流程工業(yè)邁向智能制造時(shí)代

   流程工業(yè)主要包括石油、化工、鋼鐵、有色、建材等基礎(chǔ)原材料行業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的重要支撐力量。

經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，我國(guó)流程工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，關(guān)鍵技術(shù)不斷取得突破，已發(fā)展成為世界規(guī)模最大的流程工業(yè)制造。然而在流程工業(yè)生產(chǎn)制造總體效能上仍與國(guó)際先進(jìn)水平存在差距，體現(xiàn)在資源和能源的利用效率亟需提升、安全和環(huán)保問題日益突出等。如何積極應(yīng)對(duì)全球化制造新形勢(shì)帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，有效利用現(xiàn)代信息技術(shù)，解決目前流程工業(yè)在經(jīng)營(yíng)決策層面、生產(chǎn)運(yùn)行層面、能效安環(huán)層面以及信息集成層面存在的瓶頸問題，推進(jìn)以高效化、綠色化和智能化制造為目標(biāo)的流程工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)全生產(chǎn)、管理以及營(yíng)銷模式的變革，是流程工業(yè)實(shí)現(xiàn)高端制造的關(guān)鍵所在。

當(dāng)今時(shí)代，信息化與工業(yè)化呈現(xiàn)加速融合趨勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)“新工業(yè)”時(shí)代下制造業(yè)模式創(chuàng)新與企業(yè)變革，我國(guó)提出了“制造2025”，并提出了“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、和共享發(fā)展”理念。為解決資源、能源與環(huán)保的約束問題，提高生產(chǎn)制造水平和效能，流程工業(yè)必須貫徹“制造2025”發(fā)展，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，以企業(yè)生產(chǎn)全及經(jīng)營(yíng)全過程的高效化與綠色化為目標(biāo)，從工藝流程優(yōu)化和生產(chǎn)、管理以及營(yíng)銷模式的變革出發(fā)，推進(jìn)智能優(yōu)化制造、綠色制造和高端制造，這對(duì)促進(jìn)制造業(yè)，特別是流程工業(yè)提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重大意義。

近年來(lái)，以石化、鋼鐵產(chǎn)業(yè)為代表的流程制造行業(yè)，急需產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的新動(dòng)能，現(xiàn)有的制造模式存在一些亟待解決的難題，主要是資金流、物質(zhì)流、能量流和信息流的集成和高效調(diào)控，其分別對(duì)應(yīng)信息感知、管理決策、生產(chǎn)運(yùn)行、能效安環(huán)等實(shí)際運(yùn)行層面。

針對(duì)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造存在的難點(diǎn)和問題，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)依托信息物理系統(tǒng)，從以下四個(gè)層面入手，解決和突破相關(guān)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)。

首先是在信息感知層面。流程工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程優(yōu)化調(diào)控和經(jīng)營(yíng)管理優(yōu)化決策需要大量的實(shí)時(shí)信息，目前面臨的難點(diǎn)就是如何實(shí)現(xiàn)從原料供應(yīng)、生產(chǎn)運(yùn)行到產(chǎn)品銷售全流程與全生命周期資源屬性和特殊參量的快速獲取與信息集成。因此，原材料與產(chǎn)品屬性的快速檢測(cè)、物流流通軌跡的監(jiān)測(cè)以及分關(guān)鍵過程參量的在線檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造的前提和基礎(chǔ)。

其次是在管理決策層面。核心是要解決如何深度融合市場(chǎng)和裝置運(yùn)行特性知識(shí)進(jìn)行管理模式的變革。由于企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的不確定因素眾多，原料采購(gòu)價(jià)格和市場(chǎng)需求多變，給企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行和經(jīng)營(yíng)管理的決策帶來(lái)難題。同時(shí)目前企業(yè)的原料采購(gòu)與裝置運(yùn)行特性關(guān)聯(lián)度不高、產(chǎn)品生產(chǎn)與市場(chǎng)需求脫節(jié)。因此，以大數(shù)據(jù)、知識(shí)型工作自動(dòng)化為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)為制造過程計(jì)劃和管理的優(yōu)化決策帶來(lái)了契機(jī)。

第三是在生產(chǎn)運(yùn)行層面。流程工業(yè)制造過程通常采用由經(jīng)濟(jì)優(yōu)化層、計(jì)劃調(diào)度層、先進(jìn)控制層、基礎(chǔ)控制層等不同功能層組成的分層遞階結(jié)構(gòu)，雖然解決了分產(chǎn)銷、管控銜接等關(guān)鍵技術(shù)難題，然而現(xiàn)有分層模式進(jìn)行操作優(yōu)化的前提是“穩(wěn)態(tài)假設(shè)”，如何根據(jù)實(shí)際過程的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，從全出發(fā)協(xié)調(diào)系統(tǒng)各分的操作，成為生產(chǎn)過程優(yōu)化調(diào)控的核心。解決該問題，需要將物質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)理與裝置運(yùn)行信息進(jìn)行深度融合，建立過程價(jià)值鏈的表征關(guān)系，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程全流程的協(xié)同控制與優(yōu)化。

最后是在能效安環(huán)層面。流程工業(yè)產(chǎn)生大量化學(xué)污染物，以廢水、廢氣、廢渣甚至?；返刃问脚欧诺江h(huán)境中，然而，目前在?；繁O(jiān)管方面的措施落實(shí)不到位，導(dǎo)致?；肥鹿暑l發(fā)，其核心就是缺乏生產(chǎn)制造全生命周期安全環(huán)境足跡監(jiān)控與風(fēng)險(xiǎn)控制的手段。鑒于此，如何通過傳感、檢測(cè)、控制以及溯源分析等新方法和新技術(shù)，突破流程工業(yè)安全環(huán)境足跡監(jiān)控與溯源分析及控制的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)綠色制造的迫切需求。

流程工業(yè)智能優(yōu)化制造最終要在工程技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)“四化”，即數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化。同時(shí)，在企業(yè)生產(chǎn)制造層面也要實(shí)現(xiàn)“四化”，即敏捷化、高效化、綠色化和安全化。鑒于此，我們提出流程工業(yè)智能優(yōu)化制造的愿景目標(biāo)是：在已有的物理制造系統(tǒng)基礎(chǔ)上，充分融合人的知識(shí)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、（移動(dòng)）網(wǎng)絡(luò)通訊和人機(jī)交互的知識(shí)型工作自動(dòng)化以及虛擬制造等現(xiàn)代信息技術(shù)，從生產(chǎn)、管理以及營(yíng)銷全過程優(yōu)化出發(fā)，推進(jìn)以高效化、綠色化和智能化為目標(biāo)的流程工業(yè)智能優(yōu)化制造，不僅要實(shí)現(xiàn)制造過程的裝備智能化，而且制造流程、操作方式、管理模式也實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)智能優(yōu)化，使得企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最大化。

綜上，通過信息化和工業(yè)化深度融合實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造仍存在著許多難題，無(wú)論是從基礎(chǔ)理論上還是工程實(shí)踐中都有很多難關(guān)需要一一克服。同時(shí)也應(yīng)看到，智能優(yōu)化制造對(duì)于流程工業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重大意義。實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造，不僅能夠增加企業(yè)效益與社會(huì)效益，更能夠提升整個(gè)行業(yè)的資源配置與運(yùn)行效率，使我國(guó)在流程工業(yè)上趕超其他，提升的整體競(jìng)爭(zhēng)力。流程工業(yè)的智能優(yōu)化制造對(duì)于我國(guó)既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)，相信在政策支持下，通過行業(yè)努力發(fā)展，我國(guó)的流程工業(yè)將會(huì)順利進(jìn)入智能制造時(shí)代。

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