流程行業(yè)如何打造智能工廠

兩化融合是必由之路兩化融合是信息化和工業(yè)化的高層次深度結(jié)合，是指以信息化帶動(dòng)工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走新型工業(yè)化道路；兩化融合的核心就是信息化支撐，追求可持續(xù)發(fā)展模式。兩化融合是指電子信息技術(shù)廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，信息化成為工業(yè)企業(yè)經(jīng)營管理的常規(guī)手段。信息化進(jìn)程和工業(yè)化進(jìn)程不再相互獨(dú)立進(jìn)行，不再是單方的帶動(dòng)和促進(jìn)關(guān)系，而是兩者在技術(shù)、產(chǎn)品、管理等各個(gè)層面相互交融，彼此不可分割，并催生工業(yè)電子、工業(yè)軟件、工業(yè)信息服務(wù)業(yè)等新產(chǎn)業(yè)。兩化融合是工業(yè)化和信息化發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。目前流程行業(yè)的智能化工廠建設(shè)，可以從技術(shù)融合、產(chǎn)品融合、業(yè)務(wù)融合、產(chǎn)業(yè)衍生四個(gè)方面開展：①

技術(shù)融合：將工業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)的融合，產(chǎn)生新的技術(shù)，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，如MES上馬和ERP系統(tǒng)接口功能擴(kuò)充、工控網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)產(chǎn)品等。②

產(chǎn)品融合：電子信息技術(shù)或產(chǎn)品滲透到產(chǎn)品中，增加產(chǎn)品的技術(shù)含量，如將傳感器加入到泵、電機(jī)、大型設(shè)備等，均可以提高產(chǎn)品自診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)等功能。③

業(yè)務(wù)融合：信息技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、市場營銷等各個(gè)環(huán)節(jié)，推動(dòng)企業(yè)業(yè)務(wù)創(chuàng)新和管理升級(jí)。如企業(yè)柔性化生產(chǎn)、企業(yè)經(jīng)營管理信息化改造。④

產(chǎn)業(yè)衍生：兩化融合催生出的新產(chǎn)業(yè)，形成一些新興業(yè)態(tài)，如工業(yè)電子、工業(yè)軟件、工業(yè)信息服務(wù)業(yè)。圍繞了用戶新的市場需求，工程公司和工業(yè)相關(guān)軟件商的服務(wù)范圍將擴(kuò)大，同時(shí)工作內(nèi)容也進(jìn)一步深入與細(xì)化滿足業(yè)主要求。流程行業(yè)的落地思考

對(duì)于廣大流程制造業(yè)企業(yè)，如何開展“智能工廠”的應(yīng)用點(diǎn)或者切入角度，可以應(yīng)著眼于三個(gè)國家政策文件：《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》、《智能制造工程實(shí)施指南（2016-2020年）》和《智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目要素條件》。根據(jù)其中要求，圍繞智能制造模式，應(yīng)用新技術(shù)創(chuàng)新，開展智能制造工作。主要分為以下7個(gè)方面：1)工廠總體設(shè)計(jì)、工藝流程及布局均已建立數(shù)字化模型，并進(jìn)行模擬仿真，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程數(shù)據(jù)可視化和生產(chǎn)工藝優(yōu)化。

2)實(shí)現(xiàn)對(duì)物流、能流、物性、資產(chǎn)的全流程監(jiān)控，建立數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)，生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)自動(dòng)數(shù)采率達(dá)到90%以上。

3)采用先進(jìn)控制系統(tǒng)，工廠自控投用率達(dá)到90%以上，關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)基于模型的先進(jìn)控制和在線優(yōu)化。

4)建立生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES），生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度均建立模型，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)模型化分析決策、過程量化管理、成本和質(zhì)量動(dòng)態(tài)跟蹤以及從原材料到產(chǎn)成品的一體化協(xié)同優(yōu)化。建立企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP），實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營、管理和決策的智能優(yōu)化。

5)對(duì)于存在較高安全與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)有毒有害物質(zhì)排放和危險(xiǎn)源的自動(dòng)檢測與監(jiān)控、安全生產(chǎn)的全方位監(jiān)控，建立在線應(yīng)急指揮聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。

6)建立工廠通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工藝、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、物流等制造過程各環(huán)節(jié)之間，以及制造過程與數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）之間的信息互聯(lián)互通。

7)建有工業(yè)信息安全管理制度和技術(shù)防護(hù)體系，具備網(wǎng)絡(luò)防護(hù)、應(yīng)急響應(yīng)等信息安全保障能力。建有功能安全保護(hù)系統(tǒng)，采用全生命周期方法有效避免系統(tǒng)失效。只有在流程工廠中，我們通過持續(xù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程動(dòng)態(tài)優(yōu)化，制造和管理信息的全程可視化，企業(yè)在資源配置、工藝優(yōu)化、過程控制、產(chǎn)業(yè)鏈管理、節(jié)能減排及安全生產(chǎn)等方面的智能化水平才能逐步漸進(jìn)地得到顯著提升。流程行業(yè)的實(shí)施措施對(duì)比了美國“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”、德國“工業(yè)4.0”，我國的“中國制造2025”在流程行業(yè)的實(shí)施措施（如何進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)流程行業(yè)的智能化工廠）。1實(shí)現(xiàn)虛擬建造、數(shù)字化交付形成數(shù)字化工廠數(shù)字化交付的概念：基于數(shù)字化工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)開展工程項(xiàng)目實(shí)施，設(shè)計(jì)過程中二維和三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)已實(shí)現(xiàn)基于位號(hào)的結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)集成及多專業(yè)協(xié)同，同時(shí)采用與數(shù)字化工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)配套的文檔系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于位號(hào)的非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)文檔、供應(yīng)商文檔關(guān)聯(lián)，在交付時(shí)向業(yè)主整體移交設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫。最終按照業(yè)主要求，將數(shù)據(jù)庫與平臺(tái)一起移交。典型的國外解決方案廠商有AVEVA、INTERGRAPH、BENTLEY，國產(chǎn)廠商有中科輔龍、北京博超等軟件廠商。AVEVA數(shù)字化工程信息管理一方面，提交給業(yè)主的全部文檔和數(shù)據(jù)資料在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，可以有效快速檢索信息；另一方面，三維虛擬工廠的建成移交給業(yè)主，有利于后續(xù)運(yùn)維階段的深化應(yīng)用（如技改方案分析、設(shè)備檢修管理、逃生方案模擬、巡檢人員監(jiān)控、視頻火災(zāi)監(jiān)控平臺(tái)等）工程公司和業(yè)主應(yīng)對(duì)措施對(duì)于制造企業(yè)來說，不管是新建工廠直接上馬數(shù)字化交付，還是既有工廠實(shí)現(xiàn)逆向建模數(shù)據(jù)整理，都是很好的二三維數(shù)據(jù)圖檔一體化整體解決方案，有利于用戶高效快速得到全生命周期的數(shù)據(jù)，保持良好的延續(xù)性，用于后期工廠的運(yùn)維管理。2流程工廠信息系統(tǒng)的強(qiáng)化和完善在目前大多數(shù)流程工廠架構(gòu)中，BPCS和SIS等主要控制系統(tǒng)上馬較多，但是需要后期技改中設(shè)計(jì)、增加及補(bǔ)齊需要的其他類信息管理系統(tǒng)，以利于獲取更多工廠運(yùn)維過程中數(shù)據(jù)，以支撐更多工廠各孤立數(shù)據(jù)或功能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合和打通。來自EMERSON智能工廠架構(gòu)對(duì)于工廠信息系統(tǒng)應(yīng)從兩個(gè)方面開展集成：①橫向數(shù)據(jù)集成。擴(kuò)展所有業(yè)務(wù)單元信息化，形成企業(yè)各項(xiàng)業(yè)務(wù)在線化，提高業(yè)務(wù)運(yùn)作效率。②縱向數(shù)據(jù)集成。將底層各數(shù)據(jù)單元最大化快速地發(fā)布到各管理系統(tǒng)，便于商業(yè)決策及生產(chǎn)運(yùn)營。尤其是在現(xiàn)有DCS、PLC、FCS等生產(chǎn)控制系統(tǒng)之外，進(jìn)一步完善擴(kuò)充管理信息系統(tǒng)MIS、先進(jìn)過程控制APC、企業(yè)資源計(jì)劃ERP、供應(yīng)鏈管理SCM、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES、操作員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)OTS等各種功能管理信息系統(tǒng)，為商業(yè)智能、決策自動(dòng)化執(zhí)行做出良好基礎(chǔ)。3OT與IT技術(shù)融合，全面轉(zhuǎn)向工業(yè)IIot和CPS流程制造行業(yè)目前主體運(yùn)用了運(yùn)營技術(shù)OT（OperationalTechnology），包括了企業(yè)的各類終端、流程和事件進(jìn)行監(jiān)控或控制的軟硬件技術(shù)，主要包括數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制技術(shù)。對(duì)于工控行業(yè)來說，更多的是控制系統(tǒng)（DCS、PLC、SCADA、SIS、OPC、FCS等）及測控儀表（溫度壓力流量液位分析等傳感器及控制閥）等。基于云計(jì)算的虛擬工廠技術(shù)體系現(xiàn)在信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)融合，支撐智能制造。通過實(shí)現(xiàn)IT網(wǎng)絡(luò)與工控網(wǎng)絡(luò)集成，可以對(duì)工業(yè)機(jī)器人的狀態(tài)進(jìn)行反饋和控制，展示了實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)可視化、柔性生產(chǎn)、確保生產(chǎn)線接近于零宕機(jī)和能源高效利用等智能制造的應(yīng)用場景。企業(yè)可以經(jīng)濟(jì)、柔性地組織生產(chǎn)，增強(qiáng)決策與控制水平，達(dá)到生產(chǎn)質(zhì)量的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最大化。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的出推動(dòng)了IT與OT的融合。由于越來越多的物連接在一起，信息物理系統(tǒng)（CPS）將成為現(xiàn)實(shí)，制造型企業(yè)與為其提供服務(wù)的供應(yīng)商，將不得不進(jìn)行創(chuàng)新，并以前所未有的速度部署這些新的融合技術(shù)。對(duì)于制造企業(yè)和工程公司，更多地就是需要對(duì)老廠進(jìn)行存量改造，增加大量傳感器，提高自動(dòng)化水平，而在新廠中增加自動(dòng)化控制，增加數(shù)據(jù)采集傳感器。工廠自動(dòng)化與信息技術(shù)的整合，諸如分散型控制系統(tǒng)(ShopFloorControl；DCS)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(ManufacturingExecutionSystem；MES)、監(jiān)視與整合控制(SCADA)等工廠信息系統(tǒng)，即需要與上位IT系統(tǒng)進(jìn)行整合SCADA，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在工廠層級(jí)能夠互聯(lián)互通，便于管理。4工廠IT架構(gòu)全面“云化”在流程工廠中，大量資源存在于分散的孤立系統(tǒng)，如儀控部門的DCS系統(tǒng)、電氣部門的后臺(tái)綜保系統(tǒng)、電信部門的數(shù)據(jù)中心以及工廠管理及辦公系統(tǒng)等，而在云計(jì)算平臺(tái)中，所有資源被虛擬化、服務(wù)化，這些資源被聚集到一個(gè)虛擬資源池中，再根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的需要進(jìn)行資源分配和組合，以實(shí)現(xiàn)資源的扁平化管理。特別是單機(jī)需要調(diào)用大量資源進(jìn)行運(yùn)算處理時(shí)，可以迅速提升運(yùn)算能力和效率，同時(shí)具有更好的擴(kuò)展性和開放性。作為一種新的服務(wù)化計(jì)算模式，云計(jì)算通過搭建的存儲(chǔ)和計(jì)算服務(wù)中心，把資源統(tǒng)一管理并“云化”，集中存儲(chǔ)，統(tǒng)一調(diào)度，可以為用戶高效地提供服務(wù)。對(duì)于流程工廠的業(yè)主建立私有云，不僅可以做到統(tǒng)一IT資源調(diào)度，避免投資浪費(fèi)，而且為提升企業(yè)運(yùn)營效率都可以起到非常重要的作用。5加強(qiáng)工控網(wǎng)絡(luò)信息安全防護(hù)伴隨著智能化工廠相關(guān)技術(shù)對(duì)制造企業(yè)的融合和推進(jìn)，信息安全將深入各個(gè)領(lǐng)域。影響程度不是根據(jù)企業(yè)的信息化相關(guān)度，而是與核心數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度。由于工業(yè)安全在工業(yè)生產(chǎn)中自然是最基本的前提條件，但信息安全卻是由于生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化、信息化、高集成自動(dòng)化后形成的新問題。隨著信息化的深入，企業(yè)或多或少會(huì)遇到信息安全的問題，而隨著數(shù)據(jù)價(jià)值的不斷提升，這種影響對(duì)于企業(yè)來說也會(huì)越來越明顯。來自互聯(lián)網(wǎng)的攻擊因此，保護(hù)企業(yè)的核心數(shù)據(jù)安全是未來所有企業(yè)的大方向，而面對(duì)不同企業(yè)不同的防護(hù)需求，也有不同的考慮：①采用靈活企業(yè)具有針對(duì)性的加密軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)本源的防護(hù)；②增加專門的網(wǎng)絡(luò)防火墻用于數(shù)據(jù)監(jiān)控和審計(jì)；③建立有效的工控信息安全管理制