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石化工程建设企业数字工程浅析_彭颖.pdf
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1、综述石油化工设计PetrochemicalDesign2023,40(2)58 60石化工程建设企业数字工程浅析彭颖(中国石化工程建设有限公司,北京 100101)摘要:数字工程是石化工程建设企业数字化转型的有效途径。基于数字工程定义,阐述了石化工程建设企业数字工程的特征和要素,提出了数字工程整体架构参考图,描述了数字工程在数字化设计、项目一体化管理、工程大数据中心、数字化交付和智能工厂中的应用。相关资深专家预言,数字工程将赋能石化企业生产经营全过程,并助力其提质增效暨推进产业可持续发展。关键词:石化工程数字工程数字化设计工程大数据中心数字化交付智能工厂doi:10 3969/j issn 1
2、005 8168 2023 02 013中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要1 以专篇形式系统部署了数字化发展,提出以数字化转型整体驱动生产方式、生活方式和治理方式变革,彰显了我国建设数字强国的决心和信心。作为国民经济的重要支柱行业,石化行业正大力推进数字化转型,强调通过数字技术对组织、技术和业务进行重塑,以为我国能源化工产业高质量发展持续注入新动能。数字工程是数字化转型在石化工程建设企业的具体体现,是对企业的战略、架构、运营、管理和生产等各个层面进行系统、全面地变革的过程,是赋能模式创新和业务突破的核心力量。本文介绍数字工程在石化工程建设企业的特征、要
3、素和整体架构,并展望了其在石化工程中的应用。1数字工程的内涵目前,数字工程尚无统一定义。美国国防部于 2018 年 6 月正式发布了国防部数字工程战略,将数字工程定义为一种集成的数字化方法2 3:通过使用系统的权威模型源和数据源,以在全生命周期内可跨学科、跨领域连续传递的模型和数据,支撑系统从研发到装备报废的所有活动,并且随着新一代信息技术的高速发展,数据工程将融合互联网、大数据、人工智能、数字孪生和区块链等技术,提升工程能力,最终建立一个完整的数字工程生态。虽然该定义是基于离散产品的全生命周期管理提出的,但却与石化工程建设企业数字工程的构想有异曲同工之处,故也可将其视作定义石化企业数字工程的
4、参考与仿照;为避免冗余,本文不再重复定义。对石化工程建设企业而言,数字工程是对企业管理和业务活动的系统性变革和重塑,其特征有:1)系统化、整体化和平台化。石化工程建设涉及多学科、多领域和多过程,是一个复杂的系统工程。应用先进信息技术,将现存的基于文档的业务流程、分散的知识和信息、烟囱式的信息系统等进一步集成、融合,通过建立信息和/或业务之间的血缘、地图和图谱等方式,形成一个融合贯通、有机联系、高效运行的整体,沉淀和集粹于统一的数字平台上。2)数字化、模型化。数字工程将相关管理和业务要素(信息、过程和知识等)数字化或模型化,使其具备明确、清晰的定义,准确、规范的表达,并利用计算机强大的记忆、查询
5、、分析和处理等能力,进行准确识别并将之及时传递至相关环节进行后续的加工或应用,实现以数据和模型驱动业收稿日期:2023 02 13。作者简介:彭颖,女,2008 年毕业于石油化工科学研究院化学工艺专业,工学博士,高级工程师,主要从事石化行业数字工程方面的相关工作。联系电话:010 84878282;E mail:pengying sei com cn2023 年第 2 期(第 40 卷)彭颖 石化工程建设企业数字工程浅析 59 务高效开展的新模式。3)信息集成、共享和可信。数字工程将相关管理和业务所涉及的资源、知识等进行集成、互联和共聚,构建并形成统一的数据和模型底座,实现信息交互和资源共享,
6、供经授权的各方在项目全生命周期对信息进行访问、分析和使用,实现信息的安全集成共享和权威可信。4)过程集成、协同。数字工程将业务所涉及的过程集成,供经授权的各方基于共享、可信的信息协同开展相关管理和业务活动,实现过程的有序并行和多方协作。2数字工程五要素信息、知识、模型、算法和平台是石化工程建设企业数字工程的五要素,其中信息和知识是基础,模型和算法是“芯片”,它们共同作用并驱动各项业务高效有序地开展。1)信息是数字工程的基础要素,是在业务各环节产生的中间产物或成果,包括数据、工厂模型、文档和关联关系等。2)知识是数字工程的核心要素,包含理论、公式等显性知识和经验、诀窍、做法等隐性知识。知识是模型
7、和算法的基础,其数字化和模型化是数字工程的关键,相对地,隐性知识更加不易被数字化和模型化,常常需要依托知识挖掘、商业智能等技术实现。数字工程可加速知识共性能力沉淀和复用及普及。3)模型是企业生产运营涉及的知识数字化和模型化的成果,是所有活动有效和连续的关键因素之一。一般来讲,石化工程建设企业数字工程的模型可包括数据管理模型、业务模型、机理模型和大数据模型等。数据管理模型是将数据治理的理论和方法与业务需求结合,形成的一系列数据管控模型,包括 ER(数据实体 联系)、主数据管理、数据地图、数据校验等模型;业务模型是描述企业业务所涉及的对象及其属性、行为和彼此关系的模型,强调以体系的方式开展各项业务
8、,包括业务矩阵、业务流程等模型;机理模型是对生产过程涉及的物理或化学变化及其规律建立的精确数学模型,是工艺优化、能量利用和设备故障预测等的关键,机理模型的收敛速度成为其广泛应用的制约因素;大数据模型是基于准确、完备和海量的数据,通过回归分析、深度学习等方式建立的模型,具有收敛速度较快的优势,是机理模型的有益补充。4)算法也是数字工程的关键要素,和模型一起共同保障企业所有活动的有效性和连续性。它是基于系统理论建立的一套准确并完整描述解决问题的策略机制和计算过程的模型,可包括搜索算法、推荐算法、优化算法和人工智能算法等,正确性和效率是衡量算法优劣的关键指标。5)平台是数字工程的载体和中枢,是大量多
9、源异构信息的汇聚地,是知识、模型、算法和工具等的沉积地,也是为运营管理、研发设计、科学决策等场景提供各类应用和服务的场所。3数字工程整体架构通过数字工程的概念和内涵,结合石化工程建设企业业务现状及规划,提出了数字工程整体架构参考图(见图 1)。该架构是基于“数据+平台+应用”建设模式,通过构建具有“统一的信息标准、统一的信息管控、统一的信息底座、统一的信息/业务模型”,以“数据+模型”为驱动,信息全面贯通联接的一体化业务新模式和数字工程平台,充分激发信息价值,为多样的业务需求、开放的智能应用和高效的运维服务提供敏捷响应能力,并赋予企业洞察、孕育数字化新业务的新能力。如图 1 所示,数据管控体系
10、和安全保障体系是数字工程的两大基石,是信息可信和网络安全的重要保障;数据层即信息聚集层,通过与各业务系统的互联互通,对信息进行治理和汇聚,使之成为企业统一的信息底座,为各业务顺畅开展提供真实、及时的信息;模型层汇聚了支撑企业生产运营相关的各类模型和算法,是信息和应用之间的桥梁,实现对企业业务的赋能;应用层围绕信息全生命周期管理、全过程一体化协同和管控提供应用服务;门户层则可从不同维度展示用户或业务所需信息,一般包括个人信息门户、项目信息门户和企业信息门户等。60 石 油 化 工 设 计2023 年第 2 期(第 40 卷)图 1石化工程建设企业数字工程整体架构参考4数字工程的应用数字工程是信息
11、化和工业化深度融合在石化工程建设企业的实践路径,将赋能企业的运营管理、工程建设业务及服务。本文从数字化设计、项目一体化管理、工程大数据中心、数字化交付和智能工厂 5 个方面介绍数字工程的应用。4 1数字化设计数字化设计是基于模型的系统工程理论,协同开展设计工作的过程,其特征包括设计过程数字化、模型化和协同化,设计成果数据化和模型化。数字工程天然融入了数字化设计理念,通过积累和沉淀的相关知识、模型和流程,为数字化设计提供了所需要素,自发推动其在工程项目中的应用,促进设计业务的数字化和智能化,显著提升设计效率和水平,并为石化工厂培育了智能基因。4 2项目一体化管理通过数字工程,可以将涉及多领域、多
12、学科、多环节和多界面的石化工程项目管理进行有效的关联贯通,使之从主要依赖人工的分散式管理转变为自动且有序的一体化管控模式,不仅在项目全生命周期中提供准确、一致的信息,而且通过相关算法和模型,能够直观展示项目的进度、成本等管理信息并及时纠偏,显著提升项目管理效率和水平。4 3工程大数据中心随着数字工程在企业中的推广应用,大量工程项目信息在统一平台中沉积,逐渐形成企业工程大数据中心,相关人员可便捷、高效地通过数据检索分析、智能推荐等服务,对所需信息进行横向、纵向和交叉对比,并利用内置的模型或算法,为项目概算、流程方案和设备选型等提供科学的辅助决策或专家建议,业务效率和水平持续提升。4 4数字化交付
13、依托数字工程,将以项目后期人工处理为主的交付模式变革为便捷、高效地将设计、采购和施工等过程的信息按需、准确地交付模式,并自动形成石化物理工厂的数字孪生体(数字工厂),为石化生产企业开展信息快速查询分析、安全巡检培训、盲板数字化管理等业务奠定坚实基础。4 5智能工厂数字工程可为石化工厂提供智能工厂服务,图 2 为智能工厂工艺优化服务示意。图 2智能工厂工艺优化服务示意由图 2 可看出:通过数字工程,可以将物理工厂的实时数据联接至数字世界后自动调用相应的的智能优化算法和工艺流程模型对工艺流程进行模拟、优化,然后将结果及时传递至物理世界并指(下转第 65 页)2023 年第 2 期(第 40 卷)廖
14、斯达等 采用 APID 实现 PID 轻量智能化及其数字化交付实践 65 图 2腐蚀管理界面呈现的二、三维腐蚀回路参考文献:1中国石油化工集团公司,中国石油天然气集团公司 石油化工工程数字化交付标准:GB/T 512962018S 北京:中国计划出版社,2018 2叶锋,蒋波,庞修海 镇海沸腾床渣油加氢装置数字化交付探索与实践 J 炼油技术与工程,2019,49(6):46 49 3马明,章剑波,胡联伟 炼化工程行业数字化交付研究与应用 J 石油化工自动化,2020,56(5):49 53 4马时霖,秦海良,王晓刚,等 浅谈智能工厂建设中的数字化应用J 乙烯工业,2021,33(4):6 10
15、 5赵志建,曹小利,杨钧生,等 大型煤化工项目实施数字化交付设计与应用J 石油化工自动化,2021,57(6):43 46 6罗辑 数字化工厂移交后的新模式探讨J 化工设计,2022,32(2):18 20(上接第 60 页)导其做出相应决策;同时,物理工厂的优化结果将反馈至数字世界,以对算法和工艺模型进一步优化和调优,实现“优化 指导 反馈”的闭环提升管理,提升装置效益。数字工程架起了工程建设企业和石化生产企业之间高效服务的桥梁,赋能工程公司与石化生产企业一起共同构建生产运维过程的数字孪生体,助力石化企业安全、绿色、高质量和可持续发展,实现工程建设企业和石化生产企业的双赢。参考文献:1本书编
16、写组著 第五篇加快数字化发展建设数字中国:中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035年远景目标纲要 M 北京:人民出版社,2021 2刘亚威 管窥美军数字工程战略 迎接数字时代的转型 J 科技中国,2018(3):30 33 3刘秀罗,吴枫,王佳,等 美军数字工程战略及进展研究J国防科技,2022,43(3):27 35石石石石石石石石石石化化化化化化化化化化在在在在在在在在在在线线线线线线线线线线中国石化品牌价值超 3 586 亿元连续 7 年位居能源化工行业第一2023 年 5 月 11 日,据中国石化新闻办消息,2023 中国品牌价值评价信息发布暨中国品牌建设高峰论坛在
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