四個層次的流程工業互聯網應用

      工業互聯網在流程工業里的應用,其核心在于工業互聯網平臺能夠緊密結合生產、計劃、供應鏈、安環、銷售、客服等業務主題,構建“全面感知、融合互聯、精益管理、智能運營、集成共享”的應用體系,達到優化經營、降本增效、節能環保、個性化服務的可持續增長的目標,實現價值創造和智能驅動的新模式??偨Y來看,流程工業可以從四個層次落地工業互聯網應用:

      01 第一個層次

      工業操作系統及其應用軟件,構建可裁剪的工業基礎軟件平臺,面向數字化產品和智能成套裝備需求,重點研制高安全、高可信的實時工業操作系統。

      02 第二個層次

      “云端”+“終端”工業大數據平臺,嵌入式數據管理平臺與實時數據智能處理系統,云端具有海量處理能力的工業數據處理軟件,覆蓋產品全生命周期和制造全業務活動的工業大數據。

      03 第三個層次

      智慧工業云與制造業核心軟件,工業資源庫(知識庫、模型庫、工藝庫、標準庫),產品生命周期管理、企業資源規劃、供應鏈管理、客戶關系管理等制造業核心軟件,工業能源管理智能化軟件與協同管控平臺,“互聯網+”智慧工業云平臺。

      04 第四個層次

      重點領域工業應用軟件,涵蓋從設計研發、生產制造到產品服務的全生命周期行業應用軟件,產品創新開發、智能控制與分析優化、裝備智能服務等。

      03

      01 可視化

      過程可視化,通過端到端的數據集成,將供應鏈、生產、安環、能源及企業管理等相關信息完整的呈現出來;績效可視化,實時監控,及時發現可能出現影響企業安環、生產、物流的問題和瓶頸。

      02 一體化

      把DCS、PLC、SCADA、質檢設備等與ERP、生產管控系統等集成一體化應用;即:生產安全一體化管控、經營管理一體化應用、綜合研究一體化協同;采購、生產、運輸、倉儲等活動的功能一體化;戰略層、戰術層、運作層三個規劃層次上的分級一體化。

      03 敏捷化

      以市場為導向,靈活配置資源,從車間統計、班組作業、能源管理、安環管理、品質管理、設備管理、出入廠物流運輸等方面的業務問題出發,逐步實現精細化成本管控,快速準確的響應需求,快速決策和行動。

      04 智能化

      大數據、AI技術驅動的需求預測、智能調度、庫存優化、自動補貨、協同、能耗優化、工藝優化、設備預測等。

      05 生態化

      將自身高效的供應鏈能力在平臺上開放和共享,構建一個產融結合的生態系統。監控生產自動識別生產、質量、能耗、安環、設備等方面的異常,合理調度處置。

      04 流程行業工業互聯網實踐

      目前,國內外已經出現很多具有代表性的流程行業工業互聯網應用案例,我們可以比較直觀的從這些案例中領悟到工業互聯網的實踐方式。

      01 供應鏈管理

      殼牌采用庫存管理訂單網絡來優化下游的供應商購買流程;中國石油東方物探實現了到貨物資境內與境外入庫、驗收、出庫功能的數據共享,實現了庫存物資的動態監控;供應鏈管理工業互聯網的應用實現了工作人員只需攜帶手持機即可進行庫存物資盤點,直觀核對賬、實的一致性,實現庫存物資系統動態預測,實現倉庫業務數字化與移動化。

      02生產管控

      巴西石油RPBC煉廠實施在線優化(RTO)后實際平均收益為0.12美元/桶;ExxonMobil通過優化、業績評估與監測、原料選擇、方案分析與決策實現實施實時優化,已增加利潤7.5億美元/年。這些體現了生產管控的工業互聯網應用實現了裝置實時優化運行。

      挪威國家石油公司開發了管道完整性管理系統,集成了SAP、Maximo、STAR、Intergraph、Inspection等管理系統的數據,建立管網整體化信息共享平臺,提高管理效率;沙特阿美通過應用在線故障診斷及預警系統,實時監控關鍵設備集中展示其關鍵性能指標,及時獲悉整個工廠生產設備健康狀況,這種操作導航實現操作規程的標準化和程序化,實現在線診斷,保障關鍵設備運行性能。

      03 設備管理

      寄云科技協助中石油寶雞石油機械對其鉆機產品進行智能化、數字化升級,實現鉆機的遠程集中監控、故障智能診斷、預測性維護等。殼牌、Texas大學和艾默生對石油加工廠的生產設備進行了智能化故障監測。

      04 安環管控

      寄云科技和河南能化打造基于工業互聯網的智慧安全生產管控平臺,使用GIS、人工智能和大數據進行危險源的自動化動態評估,實現實時、智能化的安全生產管控和應急。

      05 指揮體系

      ExxonMobil采取整體運作管理體系,使用“事故實踐損耗率”來評估安全生產,對?;愤M行規范化的分類、分區管理,嚴格安全監管制度,提高?;穼I化管理。

      06 能源管控

      ExxonMobil建立全球能源管理(GEMS),使公司煉油廠和化工廠的能耗降低了15%-20%,年節約了650萬美元的能源消耗;中國石油依托中國石油節能節水管理系統,實現涵蓋節能計劃、技術、項目、隊伍、能評、能效、審計、監測、考核等的管理決策一體化。從這些案例中我們能夠看到工業互聯網實時調整能源產耗,保證供給,優化能源運行,通過能源評價,建立與行業先進水平的對標,分析最佳實踐,指導改進。

      07 智能制造平臺

      HMEL煉廠建立企業集成框架,通過引入工廠參考模型、行業數據標準,實現數據交互的標準化,實現從工廠實時數據到企業經營層面數據的全面整合與貫通,實現企業級應用系統的流程整合和業務協同,生產與經營層面各類異構系統的全面集成;殼牌建立基于工業標準的集成框架,通過企業服務總線,實現消息、應用流程集成;建立通用集成模型構建標準模型,實現應用的集成管理,促進一體化戰略的制定和執行。

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