流程工業(yè)主要包括石油、化工、鋼鐵、有色、建材等基礎(chǔ)原材料行業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的重要支撐力量。經(jīng)過(guò)數(shù)十年發(fā)展，我國(guó)流程工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，關(guān)鍵技術(shù)不斷取得突破，已發(fā)展成為世界規(guī)模最大的流程工業(yè)制造國(guó)家。
然而近年來(lái)，以石化、鋼鐵產(chǎn)業(yè)為代表的流程制造行業(yè)急需產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的新動(dòng)能，現(xiàn)有的制造模式存在一些亟待解決的難題，主要是資金流、物質(zhì)流、能量流和信息流的集成和高效調(diào)控，其分別對(duì)應(yīng)信息感知、管理決策、生產(chǎn)運(yùn)行、能效安環(huán)等實(shí)際運(yùn)行層面。應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)依托信息物理系統(tǒng)，從以下四個(gè)層面入手，解決和突破相關(guān)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)。
首先是在信息感知層面。流程工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化調(diào)控和經(jīng)營(yíng)管理優(yōu)化決策需要大量的實(shí)時(shí)信息，目前面臨的難點(diǎn)就是如何實(shí)現(xiàn)從原料供應(yīng)、生產(chǎn)運(yùn)行到產(chǎn)品銷(xiāo)售全流程與全生命周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(chǎn)品屬性的快速檢測(cè)、物流流通軌跡的監(jiān)測(cè)以及部分關(guān)鍵過(guò)程參量的在線(xiàn)檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造的前提和基礎(chǔ)。
其次是在管理決策層面。核心是要解決如何深度融合市場(chǎng)和裝置運(yùn)行特性知識(shí)進(jìn)行管理模式的變革。由于企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的不確定因素眾多，原料采購(gòu)價(jià)格和市場(chǎng)需求多變，給企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行和經(jīng)營(yíng)管理的決策帶來(lái)難題。同時(shí)目前企業(yè)的原料采購(gòu)與裝置運(yùn)行特性關(guān)聯(lián)度不高、產(chǎn)品生產(chǎn)與市場(chǎng)需求脫節(jié)。因此，以大數(shù)據(jù)、知識(shí)型工作自動(dòng)化為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)為制造過(guò)程計(jì)劃和管理的優(yōu)化決策帶來(lái)了契機(jī)。
第三是在生產(chǎn)運(yùn)行層面。流程工業(yè)制造過(guò)程通常采用由不同功能層組成的分層遞階結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有模式進(jìn)行操作優(yōu)化的前提是“穩(wěn)態(tài)假設(shè)”，如何根據(jù)實(shí)際過(guò)程的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，從全局出發(fā)協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部分的操作，成為生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化調(diào)控的核心。解決該問(wèn)題，需要將物質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)理與裝置運(yùn)行信息進(jìn)行深度融合，建立過(guò)程價(jià)值鏈的表征關(guān)系，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程全流程的協(xié)同控制與優(yōu)化。
最后是在能效安環(huán)層面。目前中國(guó)在危化品監(jiān)管方面的措施落實(shí)不到位，導(dǎo)致危化品事故頻發(fā)，其核心就是缺乏生產(chǎn)制造全生命周期安全環(huán)境足跡監(jiān)控與風(fēng)險(xiǎn)控制的手段。如何通過(guò)傳感、檢測(cè)、控制以及溯源分析等新方法和新技術(shù)，突破流程工業(yè)安全環(huán)境足跡監(jiān)控與溯源分析及控制的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)綠色制造的迫切需求。
流程工業(yè)智能優(yōu)化制造最終要在工程技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)“四化”，即數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化；在企業(yè)生產(chǎn)制造層面也要實(shí)現(xiàn)“四化”，即敏捷化、高效化、綠色化和安全化。流程工業(yè)智能優(yōu)化制造的愿景目標(biāo)是：在已有的物理制造系統(tǒng)基礎(chǔ)上，充分融合人的知識(shí)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、（移動(dòng)）網(wǎng)絡(luò)通訊和人機(jī)交互的知識(shí)型工作自動(dòng)化以及虛擬制造等現(xiàn)代信息技術(shù)，從生產(chǎn)、管理以及營(yíng)銷(xiāo)全過(guò)程優(yōu)化出發(fā)，推進(jìn)以高效化、綠色化和智能化為目標(biāo)的流程工業(yè)智能優(yōu)化制造，不僅要實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的裝備智能化，而且制造流程、操作方式、管理模式也要實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)智能優(yōu)化，使得企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最大化。
通過(guò)信息化和工業(yè)化深度融合實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造，無(wú)論是基礎(chǔ)理論還是工程實(shí)踐仍存在著許多難題。同時(shí)也應(yīng)看到，智能優(yōu)化制造對(duì)于流程工業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重大意義。流程工業(yè)的智能優(yōu)化制造對(duì)于我國(guó)既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，相信在國(guó)家政策支持下，通過(guò)行業(yè)努力發(fā)展，我國(guó)的流程工業(yè)會(huì)順利進(jìn)入智能制造時(shí)代。返回光明網(wǎng)首頁(yè)
摘自《中國(guó)科學(xué)報(bào)》
