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流程工業數字化轉型愿景與頂層設計

2019-05-23 16:25:22  來源: IT常青樹

摘要:流程工業主要包括石油、化工、鋼鐵、有色、建材等基礎原材料行業,是國民經濟的支柱和基礎產業,也是世界制造大國經濟持續增長的重要支撐力量。經過數十年的發展,中國流程工業的生產工藝、裝備及自動化水平都得到了大幅度提升,目前中國已成為世界上門類最齊全、規模最龐大的制造大國,且部分工業裝置的裝備水平與發達國家的裝備相當,甚至更先進。
關鍵詞: 數字化轉型
工業主要包括石油、化工、鋼鐵、有色、建材等基礎原材料行業,是國民經濟的支柱和基礎產業,也是世界制造大國經濟持續增長的重要支撐力量。經過數十年的發展,中國流程工業的生產工藝、裝備及自動化水平都得到了大幅度提升,目前中國已成為世界上門類最齊全、規模最龐大的制造大國,且部分工業裝置的裝備水平與發達國家的裝備相當,甚至更先進。
 
當今時代,信息化與工業化呈現加速融合趨勢,一些發達國家和發展中國家目前在加快智能制造戰略規劃和布局。在這一大背景下,為實現“新工業革命”時代下制造業模式創新與企業變革,中國提出了《中國制造2025》戰略,并提出了“創新、協調、綠色、開放和共享發展”理念。去年年底召開的中央經濟工作會議,和今年3月份克強總理做的《政府工作報告》相繼提出完善新型數據基礎設施,深化大數據、人工智能等研發應用,加快各行業、各領域推進“互聯網+”,以及打造工業互聯網平臺,拓展“智能+”,為制造業轉型升級賦能。
 
數字技術將全面滲透到各個行業,并實現跨界融合和倍增創新。近十年來消費互聯網的發展相對更快,但伴隨著用戶紅利的瓶頸,現在正面臨著轉折。未來的主要增長點將向產業互聯網轉化,我國制造、交通、政務、醫療、金融等很多傳統領域急需借助新一代數字技術的深度應用,打通消費端與供給端的有效連接,推動供應鏈更新迭代。
 
近幾十年來中國流程工業雖然有了長足發展和進步,但總體生產制造效能與國際先進水平相比還有一定差距,資源、能源和環境約束下的創新水平亟待提升,主要表現在:①產品結構性過剩依然嚴重;②管理和營銷等決策缺乏知識型工作自動化;③資源與能源利用率不高;④高端制造(裝備、工藝、產品)水平亟待提高;⑤安全環保壓力大。從總體來看,當前中國流程工業體量龐大,資源、能源消耗巨大,是制造業供給側結構性改革的先行領域和綠色發展的主戰場。
 
本文圍繞流程工業數字化轉型升級的重大需求,剖析了當前流程工業在經營決策層面、生產運行層面、能效安環層面和信息集成層面存在的核心工程問題,從生產、管理以及營銷全過程優化出發,推進以高效化、綠色化和智能化制造為目標的流程工業數字化轉型愿景目標。并且,結合頂層設計原則,本文最后探討了企業進行數字化轉型為何要從頂層設計開始。
 
 ▌流程工業數字化轉型的愿景
圍繞制造過程從裝備智能化到制造流程、操作模式、供應鏈管理等自適應智能優化,以需求驅動、應用導向為主,企業數字化轉型的核心工程問題包括:
①生產與經營全過程信息智能感知與集成;
②知識驅動的生產過程計劃調度與管理決策;
③人機物自然交互的生產過程全流程協同控制與優化;
④全生命周期安全環境足跡監控與風險溯源分析及控制。
 
流程工業是由多個重大裝備組成的生產過程, 其運行過程的動態機理復雜, 難以建模, 難以數字化。由于原料來源多樣、成分復雜、生產條件多變, 因此工況波動頻繁, 難以實現生產工藝的優化和生產全流程的優化控制。因此, 我國流程工業不能采用以“工業4.0”為代表的離散工業智能制造模式, 必須自主創新適合我國流程工業的實現高效化和綠色化的智能制造模式, 流程工業智能制造模式是智能優化制造, 即流程工業智能優化制造。智能優化制造的涵義是以企業全局及生產經營全過程的高效化與綠色化為目標, 以生產工藝智能優化和生產全流程整體智能優化為特征的制造模式。
 
流程工業中的以高效化、綠色化和智能化為主題的智能優化制造,就是要在工程技術層面實現“四化”,即:
• 數字化,結合過程機理,采用大數據技術建立流程工業企業的數字化工廠,實現虛擬制造;
• 智能化,充分利用機制和專家知識,采用基于知識型工作自動化技術來實現企業的智能生產和智慧決策;
• 網絡化,依托物聯網和(移動)互聯網技術,發展基于CPS的智能裝備,實現分布式網絡化制造;
• 自動化,采用現代控制技術,實現自動感知信息,主動響應需求變化,進行自主控制。
 
同時,在企業生產制造運行層面,數字化轉型也要實現“四化”,即:
• 敏捷化,對市場變化做出快速反應,實現資源動態配置和企業的柔性生產;
• 高效化,實現企業生產、管理和營銷的全過程優化運行,實時動態優化生產模式;
• 綠色化,對工業生產的環境足跡和危險化學品(簡稱?;?能實現全生命周期的監控,實現能源的綜合利用和污染物的近零排放;
• 安全化,保證生產流程的本質安全和企業信息安全,并通過故障診斷和自愈控制技術實現生產制造過程的安全運行。
 
近年來,中國流程工業在工藝裝備、運行技術與管理決策方面都取得了長足的進步,但在全流程和全生命周期的數據感知、多系統協同優化控制、供應鏈敏捷管理、安全環保監控與溯源診斷等方面還存在很多亟待解決的難題。鑒于此,在互聯網+時代,針對流程工業智能優化制造的數字化轉型愿景目標如下圖所示:
 
在已有的物理制造系統基礎上,充分融合人的知識,應用大數據、云計算、(移動)網絡通信和人機交互的知識型工作自動化以及虛擬制造等現代信息技術,從生產、管理以及營銷全過程優化出發,推進以高效化、綠色化和智能化為目標的流程工業智能優化制造,不僅要實現制造過程的裝備智能化,而且也要實現制造流程、操作方式、管理模式的自適應智能優化,使得企業經濟效益和社會效益最大化。
 
通過信息化和工業化深度融合實現流程工業智能優化制造仍存在著一些亟需解決的重大基礎理論與工程科技問題,如經營決策、資源與能源的結構配置、生產計劃調度與優化控制系統指令仍然依賴人工經驗,遠遠沒有實現生產全過程整體運行行為的優化,生產工藝研究和新產品的開發還停留于生產試驗和實驗小試,遠遠沒有實現虛擬制造。流程工業智能優化制造需要進一步深度融合物理裝置、信息和社會,旨在進一步提升員工素質、保障安全環保和形成良好的社會效益。
 
▌企業推進數字化轉型要從頂層設計開始
從眾多項目之間經驗中我們看到,經驗之一是一定要注重頂層設計。從頂層設計開始,到底層實施為止。智能制造既要有頂層設計,有戰略性的指導,也要有戰術性的安排,最終形成一條線,才能保證未來不會走偏,也才能真正落地。必須在頂層設計的基礎上,結合到具體的工具、方法,用一定素質的人,把這些執行層面的東西串起來。
 
頂層設計要短期與長期經濟性相結合。既然要從頂層設計開始,就必然涉及到近期性和長期性,這就是智能制造的經濟性問題,對于企業非常現實。企業是算短期的經濟性,還是5 年或10 年后的?頂層設計要考慮清楚。比如生產設備,如果今天用的不是數字化的設備,沒有數字化的接口,短期來看,可能經濟性會好一點,但長期來看,經濟性并不會好。因為沒有數字化的設備,未來的智能化就跟你的企業沒關系了,這就是長期經濟性不夠。頂層設計不僅對于新建智能工廠非常重要,對于老廠的智能化改造,雖然面臨的主要問題不是頂層設計,而是底層改善,但依然需要以頂層設計作指導,只有這樣,才能達到局部最優。如果企業高層沒有充分的認知,智能制造很難持續,因為企業要講利潤,講投入產出比。在這個問題上只講情懷是不夠的,必須考慮近期經濟性及長遠經濟性。
 

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