流程工业智能工厂建设的再思考

2 企业信息化系统顶层设计

    企业信息化系统顶层设计就是基于物理工厂对象采用可配置的多层建模方法，设计工厂统一数字化资产模型，服务于新产品研发、生产制造管控、供应链集成等管理业务，重构人、物理工厂、技术与知识等生产要素的运转方式，创造绿色、高效、高质、安全、环保的新型生产力，推动制造企业升级转型，而进行的一种具有战略高度的新型工厂规划。本文提出了基于工厂全生命周期数字化资产模型的流程工业企业信息化顶层设计功能架构，如图3所示。

图3 流程工业企业信息化系统顶层设计功能架构

    智能工厂数据采集包括两大类数据，即静态数据和动态数据。静态数据包括工厂设计数据、地理信息数据、工艺设备特性数据、工厂物理结构、文档图片等，这些数据大多来自于工厂设计、设备供应商、工厂建造、工艺包等。工厂动态数据包括安全环保、生产执行、设备运行、质量管控、能源产耗、经营决策、仓储物流、销售采购等。

    数字化资产模型是物理工厂从设计、建造到运维全生命周期静态信息和动态信息的结构化、集成化、数字化统一表达。以一个泵为例，它的数字化资产模型内容包括设计阶段的信息（如泵的逻辑图、泵的三维立体结构模型、泵的设计结构参数等）、采购阶段信息（如品牌厂商、规格型号、使用方法等）、安装调试阶段信息（如安装的空间位置信息、安装的地面及周边环境信息等）、运行维护阶段信息（如泵的运行负荷、输送的介质及流量、泵的运行压力、泵运行电压电流、泵的相关备品备件、泵历史维护维修等）以及全生命周期各阶段信息之间的联系，共同构成了泵这个物理资产的数字化资产模型。

    智能工厂信息化管理系统的各类应用均基于工厂数字化资产模型，以三维可视化平台作为统一的人机交互界面，实现对生产、设备、物流、环保、安全、质量、风险等业务的可视化监控与管理。以数字化资产模型作为桥梁，可以实现数据提供与数据应用的松耦合，当企业集成信息、生产运营系统发生变化时，不会对上层应用产生架构上的影响。基于数字化资产模型的智能工厂功能架构，可以保障整体系统的可伸缩性，从而既能满足系统扩容的问题，也能对企业前期的信息化资产实现保值增值。

    对于新建工厂或是大型集团企业，可以考虑通过“正向工程”构建智能工厂数字化资产模型，也即与设计院、工程建筑公司等单位合作，打通工厂数字化设计与交付到工厂数字化建造再到工厂数字化运营的信息集成模型体系。对于已经投产的工厂或是中小型企业而言，考虑到成本及技术可行性，可考虑通过“逆向工程”构建智能工厂的数字化资产模型，即通过红外成像加3D绘制的模式，建立重点设备、关键工艺装置三维可视化模型，然后再通过热点关联技术，实现工厂建造信息、设备信息及工厂运维信息的集成，逐步建立丰富企业的数字化资产模型，为工厂运营管控系统的应用提供模型和数据支持。

    数字化资产模型的应用需要具备以下几个条件：①设计院进行数字化设计并进行数字化交付或者是逆向建模平台；②建立企业服务总线，实现工厂全生命周期各阶段各类信息系统的互联互通；③建立统一的数据仓库和主数据模型；④具备数字化资产模型的展示平台。

    需要注意的是，我国流程工业企业门类众多，发展阶段各异，各企业应结合自身发展战略、建设基础条件、资源投入保障等因素，参考此流程工业智能工厂建设通用参考模型，要具体情况具体分析，制定适合企业发展阶段及自身特点的实效性解决方案。

3 应用效果分析

    在某大型煤电化一体化企业，基于流程工业智能工厂建设思考框架，并结合循环经济产业链特点及企业转型升级需求，对该企业的工艺装备、计量网络、过程控制、能源消耗、生产管控等基础条件和业务现状进行了梳理和评估，设计了该企业的智能工厂1.0功能架构并进行了实施应用。建设内容包括生产装备升级改造、完善计量仪表、高能耗装置先进控制、能源平衡与优化、生产管理与成本在线监控等。

    通过两年多的应用实践证明，该企业建设的智能工厂1.0已经取得了显著的经济效益。

    （1）通过对PVC包装机器人改造、片碱包装码垛自动化改造，提高包装效率40%以上，包装质量误差降低了80%，包装线班组操作人员减少了一半。

    （2）对全产业链的计量仪表进行升级改造，并新增800多块仪表，计量网络健全完善，尤其是火灾、泄漏等仪表的建设，使各种报警、异常能在第一时间被发现，避免安全事故的发生和减少物料损失。

    （3）在电石炉上实施先进控制系统，建立电极长度软测量模型以优化和指导电极压放长度，提高电极做功功率；通过控制炉内压力、电极电流、电极电压等关键操作变量，保障电石炉等稳定长周期运行，电石炉单位电石耗电量降低了2.37%。

    （4）通过对水泥窑新增余热锅炉、氯化氢合成余热副产蒸汽、电石炉气密闭炉改造、氯碱装置节能技术改造、大型用电设备变频控制改造等手段，优化工艺用能水平，每年节能2.75万吨标准煤；通过优化热电厂发电机组负荷调度优化，每年节能4.29万吨标准煤。

    （5）建立企业主数据平台，夯实数据标准化基础；以化工板块为试点，建立化工产业链重要设备的数字化资产模型，打通生产统计与成本核算业务流程，实现了账物统一，缩短每月度财务报表制作时间，从7天变为1天，大大提高了生产管理的效率和水平。

    随着企业管理精细化水平的提升，必将催生更多对信息化系统的应用需求，同时对于“两化”融合创新的柔性化生产模式、个性化服务模式也会出现，从而不断推动企业的转型升级。