石化工業數字化智能化轉型

李德芳,曾任中國石化集團公司資訊化管理部主任,現任石油化工管理幹部學院黨委書記,教授級高級工程師,享受國務院政府特殊津貼專家,中國石化集團有限公司突出貢獻專家,擔任工信部智慧製造專家諮詢委員會委員、北京創造協會理事長、中國系統工程學會過程系統工程(PSE)專業委員會常務副主任。長期從事石油化工生產過程優化、供應鏈優化、智慧工廠等方面的技術研究與應用,主持制訂了中國石化“十一五”、“十二五”、“十三五”資訊化建設和應用發展規劃,主持完成了中國石化企業資源計畫管理(ERP)系統、集團資金集中管理、生產營運指揮系統、煉化生產執行系統(MES)、智慧工廠等重大資訊系統的總體方案設計、專案技術攻關和組織實施工作,主持完成了多項科技課題,獲得了多項技術成果,其中,省部級科技進步獎一等獎4項、二等獎3項。作為課題組長,主持完成了“石化企業MES關鍵技攻關及應用研究”和“面向流程和混合行業的可配置MES產品及行業解決方案”等國家863計畫重點課題,研發出了具有自主智慧財產權的SMES軟體,打破了國外技術的壟斷,實現了MES系統在石化企業應用的整體突破。作為負責人,主持完成了工信部智慧製造綜合標準化“石化行業智慧工廠通用技術要求和評估規範標準化和實驗驗證”和“石化行業智慧工廠系統、物與智慧裝備互聯互通操作技術要求和評估規範標準化和實驗驗證”兩個專案。主持完成了中國石化“智慧工廠”規劃和設計工作,並組織在燕山石化、茂名石化、鎮海煉化、九江石化進行了“智慧工廠”試點建設,試點工作在技術和應用上都取得了重大突破和顯著成效,具有良好的示範和推廣效應。

蔣白樺,正高級工程師,享受國務院政府特殊津貼專家,石化盈科資訊技術有限責任公司高級副總裁兼中國石化工業互聯網重點實驗室主任,中國智慧製造系統解決方案供應商聯盟輪值主席,國家智慧製造標準化委員會專家諮詢組專家,中國系統工程學會過程系統工程專業委員會副主任委員,石油和化工智慧製造智庫委員會副主任委員,《智慧製造》編委會委員,曾任中國石化長嶺煉化公司副總工程師。長期從事能源化工企業綜合自動化、MES、供應鏈優化、智慧製造和工業互聯網等方面的技術研究與應用,多次承擔國家863計畫重大課題及工信部工業互聯網和智慧製造相關重大專案。多項成果獲得省部及國家科技進步獎。

趙勁松,清華大學化學工程系教授,博士生導師,過程系統工程研究所所長,工業大資料系統與應用北京市重點實驗室副主任;中國化工學會工程倫理教育工作委員會主任委員,中國系統工程學會過程系統工程專業委員會副主任委員,中國公共安全科學技術學會預測預警專業工作委員會副主任委員,《中國化學工程學報(英文版)》副主編,國際期刊Computers&ChemicalEngineering、ProcessSafetyandEnvironmentalProtection編委,北京市安全生產領域學科帶頭人。主要研究方向化工過程安全,人工智慧與工業大資料技術等。

0緒論 001
0.1石化工業發展趨勢和挑戰 001
0.1.1石化工業發展趨勢 001
0.1.2當前石化工業的新挑戰和新機遇 005
0.2石化工業數位化智慧化發展現狀 008
0.2.1石化工業發展的必由之路——數位化智慧化轉型 008
0.2.2國際石化工業數位化智慧化發展現狀 013
0.2.3石化工業數位化智慧化轉型現狀 015
0.3石化工業數位化智慧化發展思考 017
0.3.1石化工業數位化智慧化轉型內涵、方法與策略 017
0.3.2石化工業數位化智慧化轉型帶來的創新和變化 020
0.4本書主要內容 025
參考文獻 028

第1篇基礎篇 029
1經營管理資訊化 031
1.1企業資源計畫系統 032
1.1.1概述 032
1.1.2系統架構 032
1.1.3主要模組 032
1.1.4應用效果 035
1.2資金集中管理系統 036
1.2.1概述 036
1.2.2系統架構 036
1.2.3主要模組 037
1.2.4應用效果 038
1.3預算管理系統 040
1.3.1概述 040
1.3.2系統架構 040
1.3.3主要模組 041
1.3.4應用效果 041
1.4風險管控系統 042
1.4.1概述 042
1.4.2系統架構 042
1.4.3主要模組 043
1.4.4應用效果 045
1.5協同辦公系統 045
1.5.1概述 045
1.5.2系統架構 046
1.5.3主要模組 047
1.5.4應用效果 047
1.6資料倉庫系統 048
1.6.1概述 048
1.6.2系統架構 048
1.6.3主要模組 049
1.6.4應用效果 050
參考文獻 051

2生產營運資訊化 052
2.1集團生產營運指揮系統 052
2.1.1概述 052
2.1.2系統架構 054
2.1.3主要模組 055
2.1.4應用效果 058
2.2安全管理系統 059
2.2.1概述 059
2.2.2系統架構 060
2.2.3主要模組 061
2.2.4應用效果 062
2.3環保管理系統 063
2.3.1概述 063
2.3.2系統架構 063
2.3.3主要模組 064
2.3.4應用效果 065
2.4生產執行系統 065
2.4.1概述 065
2.4.2系統架構 066
2.4.3主要模組 067
2.4.4應用效果 069
2.5實驗室資訊管理系統 072
2.5.1概述 072
2.5.2系統架構 073
2.5.3主要模組 074
2.5.4應用效果 077
2.6能源管理系統 078
2.6.1概述 078
2.6.2系統架構 079
2.6.3主要模組 080
2.6.4應用效果 082
2.7物流管理系統 085
2.7.1原油物流子系統 085
2.7.2成品油物流子系統 089
2.7.3化工品物流子系統 092
2.8工業控制系統 097
2.8.1集散控制系統 097
2.8.2資料獲取與監視控制系統 101
2.8.3先進控制系統 106
2.9工程項目管理系統 112
2.9.1概述 112
2.9.2系統架構 112
2.9.3主要模組 113
2.9.4應用效果 115
2.10即時資料庫系統 116
2.10.1概述 116
2.10.2系統架構 117
2.10.3主要模組 118
2.10.4應用效果 119
參考文獻 119

3客戶服務資訊化 121
3.1採購電子商務系統 122
3.1.1概述 122
3.1.2系統架構 122
3.1.3主要模組 123
3.1.4應用效果 124
3.2客戶關係管理系統 125
3.2.1概述 125
3.2.2系統架構 126
3.2.3主要模組 127
3.2.4應用效果 128
3.3加油卡系統 129
3.3.1概述 129
3.3.2系統架構 130
3.3.3主要模組 131
3.3.4應用效果 132
3.4零售管理系統 133
3.4.1概述 133
3.4.2系統架構 134
3.4.3主要模組 135
3.4.4應用效果 136
3.5非油品銷售管理系統 137
3.5.1概述 137
3.5.2系統架構 137
3.5.3主要模組 139
3.5.4應用效果 140
3.6網上銷售服務系統 141
3.6.1概述 141
3.6.2系統架構 141
3.6.3主要模組 141
3.6.4應用效果 143
參考文獻 143

4資訊化基礎設施 144
4.1資料中心 145
4.1.1系統架構 145
4.1.2主要模組 146
4.2網路 150
4.2.1系統架構 150
4.2.2主要模組 153
4.3雲平臺 154
4.3.1系統架構 154
4.3.2主要模組 156
4.4運維管理平臺 157
4.4.1系統架構 158
4.4.2主要模組 160
4.5網路安全 161
4.5.1系統架構 161
4.5.2主要模組 162
參考文獻 164

第2篇理論篇 165
5石化智慧化轉型核心——PCPS 167
5.1CPS的基本概念、層次與特徵 167
5.1.1CPS的基本概念 167
5.1.2CPS的層次 168
5.1.3CPS的特徵 168
5.2石油化工價值鏈特徵 170
5.3PCPS的內涵、功能與特徵 171
5.3.1PCPS的內涵 172
5.3.2PCPS的功能與特徵 173
5.4PCPS的體系架構 176
5.4.1PCPS的體系架構設計 176
5.4.2PCPS的單元結構和計算架構 179
5.5PCPS的關鍵使能技術 185
5.5.1石化生產裝置智慧建模技術 185
5.5.2面向石化本質安全的過程柔性優化設計技術 196
5.5.3石化生產過程優化技術——（即時）智慧優化運行技術 198
5.5.4先進控制技術 207
5.5.5故障智慧檢測與診斷技術 210
5.5.6石化安全智慧監控技術——基於視頻監控系統的智慧火災識別 216
參考文獻 219

6石化工業互聯網 225
6.1石化工業互聯網業務視圖 227
6.2石化工業通信網路 230
6.2.1石化工業通信網路現狀 230
6.2.2石化工業通信網路發展趨勢 232
6.3石化工業互聯網平臺 236
6.3.1平臺功能 236
6.3.2石化工業物聯引擎 240
6.3.3石化工業數位化引擎 246
6.3.4石化工業大資料與人工智慧引擎 250
6.3.5石化工業即時優化引擎 257
6.3.6石化工業軟體 261
6.3.7部署實施 268
6.4石化工業互聯網安全體系 272
6.4.1石化工業互聯網安全防護系統架構 273
6.4.2石化工業互聯網安全核心能力 274
6.4.3重點發展領域 276
6.5標準化和成熟度評估 277
6.5.1石化行業智慧製造參考模型 277
6.5.2石化行業智慧製造標準體系結構 280
6.5.3石化行業智慧製造成熟度評估 283
參考文獻 286

7數位化智慧化轉型路線圖與重點任務 288
7.1對石化工業數位化智慧化發展的思考 289
7.1.1總體思路 289
7.1.2發展重點 299
7.2石化工業數位化智慧化轉型路線圖 302
7.2.1經營管理走向智慧化管理體系 302
7.2.2生產營運走向智慧化製造體系 304
7.2.3客戶服務走向智慧化服務體系 305
參考文獻 306

第3篇實踐篇 307
8集團級數位化智能化轉型案例 309
8.1集中管控 309
8.1.1發展歷程 311
8.1.2系統建設 311
8.1.3應用效果 313
8.2共用服務 314
8.2.1發展歷程 315
8.2.2解決方案 316
8.2.3應用效果 320
8.3集團商業模式創新 321
8.3.1易派客 321
8.3.2石化e貿 326
參考文獻 330

9煉油化工數位化智慧化轉型案例 331
9.1“老煉廠”舊貌換新顏——九江石化 331
9.1.1基本情況 331
9.1.2轉型歷程與效果 332
9.1.3新一代生產營運指揮中心 334
9.1.4生產一體化優化 337
9.1.5內外操協同 339
9.1.6環保地圖 341
9.1.7三維數字工廠 343
9.1.8裝置結焦及預測預警大資料分析 346
9.2行業“標杆”煉化工廠——鎮海煉化 350
9.2.1基本情況 350
9.2.2轉型歷程與效果 350
9.2.3生產全流程優化 353
9.2.4生產調度與物料操作協同 355
9.2.5工程建設全生命週期管理 358
9.2.6自動化立體倉庫 361
9.2.7乙烯裝置線上即時優化 363
9.2.8智慧視頻分析 365
9.3創新型沿海煉廠——茂名石化 367
9.3.1基本情況 367
9.3.2轉型歷程與效果 368
9.3.3新一代生產指揮中心 371
9.3.4生產執行日優化效益 373
9.3.5施工作業過程管控 375
9.3.6洩漏檢測與VOCs管控 377
9.3.7設備健康管理 379
參考文獻 381

10煤化工及其他工廠數位化智慧化轉型案例 383
10.1現代煤化工企業—中煤陝西公司 384
10.1.1基本情況 384
10.1.2轉型歷程與效果 384
10.1.3生產管理系統 388
10.1.4大機組監測系統 392
10.1.5應急指揮系統平臺 396
10.1.6輔助決策系統 399
10.1.7企業資訊集成平臺 402
10.2化纖行業全要素一體化智慧工廠—新鳳鳴集團 407
10.2.1基本情況 407
10.2.2轉型歷程與效果 408
10.2.3智能產線 409
10.2.4智能排產 410
10.2.5智慧銷售 412
10.2.6智慧物流 414

11油氣管網管理數位化智慧化轉型案例 419
11.1概述 419
11.2解決方案 420
11.2.1管線數位化管理 422
11.2.2管線運行管理 423
11.2.3管道完整性管理 424
11.2.4應急回應 426
11.2.5隱患管理 427
11.2.6大資料應用 428
11.2.7移動應用 428
11.3應用效果 430
11.3.1技術及應用創新性 430
11.3.2應用效益 435
11.3.3應用成效 437
參考文獻 440

12油田企業數位化智慧化轉型案例 441
12.1數位化大型氣田—中原普光 444
12.1.1基本情況 444
12.1.2轉型歷程與成效 445
12.1.3應急一體化指揮 447
12.1.4一體化生產指揮 450
12.1.5井站無人值守 452
12.1.6安全環保管控 453
12.1.7基於大資料的產量預測 455
12.2大漠上的智能油田—西北油田 456
12.2.1基本情況 456
12.2.2轉型歷程與成效 457
12.2.3井站場無人值守 458
12.2.4單井工況診斷 462
12.2.5管線洩漏智慧識別 463
12.2.6能耗管理與優化 466
12.2.7設備預知性維修 468
參考文獻 470

13油品銷售企業數位化智慧化轉型案例 471
13.1多元化創新型銷售企業—浙江石油分公司 472
13.1.1基本情況 472
13.1.2轉型歷程與效果 473
13.1.3經營管理精細化 474
13.1.4風險防控資訊化 477
13.1.5創新業務數位化 479
13.1.6安全管理移動化 482
13.1.7儲運設施智能化 484
13.2站級一體化智慧加油站—香港石油分公司 486
13.2.1基本情況 486
13.2.2發展歷程 487
13.2.3解決方案 489
13.2.4應用效果 491
參考文獻 492

索引 493