作者為中國石油化工集團(tuán)公司總工程師。
在近期舉辦的第六屆中國石油化工重大工程儀表控制技術(shù)高峰論壇，中國石油化工集團(tuán)公司原信息中心副主任兼總工程師張志檁主任就中國版工業(yè)4.0 與過程安全發(fā)表了精彩的演講報(bào)告。
本次演講詳細(xì)說明了能源工業(yè)大環(huán)境、工業(yè)4.0、流程工業(yè)智能化、自動(dòng)化創(chuàng)新四個(gè)方面我國的行業(yè)現(xiàn)狀。
能源工業(yè)大環(huán)境
習(xí)總書記在主持的主持召開中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會(huì)議中強(qiáng)調(diào)現(xiàn)在我國的能源處于能源消費(fèi)革命時(shí)代。美國著名的能源專家羅伯特海夫納提出現(xiàn)在是能源的氣體時(shí)代。
石油行業(yè)遇到發(fā)展嚴(yán)冬時(shí)期，石油巨頭紛紛削減資本開支。目前，石油價(jià)格已跌至每桶50美元以 下，自去年夏天高位下跌超50%。 早在去年12月，康菲公司就曾表示要削減2015年20%開支至135億美元，如今再次表示進(jìn)一步縮減15%至115億美 元。 西方石油公司表示將今年開支大幅削減33%，至58億美元。 油價(jià)下跌，英國石油損失慘重，不得 已采取壓縮開支、減少開采項(xiàng)目、裁減員工,甚至凍結(jié)員工薪酬等。 傅成玉表示，新常態(tài)下，中石化要過 緊日子，過去的投資方式不可取，未 來要改變公司的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提升產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈靠創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)。同時(shí)煉油化工板塊出現(xiàn)嚴(yán)峻的態(tài)勢(shì)。
阿里在美交所上市，和石油化工產(chǎn)業(yè)合作打開了石油化工產(chǎn)業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)思維。石油行業(yè)面臨的跨界融合的威脅也是前所未有的。互聯(lián)網(wǎng)巨頭可以在短時(shí)間內(nèi)完成與工業(yè)的跨界融合，但是在工業(yè)向互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要更長的時(shí)間。互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)能過更快、更廣的了解客戶資源，能夠把工業(yè)資源集聚起來。
如何打造在新常態(tài)下的工業(yè)升級(jí)就成為現(xiàn)在首要問題
打造新常態(tài)下的工業(yè)升級(jí)具有新使命，工業(yè)是支撐經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行的主要力量、是經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要戰(zhàn)場(chǎng)、同時(shí)也是實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的主要領(lǐng)域。新路徑：優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、發(fā)展培育工業(yè)領(lǐng)域新增長點(diǎn)，實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、重塑工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展新引擎，發(fā)揮智能制造、探索信心化條件下的生產(chǎn)新方式。加快綠色發(fā)展，推動(dòng)形成低碳循環(huán)發(fā)展新模式。全面深化改革，釋放工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)新活力。擴(kuò)大對(duì)外開放。開辟工業(yè)持續(xù)發(fā)展新空間。也會(huì)面臨新的挑戰(zhàn)：企業(yè)創(chuàng)新能力不足、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、發(fā)展環(huán)境亟待優(yōu)化、國際競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)激烈。
中國石化認(rèn)識(shí)新常態(tài)、適應(yīng)新常態(tài)下提出了五個(gè)“勢(shì)在必行”。從市場(chǎng)需求總量上看走內(nèi)涵發(fā)展之路勢(shì)在必行，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上優(yōu)化上看去產(chǎn)能、調(diào)結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行。從市場(chǎng)開放程度上看，加快提高競(jìng)爭(zhēng)能力勢(shì)在必行，從資源環(huán)境約束上看，加快綠色低碳發(fā)展勢(shì)在必行。從科技革命上影響上看依靠創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展勢(shì)在必行。未來中石化是發(fā)展方式可以簡化為：研發(fā)+制造+服務(wù)。現(xiàn)在是公司轉(zhuǎn)型升級(jí)的最佳時(shí)間，公司的成長與挑戰(zhàn)抓住工業(yè)4.0的機(jī)遇，公司的成長周期都會(huì)成為由起步、成長、頂峰、下降、消亡這個(gè)周而復(fù)使得周期規(guī)律，公司轉(zhuǎn)型一定要抓住成長周期轉(zhuǎn)型機(jī)遇。
工業(yè)4.0源于大國之間的博弈和戰(zhàn)略
美日中德四國工業(yè)企業(yè)實(shí)力500強(qiáng)企業(yè)數(shù)：美國第一，中國第二，日本第三，德國第五。中國是全球制造大國，在2012年我國制造業(yè)增加值為20792.62億美元，在全球的制造業(yè)占比約為20%，與美國相比成為世界制造大國。我國的企業(yè)成長速度很快，但是存在著大而不強(qiáng)的問題。在世界五百強(qiáng)的企業(yè)排行中，中國企業(yè)數(shù)量大，企業(yè)盈利能力稍差。中國的核心競(jìng)爭(zhēng)力不足，使之中國就成為了世界工廠。
四個(gè)大國紛紛搶占先機(jī).
德國從工業(yè)1.0發(fā)展到4.0。第一次工業(yè)革命是機(jī)械化大生產(chǎn)，機(jī)械化。第二次工業(yè)革命是能源動(dòng)力革命電氣化。第三次工業(yè)革命是機(jī)提升機(jī)器操作能力，自動(dòng)化。第四次工業(yè)革命是智慧革命，智能化。第四次工業(yè)革命是通過信息物理的全面融合，實(shí)現(xiàn)人、物、信息的全面統(tǒng)一。
美國：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從制造到服務(wù)，重新定義價(jià)值鏈。在美國，GE倡導(dǎo)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”革命正如火如荼。 與工業(yè)4.0的基本理念相似，它同樣倡導(dǎo)將人、數(shù)據(jù)和機(jī)器連接起來，形成開放而全球化的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。企業(yè)內(nèi)部：從創(chuàng)造價(jià)值的角度來看，GE認(rèn)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值可以從三方面體現(xiàn)：第一，提高能源的使用效率;第二，提高工業(yè)系統(tǒng)與設(shè)備的維修和維 護(hù)效率;第三，優(yōu)化并簡化運(yùn)營，提高運(yùn)營效率。企業(yè)外部：相比于工業(yè)4.0，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)更加注重 軟件、網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域的服務(wù)方式 的顛覆—— 與德國強(qiáng)調(diào)的“硬”制造不同，“軟”服務(wù)恰恰是軟件和互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的美國經(jīng)濟(jì)最為擅 長的。美國政府提出：數(shù)字制造與設(shè)計(jì)創(chuàng)新研究計(jì)劃。
日本：“工業(yè)4.1J” 與 SMART CONSTRUCTION。
工業(yè)4.1J由以德國推進(jìn)的“工業(yè)4.0”為代表的可稱為“第四次工業(yè)革命”的社會(huì)革新計(jì)劃發(fā)展而來。“4.1”表示安全級(jí)別比工業(yè)4.0更高一級(jí)，“J”表示源于日本。工業(yè)4.1J將分散在世界各地的工廠或辦公場(chǎng)所連接起來，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)可綜合、安全的資產(chǎn)管理、消耗部件訂購管理、遠(yuǎn)程服務(wù)、高級(jí)控制技術(shù)支持等的環(huán)境。比如，利用云上的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)模擬世界各地的工廠的最佳生產(chǎn)情況，并將其與現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)情況進(jìn)行對(duì)比，就能掌握現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的異常運(yùn)行情況。
中國：兩化融合是中國特色的工業(yè)現(xiàn)代化道路。兩化深度融合，四化同步發(fā)展。從五化并舉，兩化融合。2012年，十八大：堅(jiān)持走中國特色新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化道路，推動(dòng)信息化和工業(yè)化深度融合、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化良性互動(dòng)、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化相互協(xié)調(diào)，促進(jìn)工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā)展。”2002年，十六大：堅(jiān)持以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮的新 型工業(yè)化路子。2007年，十七大：五化(工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、市 場(chǎng)化、國際化)并舉，兩化融合 (Five simultaneously, the integration of two)2011年，十七屆五中全會(huì)：推動(dòng)信息化和工業(yè)化深度融合。 2020年，全面建成小康社會(huì)：經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展。 工業(yè)化基本實(shí)現(xiàn)，信息化水平大幅提高，城鎮(zhèn)化質(zhì)量明顯提高，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)成效顯著。
中國提出兩個(gè)IT融合，過程系統(tǒng)工程是出發(fā)點(diǎn)和歸宿。《中國制造2025》的提出為我國的制造業(yè)提供了產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和發(fā)展方向。中國制造2025”重點(diǎn)發(fā)展10大領(lǐng)域—傳統(tǒng)工業(yè)向新型工業(yè)靠攏。互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”將重塑制造業(yè)“微笑曲線。雖然四大國的在工業(yè)上的政策規(guī)劃各有不同在實(shí)質(zhì)上是一樣的。
工業(yè)4.0的目標(biāo)是智能工廠和智能制造
智能工廠=物聯(lián)網(wǎng)+服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)。高度自動(dòng)化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化。輻射范圍、跨度由車間、工廠到企業(yè)間。工業(yè)4.0是互聯(lián)的，核心也是連接。
核心是連接，要把設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品、客戶緊密地連接在一起。“工業(yè)4.0”適應(yīng)了萬物互聯(lián)的發(fā)展趨勢(shì)，將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過信息物理系統(tǒng)(CPS)形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使得產(chǎn)品與生產(chǎn)設(shè)備之間、不同的生產(chǎn)設(shè)備之間以及數(shù)字世界和物理世界之間能夠互聯(lián)，使得機(jī)器、工作部件、系統(tǒng)以及 人類會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)持續(xù)地保持?jǐn)?shù)字信息的交流。生產(chǎn)設(shè)備之間的互聯(lián)。工業(yè)4.0的核心是單機(jī)智能設(shè)備的互聯(lián)，不 同類型和功能的智能單機(jī)設(shè)備的互聯(lián)組成智能生產(chǎn)線，不同的智能生 產(chǎn)線間的互聯(lián)組成智能車間，智能車間的互聯(lián)組成智能工廠，不同地域、行業(yè)、企業(yè)的智能工廠的互聯(lián)組成一個(gè)制造能力無所不在的智能 制造系統(tǒng)。
工業(yè)4.0是集成
一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對(duì)端的高度集成。
縱向集成。在企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)所有環(huán)節(jié)信息無縫鏈接，這是所有智能化的基礎(chǔ)。
橫向集成。從企業(yè)內(nèi)部的信息集成向產(chǎn)業(yè)鏈信息集成，從企業(yè)內(nèi)部協(xié)同研發(fā)體系到企業(yè)間的研發(fā)網(wǎng)絡(luò)，從企業(yè)內(nèi)部的供應(yīng)鏈管理與企業(yè)間的協(xié)同供應(yīng)鏈管理，從企業(yè)內(nèi)部的價(jià)值鏈重構(gòu)向企業(yè)間的價(jià)值鏈重構(gòu)。
端到端集成。端到端的集成是一個(gè)新理念，所謂端到端就是圍繞產(chǎn)品全生命周期的價(jià)值鏈創(chuàng)造，通過價(jià)值鏈上不同企業(yè)資源的整合，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、物流 配送、使用維護(hù)的產(chǎn)品全生命周期的管理和服務(wù)。
工業(yè)4.0的核心是數(shù)據(jù)
產(chǎn)品數(shù)據(jù)。運(yùn)營數(shù)據(jù)。價(jià)值鏈數(shù)據(jù)。外部數(shù)據(jù)。獲取數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，共享數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是資產(chǎn)，數(shù)據(jù)是資源。過程控制獲得的海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)有待挖掘。MH370幾架飛機(jī)的遇難就是證例。
工業(yè)4.0真正價(jià)值源于數(shù)據(jù)和流程的深度集成
云框內(nèi)的創(chuàng)新解決方案給制造業(yè)帶來全新的制造生產(chǎn)方式把REID射頻標(biāo)簽嵌入產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)數(shù)字產(chǎn)品記憶 傳感器的物聯(lián)支持從供應(yīng)、制造、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)浇桓抖说蕉说漠a(chǎn)品跟蹤和追溯，無線互聯(lián)和物聯(lián)網(wǎng)幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程服務(wù)管理 基于云平臺(tái)的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)幫助企業(yè)建立預(yù)測(cè)維修系統(tǒng)， 應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和各種感知技術(shù)，使制造業(yè)的產(chǎn)品賦予智慧的特征，從而生產(chǎn)智慧產(chǎn)品。
工業(yè)4.0是創(chuàng)新
技術(shù)創(chuàng)新。一是新型傳感器、集成電路、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)在信息技術(shù)創(chuàng)新體系中不斷演進(jìn)，二是傳統(tǒng)工業(yè)在信息化創(chuàng)新環(huán)境中，不斷優(yōu)化創(chuàng)新流程、創(chuàng)新手段和創(chuàng)新模式，在既有的技術(shù)路線上不斷演進(jìn)。三是傳 統(tǒng)工業(yè)與信息技術(shù)的融合發(fā)展，它既包括信息物理空間( CPS)、智能工廠整體解決方案等一系綜合集成技術(shù)，也包括集成工業(yè)軟硬件的各種嵌入式系統(tǒng)、虛擬制造、工業(yè)應(yīng) 用電子等單項(xiàng)技術(shù)突破。
產(chǎn)品創(chuàng)新。工業(yè)產(chǎn)品向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化升級(jí)。制造裝備從單機(jī)智能化向智能生 產(chǎn)線、智能車間到智能工廠演進(jìn),提供工廠級(jí)的系統(tǒng)化、集成化、成套化的生產(chǎn)裝備成為產(chǎn)品創(chuàng)新的重要方向。
模式創(chuàng)新。生產(chǎn)模式、商業(yè)模式。從過去的“人腦分析判斷+機(jī)器生產(chǎn)制造”方式轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;機(jī)器分析判斷+機(jī)器生產(chǎn)制造”方式。
業(yè)態(tài)創(chuàng)新。工業(yè)云服務(wù)、工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng) 用都有可能成為或者催生出一些新的產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。制造與服務(wù)融合的趨勢(shì)，使得全生命周期管理、總集成總承包、互聯(lián)網(wǎng)金融、電子商務(wù)等加速重構(gòu)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈 新體系。
組織創(chuàng)新。海爾張瑞敏提出企業(yè)無邊界、組織無領(lǐng)導(dǎo)、供應(yīng)鏈無中心等新的管理理念。華為任正非提出讓聽見。炮火的人指揮戰(zhàn)斗，作戰(zhàn)的基本單元要從師一級(jí)縮小到旅、團(tuán)、營、連，一直到班，以后的戰(zhàn)爭(zhēng)是“班長的戰(zhàn)爭(zhēng)”虛擬企業(yè)或集約化以及精細(xì)化。
工業(yè)4.0是轉(zhuǎn)型
大規(guī)模定制成為了企業(yè)模式。大規(guī)模生產(chǎn)、個(gè)性化定制、生產(chǎn)型制造、要素驅(qū)動(dòng)到創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)。結(jié)合規(guī)模生產(chǎn)和定制生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)發(fā)展大規(guī)模定制生產(chǎn)。
工業(yè)4.0五個(gè)關(guān)鍵要素
一是垂直集成，是指業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、MOM制造運(yùn)營管理系統(tǒng)和PCS生產(chǎn)控制系統(tǒng)的垂直 集成; 二是解決方案全生命周期管理，是指從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、計(jì)劃、制造、運(yùn)營和服務(wù)的端到端解決方案集成;三是共享經(jīng)濟(jì)，是指建立OEM,研發(fā)和創(chuàng)新及多級(jí)供應(yīng)商的合作伙伴生態(tài)圈的業(yè)務(wù)協(xié)同; 四是社交網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)，是指以網(wǎng)絡(luò)社交關(guān)系為基礎(chǔ)的新型經(jīng)濟(jì)形態(tài).五是創(chuàng)新商業(yè)模式，即互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)。
工業(yè)4.0的發(fā)展趨勢(shì)，生產(chǎn)鏈環(huán)節(jié)之間融合，現(xiàn)實(shí)物理工廠與虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境融合，自組織信息與物理部件設(shè)備融合。
工業(yè)4.0啟示
硬件價(jià)值正在被軟件價(jià)值所共享。商業(yè)價(jià)值正在從產(chǎn)品向云轉(zhuǎn)變。商業(yè)模式從產(chǎn)品轉(zhuǎn)向服務(wù)。服務(wù)是主要產(chǎn)品。工業(yè)4.0將顛覆自動(dòng)化和信息化的模式。工業(yè)4.0目前主要針對(duì)離散制造業(yè)，流程工業(yè)要另下功夫，開拓出一條流程工業(yè)的工業(yè)4.0道路。信息化已經(jīng)從懷疑，疏遠(yuǎn)，觀望，經(jīng)過接觸，學(xué)習(xí)，親近，過渡到自信，自覺，自主，自力。信息技術(shù)已經(jīng)由特有、輔助技術(shù)變?yōu)橥ㄓ谩⒅髁骷夹g(shù)。信息化建設(shè)開始進(jìn)入常態(tài)化，并駛?cè)肟燔嚨馈?/p>
流程工業(yè)智能化
流程工業(yè)化智能化的實(shí)踐。用機(jī)器代替人—機(jī)器人;用計(jì)算機(jī)代替大腦—電腦。體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)的進(jìn)步，用人工智能延伸和替代人的自然智能) 六個(gè)層次 1、智能設(shè)備(電子化，儀表化，信息化，自動(dòng)化，設(shè)備 電腦化，設(shè)備操作系統(tǒng)OS) 2、智能檢測(cè)和分析(感知，測(cè)量，診斷，分析，變送， 采集) 3、智能控制(基本控制與優(yōu)化，高級(jí)先進(jìn)控制與優(yōu)化)4、智能操作(操作診斷，操作仿真，操作指導(dǎo)，操作約 束，操作優(yōu)化) 5、智能運(yùn)營(生產(chǎn)運(yùn)行，企業(yè)經(jīng)營智能化)6、智能決策(BI,OI;預(yù)測(cè)，決策)。
工廠運(yùn)行控制系統(tǒng)精細(xì)化管理。PlantTriage是當(dāng)前國際上比較領(lǐng)先和成 熟的CPM系統(tǒng)，是一套完善的生產(chǎn)過程控制實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷、優(yōu)化和持續(xù) 改進(jìn)的綜合性自動(dòng)化管理平臺(tái)。
工廠安全防護(hù)層—八層圓蔥模型。過程與設(shè)計(jì)、基本過程控制系統(tǒng)、安全儀表功能、警報(bào)及操作處理、物理防護(hù)(機(jī)械防護(hù)系統(tǒng)如壓力釋放，安全儀表系統(tǒng))、緩和，第二道物理防護(hù)(機(jī)械防護(hù)如防液堤、安全儀表系統(tǒng)的操作處理)、工廠緊急對(duì)應(yīng)措、社會(huì)區(qū)域性的緊急應(yīng)對(duì)措施。
自動(dòng)化創(chuàng)新
自動(dòng)化領(lǐng)域的創(chuàng)新的十三個(gè)關(guān)鍵詞。關(guān)鍵詞一：物聯(lián)網(wǎng)，傳感器網(wǎng)。傳感器和物聯(lián)網(wǎng)是基礎(chǔ)。CPS觸發(fā)了工業(yè)自動(dòng)化模式的轉(zhuǎn)變。關(guān)鍵詞二：自動(dòng)化。自動(dòng)化前提。關(guān)鍵詞三：大數(shù)據(jù) Big data。大數(shù)據(jù)是工業(yè)領(lǐng)域核心生產(chǎn)經(jīng)營要素。大數(shù)據(jù)不僅僅是一種可以長期的財(cái)富。而且是生產(chǎn)過程中不可或缺的生產(chǎn)要素。
