流程工業是我國國民經濟發展的支柱產業和基礎原材料工業，主要包括石油、化工、礦業、鋼鐵、有色、電力、建材等高能耗行業。 經過數十年的發展，我國已成為世界上門類最齊全、規模最大的流程工業製造大國，其產業集中化的程度和規模世界罕見。
近幾十年來中國流程工業雖然有了長足發展和進步，但總體生產製造效能與國際先進水平相比還有一定差距，目前流程工業的發展正受到資源、能源、環境方面的嚴重製約，如何由“全球製造大國”向“全球智造強國”轉變，急需制定創新驅動、智能轉型發展的戰略。
一、流程工業優化製造的關鍵
2010年以來，國際學術界開始重視流程工業製造過程智能化的相關基礎理論研究，認為現代信息技術和人工智能技術產業發展有革命性推動作用，流程工業製造過程智能化研究處於起步階段，各國在同一起跑線上。其中，主要國家制造業發展戰略是“信息技術+先進製造業”，所提出的智能製造戰略計劃大多面向離散工業，只有美國針對流程工業提出了具體的戰略計劃。
製造業分為離散製造業與流程製造業，二者存在顯著區別。離散製造業通過智能製造實現個性化定製，流程工業通過智能製造實現高效化和綠色化。
流程工業的特點是原料進入生產線的不同裝備，通過物理化學反應在信息流與能源流的作用下，經過物質流變化形成合格的產品。產品不能單件計量，產品加工過程不能分割。生產線的某一工序產品加工出現問題，必然影響生產線的最終產品。
我國流程工業裝置與發達國家類同，裝備與之相當，甚至部分處於先進或領先水平，然而普遍存在生產效率低、能耗物耗高、安全環保問題突出等現象，系統運行水平參差不齊，與世界先進有差距。究其原因，
實現流程工業高效化和綠色化的關鍵，是實現生產工藝優化和全流程整體運行優化。生產工藝優化是對已有的生產工藝和生產流程進行優化提升，以形成生產高性能、高附加值產品的先進工藝和流程。全流程整體運行優化是指在全球化市場需求和原料變化時，以高效化與綠色化為目標，使得原材料的採購、經營決策、計劃調度、工藝參數選擇、生產全流程控制實現無縫集成優化，使企業全局優化運行。生產工藝優化和全流程整體運行優化一直是世界範圍內的難題。我國原料成分複雜、生產工況波動大，導致生產工藝優化和全流程整體運行優化更加困難。
當前，我國流程工業的經營決策、資源與能源的配置計劃、生產計劃調度與控制系統指令，以及生產管理與運行仍嚴重依賴知識型工作者的經驗，遠遠沒有實現全流程整體運行優化；生產工藝研究過程還停留於企業的生產試驗，遠遠沒有實現數字鍊鋼、數字煉油等虛擬製造。嚴重束縛了流程工業向高效化、綠色化方向發展。
但只要充分利用大數據、雲計算、互聯網、虛擬製造、智能技術和知識工作自動化等新思想與新技術，結合鋼鐵、冶金、石化、電力等流程企業特點，通過工業化與信息化深度融合，推進流程工業智能優化製造，就有可能實現中國流程工業生產工藝優化和全流程整體運行優化，使中國流程工業由大變強、領先國際流程製造業。
二、流程工業智能優化製造建議
針對流程工業智能優化製造存在的難點和問題，中國工程院院士錢鋒指出，應當重點依託信息物理系統，從以下四個層面入手，解決和突破相關基礎理論與關鍵技術。
首先是在信息感知層面。流程工業企業生產過程優化調控和經營管理優化決策需要大量的實時信息，目前面臨的難點就是如何實現從原料供應、生產運行到產品銷售全流程與全生命週期資源屬性和特殊參量的快速獲取與信息集成。因此，原材料與產品屬性的快速檢測、物流流通軌跡的監測以及部分關鍵過程參量的在線檢測是實現流程工業智能優化製造的前提和基礎。
其次是在管理決策層面。核心是要解決如何深度融合市場和裝置運行特性知識進行管理模式的變革。由於企業生產計劃的不確定因素眾多，原料採購價格和市場需求多變，給企業生產運行和經營管理的決策帶來難題。同時目前企業的原料採購與裝置運行特性關聯度不高、產品生產與市場需求脫節。因此，以大數據、知識型工作自動化為代表的現代信息技術為製造過程計劃和管理的優化決策帶來了契機。
第三是在生產運行層面。流程工業製造過程通常採用由經濟優化層、計劃調度層、先進控制層、基礎控制層等不同功能層組成的分層遞階結構，雖然解決了部分產銷、管控銜接等關鍵技術難題，然而現有分層模式進行操作優化的前提是“穩態假設”，如何根據實際過程的動態實時運行情況，從全局出發協調系統各部分的操作，成為生產過程優化調控的核心。解決該問題，需要將物質轉化機理與裝置運行信息進行深度融合，建立過程價值鏈的表徵關係，實現生產過程全流程的協同控制與優化。
最後是在能效安環層面。流程工業產生大量化學汙染物，以廢水、廢氣、廢渣甚至危化品等形式排放到環境中，然而，目前中國在危化品監管方面的措施落實不到位，導致危化品事故頻發，其核心就是缺乏生產製造全生命週期安全環境足跡監控與風險控制的手段。鑑於此，如何通過傳感、檢測、控制以及溯源分析等新方法和新技術，突破流程工業安全環境足跡監控與溯源分析及控制的基礎理論與關鍵技術，是實現綠色製造的迫切需求。
流程工業智能優化製造最終要在工程技術層面實現“四化”，即數字化、智能化、網絡化和自動化。同時，在企業生產製造層面也要實現“四化”，即敏捷化、高效化、綠色化和安全化。實現流程工業智能優化製造，不僅能夠增加企業效益與社會效益，更能夠提升整個行業的資源配置與運行效率，使我國在流程工業上趕超其他國家，提升國家的整體競爭力。
三、流程工業智能工廠應用案例
某氯鹼企業典型的“煤-電-電石-聚氯乙烯-電石渣水泥”循環經濟產業，聚氯乙烯樹脂137萬噸/年、燒鹼100萬噸/年、電石200萬噸/年、水泥260萬噸/年、乙二醇10萬噸/年、1，4-丁二醇10萬噸/年，發電125億度/年。隨著生產規模、原材料成本等優勢的喪失，企業運營變得越來越困難。
中控科技集團與該企業合作，圍繞企業“節能減排、流程優化、減人增效、綠色安全”等管理目標，以智能工廠建設為契機，建設了生產管控信息化支撐系統，為企業創造了顯著的經濟效益，該企業2016年還被工信部評選為智能製造試點單位。
在裝備自動化方面，對PVC、燒鹼車間的生產線進行了智能化改造，使用了PVC包裝機器人和片鹼包裝碼垛機，人工減少50%，操作誤差降低80%。
在智能檢測層面，對涉及12個生產板塊的10萬多塊儀表進行了改造、聯網，為企業實現泛在感知奠定了堅實的基礎。
在智能控制層面，我們建設了13個分廠的9套控制系統。在1，4-丁二醇、乙二醇、密閉電石爐、以及2×300 MW機組等工藝技術先進的重大裝置上實施了中控的ECS-700型控制系統，控制效果達到設計要求。
在智能操作層面，針對高耗能的電石爐，通過建立電極電流、電極電壓、電極功率、爐內壓力等關鍵操作變量過程模型，實施先進控制，其控制效果得到顯著改善，經過標定計算，噸電石耗電量降低2.37%。同時，針對熱電、電石、水泥、化工四大耗能生產板塊，改造、新增能源計量儀表近4 000塊，建立了基於水、熱力學能源管網模型，對熱電聯產的機組負荷進行優化調度，保障各機組經濟運行。通過數據對比分析，優化後降低煤耗1.45%，每年可節約4.29萬噸標準煤。
在生產運營方面，建立了ERP、OA等管理平臺，通過智能工作流引擎促進經營管理業務的高效與協同，大大提高了生產管理的質量和效率。
基於工業大數據平臺，建立了基於原料、產量、質量、設備等主題的分析模型，幫助管理者進行科學決策，優化管理與生產。
“十三五”期間，該企業在智能工廠建設方面將進一步加大投入，繼續推進信息化項目建設，如建設關鍵裝置先進控制、重大危險源監察、設備故障診斷及主動防護、跨境電商平臺等，不斷完善企業業務管理的IT支撐體系，為企業發展提供新動力。
素材來源：科學網、聯合時報、中國工業報、《中興通訊技術》及網絡，由頭條號作者“蘇州智能製造”整理後發佈，版權歸原作者所有，如涉及版權問題，請聯繫我們刪除
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