浅谈智能工厂建设中的数字化应用

浅谈智能工厂建设中的数字化应用

 温冬阳

新疆天池能源有限责任公司 831100

摘要：近年来，物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的迅猛发展，推动经济社会各领域从数字化、网络化向智能化加速跃升。石化行业属于传统工业，具有资金、技术、劳动、风险密集的特点，随着供给侧结构性改革的深化和安全环保要求的提高，智能化成为工业硅工厂转型升级的必然选择。本文基于化工行业特点及现状，结合长庆乙烷制乙烯项目智能化工厂建设中数字化工厂、数字化交付的实践，展望石化行业智能工厂前景。

关键词：数字化交付;工业硅冶炼行业;智能化;智能工厂

引言

能源工业一直是我国核心的工业组成部分之一ꎬ它不仅为各个领域提供充足的能源供应ꎬ也是现代高分子材料的支柱ꎬ其副产品更是可以为农业生产提供化肥、农药等化工产物和农用塑料薄膜等有机材料ꎬ始终是我国发展的重点ꎮ然而ꎬ随着现代建设走向高质化和产业链化ꎬ传统工厂大多出现产能过剩、结构性过剩ꎬ产业结构和产品结构不合理导致工厂的能源效率较低等问题ꎮ为此ꎬ在信息技术和计算机科学飞速发展的基础上ꎬ以计算机３Ｄ建模和数字化模拟为基础ꎬ对化工领域的传统制造技术进行优化ꎬ以进一步提高产能ꎬ并对整个生产环节进行合理创新ꎬ最终达到产业链智能化ꎬ是工厂新的发展方向。ꎮ

1数字化技术在工厂的应用

近年来，数字化技术在市政工程、离散型行业等已经得到了较为充分的应用，欧洲工业先驱西门子公司在德国打造了有“欧洲最佳工厂”之称的德国安贝格电子制造工厂，率先探索出了从传统制造向数字制造转型的技术路线,数字化工厂技术很好地满足了离散行业以机械加工装配为主的流水线型生产作业模式，提高了生产的柔性和组织性，通过虚拟的数字化工厂平台实现了数字化设计、数字化仿真、虚拟制造的全过程。而传统的流程性行业，特别是工厂由于其设备设施的复杂性、生产的连续性、各种物料形态变化和物理化学反应的不可预知性，数字化工厂技术还没有得到很广泛的推广应用。工厂工艺和设备种类繁多，数字化设计建模和数字化运维的工程量巨大，对模型轻量化处理要求高，数字化仿真难度大，真正实现数字化运维的工厂寥寥无几。工厂经过多年的信息化和自动化建设，已经形成了完整的从L0到L5的信息化和自动化控制体系，覆盖了工厂的生产经营、设备管理、能源调度、物流管控、安全管理等各业务层面，积累了海量的数据信息，但大量数据只是获取、存储，其深层价值并未充分挖掘，且各业务数据分属不同的系统管理，缺乏真正能够融合多业务，从而实现智能化调度管控的数字化平台，数字化工厂将结合大数据平台全面融合各业务数据和前期的设计数据，为工厂的经营决策提供智能平台，实现各业务数据的动态监测、多维度分析、智能联动、AI预警预测，提高数据分析的实时性和有效性，从而提髙工厂资源优化配置能力和智能决策水平。近年来，国内很多有前瞻性的工厂纷纷开始探索数字工厂的建设之路，宝钢1580智能热轧车间通过打造车间级的数字孪生平台，同时融合无人天车技术、智能轧制控制模型、数字化设备运维技术，大幅提高了车间的物流效率，提升了产品质量，打造了工厂数字化工厂的智慧车间示范。河钢唐钢新区从项目筹备期就开始同步建设工厂首个全流程的数字化工厂案例，工程设计之初就通过数字化平台进行总图、公辅管线以及各工艺单元的三维设计，以数字化设计为源头，同时充分结合BIM、GIS、AR/VR、数字化交付等技术建设全流程虚拟钢铁工厂。通过创新数据组织和展示方式，集成展示工厂设计和建设信息、全流程生产制造信息、设备运维信息，实现了“数字化设计-数字化交付-数字化运维”的全面贯通。

2浅谈智能工厂建设中的数字化应用

2.1检维修管理

设备检维修是工厂日常性工作，检维修的质量关系着安全，检维修的效率影响效益，因此高质量的检修计划工单是实现高质、高效检修的前提。借助数字化交付模型和属性信息，可快速完成检修部位选择、施工量测算、工单编制等工作。如，根据管道腐蚀情况，更换新管道时，可充分利用管道模型对需更新的管道直接提供请购单。在设备需更新时，能及时提取原设备的询价资料、设备属性信息、运维信息等，为更新设备提供依据。

2.2生产运行三维应用

集成生产运行实时信息、设备状态信息、视频监控信息、生产现场人员巡检作业信息等，对生产运行进行三维展示和监控。以可视化巡检为例，在可视化巡检管理方面，通过三维数字化工厂可以实现工厂日常巡检管理，通过与巡检管理系统集成，获取巡检路线、实现巡检路线、巡检点、巡检状态、数据上报等功能，提升巡检智能化水平。用户可查询一定时间内巡检数据，并生成巡检结果统计报表。在三维数字化工厂中，通过与手持终端、三维定位系统、缺陷管理的系统的集成，可实时采集安全状态信息、实时获取巡检员的位置与巡检路线信息;对于巡检过程中发现的缺陷等信息，巡检员可通过移动终端拍照、缺陷属性记录与标记、数据上传等进行管理，以便建立安全巡检、隐患追查记录。

2.3三维数字化技术在安环管控中的应用

由于化工行业的特殊性质ꎬ石油、天然气、煤粉以及它们的加工产品均具有易燃易爆的特性ꎬ石油、天然气中还含有有机硫、硫化氢等有毒物质ꎬ不仅如此ꎬ高温、高压也是石油工厂诸多设备的常见工作环境ꎮ所以ꎬ“安全第一”在工厂中绝不仅仅只是口号ꎮ为了保证安全生产ꎬ工厂都制定了严格的安全制度及具体的安全措施ꎮ而相对其他领域而言ꎬ化工工厂的安全管理范围较广ꎬ事故情况复杂ꎬ一旦出现问题ꎬ需要在极短的时间内快速反应并针对性的处理ꎮ三维数字化技术的应用则将工厂内各个设备参数和工艺流程的信息进行统筹ꎬ有助于对事故设备信息、相关流程的运行情况和危险性、人员疏散等多个方面进行分析和汇总ꎬ为安全防范和处理提供了坚实的数据支撑和技术帮助.ꎮ

2.4应急和预案管理

在三维场景中，通过预案管理标准化和规范化，实现数字化预案模拟并检验预案的合理性、有效性；辅助应急响应和决策，提高紧急情况下信息获取效率，提高应急救援准确性和有效性，为指挥救援、现场控制及事故原因调查提供指导，提高灾害事故的现场处理水平。

结语

工程设计、采购、施工(EPC)阶段产生的工程数据是工厂数字化的原始基础，是真正反映工厂客观存在的实际数据，如何收集、管理好EPC阶段的工程数据，实现最终的工厂数字化交付，是实现数字化工厂的重要基石。工厂信息数字化是最终智能化运行和维护的基础，设计成品的数字化交付不仅提高了建设阶段的设计效率、降低图纸交付和使用过程的成本、便于使用和查看、易于管理检索和调用，还可为数字化工厂、智能化运营系统的建设提供数据基础。

参考文献

［1］何德颂，汪志伟．关于化工行业智能化应用的展望［J］．石油化工自动化，2018，54(4):34－38．

［2］吴青．智慧炼化建设中工程项目全数字化交付探讨［J］．无机盐工业，2018，50(5):1－6．

［3］樊军锋．智能工厂数字化交付初探［J］．石油化工自动化，2017，53(30):15－17．

［4］易轶虎．石化行业智能制造现状分析与对策研究［J］．石油化工管理干部学院学报，2020，22(1):67－70．

［5］寿海涛．数字化工厂与数字化交付［J］．石油化工设计，2017，34(1):44－47．