流程工业制造过程智能化的相关基础理论研究与研究

流程工业是我国国民经济发展的支柱产业和基础原材料工业，主要包括石油、化工、采矿、钢铁、有色金属、电力、建材等高耗能行业。 经过几十年的发展，我国已成为世界上门类最齐全、规模最大的流程工业制造大国。 其产业集中度和规模在世界上都是罕见的。

尽管我国流程工业近几十年来取得了长足进步，但总体生产制造效率与国际先进水平仍有一定差距。 当前，流程工业的发展受到资源、能源、环境的严重制约。 如何提高流程工业的效率？ 从“全球制造强国”向“全球智能制造强国”转变，迫切需要制定创新驱动、智能化转型发展战略。

1.流程工业优化制造的关键

2010年以来，国际学术界开始关注流程工业制造过程智能化的相关基础理论研究。 相信现代信息技术和人工智能技术产业发展对产业发展具有革命性的推动作用。 流程工业制造过程智能化的研究还处于起步阶段。 各国都在同一起跑线上。 其中，国家制造业发展主要战略是“信息技术+先进制造”，提出的智能制造战略规划大多面向离散行业。 只有美国提出了流程工业的具体战略计划。

制造业分为离散制造和流程制造，两者存在显着差异。 离散制造业通过智能制造实现个性化定制，流程工业通过智能制造实现高效、绿色化。

流程工业的特点是原材料进入生产线的不同设备，在信息流和能量流的作用下发生物理、化学反应，通过物质流的变化形成合格的产品。 产品无法单独计量，产品加工无法分割。 如果生产线的某一道工序产品加工出现问题，必然会影响到生产线的最终产品。

我国流程工业装备与发达国家相似、装备相当，有的甚至处于先进或领先水平。 但普遍存在生产效率低、能源物耗高、安全环保问题突出等现象。 系统运行水平参差不齐，与发达国家的水平不相符。 与世界先进水平存在差距。 原因在于，流程工业实现高效、绿色化的关键是优化生产流程，优化整个流程的整体运行。

生产工艺优化就是对现有的生产工艺和流程进行优化和改进，形成生产高性能、高附加值产品的先进工艺和流程。 全流程整体运行优化是指当全球市场需求和原材料发生变化时，以效率化、绿色化为目标，使原材料采购、经营决策、计划调度、工艺参数选择、全过程生产过程控制可以无缝集成和优化。 ，从而使企业能够优化其整体运营。 生产工艺优化和全流程整体运行优化一直是世界范围内的难题。 我国原料成分复杂，生产条件波动较大，优化生产工艺和全流程整体运行难度较大。

目前，我国流程工业的经营决策、资源能源配置计划、生产计划、调度和控制系统指令以及生产管理和运行仍然严重依赖知识工人的经验，远未实现整体运行整个流程的优化； 生产工艺研究过程仍局限于企业生产实验，远未实现数字化炼钢、数字化炼油等虚拟制造。 严重制约了流程工业向高效、绿色化方向发展。

但是，只要充分利用大数据、云计算、互联网、虚拟制造、智能技术、知识工作自动化等新理念、新技术，结合钢铁、冶金、石化等流程企业的特点，推动工业化和信息化深度融合，流程工业智能优化制造将使得优化我国流程工业生产流程、优化全流程整体运行成为可能，使我国流程工业不断壮大从大到强，引领国际流程制造业。

2.流程工业智能优化制造建议

针对流程工业智能优化制造存在的困难和问题，中国工程院院士钱峰指出，要重点依托信息物理系统，从以下四个层面入手解决并突破相关基础理论和关键技术。

首先是信息感知层面。 流程工业企业需要大量的实时信息来优化其生产流程并控制其运营和管理决策。 当前的难点是如何快速获取和获取从原材料供应、生产运营到产品销售的整个流程和生命周期的资源属性和特殊参数信息。 融合的。 因此，原材料和产品属性的快速检测、物流流通轨迹的监控以及一些关键工艺参数的在线检测是流程工业实现智能优化制造的前提和基础。

二是在管理决策层面。 核心是解决如何深度融合市场和设备运行特征知识来改变管理模式。 由于企业生产计划存在诸多不确定性，导致原材料采购价格和市场需求变化多端，给企业生产经营和管理决策带来困难。 同时，公司目前原材料采购与设备运行特点关联不紧密，产品生产与市场需求脱节。 因此，以大数据和知识型工作自动化为代表的现代信息技术为制造工艺规划和管理的优化决策带来了机遇。

三是生产运营层面。 流程工业制造过程通常采用由经济优化层、计划调度层、高级控制层、基础控制层等不同功能层组成的层次结构。 虽然解决了产销、管控衔接等一些关键技术问题，但现有分层模式运行优化的前提是“稳态假设”。 如何基于实际流程的动态实时运行，从全局角度协调系统各部分的运行，成为生产过程优化与控制的核心。 解决这一问题，需要将物料转换机制和设备运行信息深度融合，建立过程价值链的表示关系，实现整个生产过程的协同控制和优化。

最后是能源效率、安全和环境层面。 流程工业产生大量的化学污染物，这些污染物以废水、废气、废渣甚至危险化学品的形式排放到环境中。 但我国现行危险化学品监管措施落实不充分，导致危险化学品事故频发。 核心是缺乏监测和控制整个制造生命周期的安全和环境足迹的手段。 鉴于此，如何通过传感、检测、控制、溯源分析等新方法、新技术，突破过程工业安全环境足迹监测和溯源分析控制的基础理论和关键技术，是实现绿色发展的迫切需要。制造业。

流程工业智能优化制造最终将实现工程技术层面的“四化”，即数字化、智能化、网络化、自动化。 同时，企业生产制造层面也必须实现“四化”，即敏捷、高效、绿色、安全。 流程工业实现智能化、优化制造，不仅可以增加企业效益和社会效益，还可以提高整个行业的资源配置和运行效率，让我国在流程工业上赶超其他国家，提升国家综合实力竞争力。

3、流程工业智能工厂应用案例

某氯碱企业典型“煤-电-电石-聚氯乙烯-电石渣水泥”循环经济产业，PVC树脂137万吨/年、烧碱100万吨/年、电石200万吨/年、水泥260 1万吨/年、乙二醇10万吨/年、1,4-丁二醇10万吨/年，发电125亿千瓦时/年。 随着生产规模、原材料成本等优势的丧失，企业经营变得越来越困难。

中控科技集团与公司合作，围绕公司“节能减排、流程优化、减员增效、绿色安全”的管理目标，以智慧化建设为抓手，打造了生产管控信息支撑系统。工厂为契机，为公司创造新机遇。 经济效益显着，2016年公司被工信部选定为智能制造试点单位。

设备自动化方面，PVC、烧碱车间生产线进行了智能化改造，采用PVC包装机器人和烧碱包装码垛机，减少人工50%，操作失误减少80%。

在智能检测层面，涉及12个生产环节的10万余台仪器仪表已完成改造并接入互联网，为企业实现泛在感知奠定了坚实基础。

在智能控制层面，我们在13个分公司建设了9套控制系统。 中控ECS-700控制系统已在1,4丁二醇、乙二醇、密闭电石炉、2×300MW机组等工艺技术先进的重大装置上实施，控制效果达到设计要求。

在智能操作层面，对于高能耗电石炉，通过建立电极电流、电极电压、电极功率、炉压等关键操作变量的工艺模型，实现先进控制。 防治效果显着提高。 经标定计算，吨电石电耗降低2.37%。 同时，针对热电、电石、水泥、化工四大耗能生产行业，改造新增能源计量仪表近4000台，建立基于水和热力学的能源管网模型，优化能源管网。热电联产机组的负荷调度。 ，保证各单位的经济运行。 通过数据对比分析，优化后降低煤耗1.45%，每年可节约标准煤4.29万吨。

在生产运营方面，建立了ERP、OA等管理平台，通过智能工作流引擎促进业务管理的高效化和协同化，大大提高了生产管理的质量和效率。

基于工业大数据平台，建立基于原材料、产量、质量、设备等主题的分析模型，帮助管理者科学决策，优化管理和生产。

“十三五”期间，公司将进一步加大智能工厂建设投入，持续推进关键设备先进控制、重大危险源监测、设备故障诊断与主动保护、跨境电商。 平台等，不断完善企业业务管理的IT支撑体系，为企业发展提供新动力。

素材来源：科学网、联合时报、中国行业报、《中兴科技》及互联网

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