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1、面向石油和化工行业的企业级工业互联石化盈科信息技术有限责任公司摘要:立足于石油和化工企业行业，结合石油和化工企业物理进程的数字化 描述、行业最佳实践和专家知识，针对行业多样化需求，面向协同互联的生态系 统，提出了企业级的石油和化工工业互联网平台构建方法，并给出相应工程实践 对方法进行支撑。关键词:石油和化工行业，企业级，工业互联网平台，构建方法1引言伴随着第三次信息化浪潮的涌动，“5G+工业互联网”的快速落地，借助互 联网、云计算技术，实现多业态融合，成为产业结构调整升级新方向。其中，工 业互联网日益成为制造业转型升级的重要支撑，是新型基础设施建设的重点领域石油和化工行业是国民经济的支柱产业。
2、由于石油和化工行业的工艺流程复 杂、能耗物耗高、安全环保压力大、产业链长且布局分散，在工业知识沉淀复用 和重构、高效化和绿色化、产业链上下游协同等方面依然面临巨大挑战。工业互 联网平台是工业智能化发展的核心载体，利用工业互联网平台加快新一代信息通 信技术与石化行业生产过程深度融合，支撑行业提质增效与转型升级，是推动我 国石油和化工行业综合实力迈向高端的必由之路。2石油和化工工业互联网平台建设意义3.1 建立完整的石油和化工企业物理进程的数字化描述通过多个维度对石油和化工行业企业物理进程进行描述：一是对工厂资产的 描述，通过工厂模型、三维模型等进行刻画。二是对整个物理化学过程的描述， 通过机理模
3、型和大数据模型进行刻画。3.2整合行业最佳实践和专家知识，持续向行业输出技术服务通过研发设计、工程建设、生产运营各环节的最佳实践沉淀行业知识，并汇 聚专家资源，输出技术服务能力。提供的专业服务包括：工艺分析、设备检维修 指导、安全/环保咨询、节能服务和设备诊断服务。3.3满足行业多样化需求并提供个性化选择实现智能制造解决方案全面云化。面向行业，丰富SaaS应用，构筑行业 PaaS能力，聚集生态参与者。提供具有行业适应性的共性解决方案，并支持企业 个性化选择，形成采集、网络、平台、应用全面解决方案。促进企业用户、独立 开发商、服务提供商多方紧密协作，对传统制造业产业升级提供支撑。3.4支持石油和
4、化工行业智能制造模式创新，形成新的协同互联的生态系统 充分整合石油和化工产业链资源的优势，支持产业界建设共性技术开放、开 发工具共享的开源社区，培育工业APP开发者。通过平台建设，可制定关键标准 和培育开源社区，培养专业人才队伍，营造良好发展环境，打造工业互联网平台 新生态。3石油和化工工业互联网平台构建方法图 31平台构建步骤3.1通过工厂建模工具集，构建企业数字化模型工厂数字化是实现企业智能化生产和数字化转型的重要基础。基于ProMACE 工业互联网平台，利用数字孪生建模工具集，进行资产建模、工厂建模、三维建 模及业务建模，将物理工厂映射为数字化工厂模型，形成适应多业务场景的全厂 数字孪生
5、模型。图 32数字孪生建模过程3.1.1资产模型建模设备设施等实物资产是工厂建设投资的成果主体，也是企业生产运营的物质 基础。设备设施资产在建设、运营直到报废的全生命周期过程中，产生了大量数 据，形成了设备设施的数据资产。数据资产对企业的价值日益凸显，上至企业的 发展战略决策，下至资产操作运维工作，良好的数据资产都是设备设施资产绩效 的基础和必要保障。通过资产模型建模过程，将全厂实物资产信息化。资产模型将炉、塔、罐、 反应器、管道和阀门等27大类300余小类设备设施进行标准化和模型化。采用 元模型设计理念，提供一种可扩展的元数据管理方式，支持各种元数据扩展。利用资产模型实现：（1）完备的资产描
6、述、校验及变更识别能力；（2）资产主数据管理能力。3.1.2工厂模型建模通过工厂模型建模，将资产模型进行组态，形成适应多业务场景的工厂信息 化模型。工厂模型站在业务的角度将工厂进行抽象，实现对工厂的模型化、对象 化。工厂模型将工厂按层次进行划分，划分为组织层、区域层和节点层。（1）组织层主要描述企业组织对象的层级关系、各个子部门的内部岗位分 配情况以及岗位和用户的对应关系。组织层的主要成员是组织机构，组织对象主 要包括：事业部、企业、公司处室、生产工厂、科室、车间、班组。组织机构是 为了完成企业目标而形成的具有特定结构、分工协作的团队。组织机构采用树型 层次表示机构关系。数字化模型以组织机构单
7、元为基础，按照机构间关系划分和 对应业务调整，实现组织机构管理的多元化和灵活化。（2）区域层描述在某一组织机构下的人、设备、生产原料或产品按照不同 的职能划分存在的特定活动范围，区域对象主要包括：装置、罐区、仓库、装卸 台、管网、生活区、办公区等。（3）节点层描述节点对象关系，节点是一个工厂生产制造过程中最小的物 理实体单元，节点对象主要包括：侧线、罐、设备、进出厂点、料仓、库位、排 放口、管段、阀门、盲板、三通。图 3 3工厂模型可视化建模工具从不同维度可以对工厂模型进行划分，数字化模型主要存在包含关系、连接 关系以及关联关系这三种结构关系。包含关系描述模型对象之间的从属关系，表 述整体与部
8、分。不仅体现在三层模型结构的关系，也体现在组织机构层的内部关 系。例如车间从属于工厂。连接关系是描述在物理实体结构上节点中的对象之间 存在的连接关系，例如罐与罐之间通过管线连接。关联关系是表述节点中的对象 在逻辑结构上存在的关系，该关系并非真实存在的，例如物料和罐、管段存在关 联关系。3.1.3 三维数字建模通过三维数字化建模，实现工厂三维仿真模型。针对复杂三维模型场景的呈 现与交互，以及模型属性与活动信息的展示。基于三维可视化渲染引擎与交互平台的三维模型渲染与通用交互功能组件， 丰富的场景模型资源，以及场景搭建工具与数据接口，能够帮助使用者便捷地体 验三维应用与获取模型资源，使开发者快速的搭
9、建三维应用，为企业生产运行提 供可视化的环境，满足面向工厂与资产管理、生产管控、安全环保等方面的三维 应用需求。基于可视化平台软件，能够完成多源模型数据的导入与呈现，实现模型数据 的网格化与场景的基本构建。内置通用的可视化交互方法与组件，实现针对场景 模型基本的浏览与交互操作，模型数据结构遵循工厂与资产模型标准，并能实现 外部动态数据的接入，全面展示场景数据信息，为三维可视化业务 APP 的研发提 供环境支撑。3.1.4 工艺机理建模基于“三传一反”的严格工艺机理建模理念，通过流程模拟工具，对流程行 业的设备以及生产过程，包括反应、精馏、吸收、萃取、换热、结晶等，根据所 给过程的条件，如温度、
10、压力、流量、设备尺寸、原料和产品性质等，对相应过 程进行物料平衡、能量平衡、相平衡及化学平衡的计算，从而预测生产过程中可 能发生的现象，指导科研、设计、生产部门的工作。在数字孪生建模过程中，利用工艺机理模型可实现：（1）物性分析与估算依据机理模型已有专业知识库，如纯化合物物性数据库、热力学算法数据库 等，对企业所涉及化合物在生产各阶段进行物性的查询和分析。2）过程模拟依据企业生产数据、机理模型单元模块知识库和物性知识库，对生产过程中 若干生产单元构成的一段流程进行模拟计算，得到严格的物料、能量衡算数据以 及设备评价数据。（3）设计规定机理模型建模过程中，可通过控制工艺过程中某个可调节变量，来使
11、目标变 量达到用户的期望值，以满足客户对工艺条件的分析。（4）过程灵敏度分析在用工艺机理模型描述实际生产过程的基础上，通过过程灵敏度分析可完成 不同变量间相互影响关系的分析。5）过程优化通过工艺机理模型，结合生产过程约束条件，调用优化算法，可对实际生产过程进行参数调优，得出用户给定目标函数的最优值。ttl.hr41HH r呂弋a將7-1恆附.1汁；：昭awIH.07& 13T-Q. 0-36I7ISO.fl3190.077 11X711. 2恥的阳0.747RS艸甜a ls a0.G-739Q.-3?a tIBTrO-3749 KJ口时隔LT&1l ift* 却192T3. 419X9wasa
12、閒J51.7出爭197.4-331014a。.閒1HL3腑3图3-4利用机理模型寻找装置最优的操作点图3利用机理模型优化操作参数，降低装置蒸汽消耗3.1.5工业大数据建模利用工业大数据建模工具，构建大数据分析模型，支撑装置收率预测、质量 预测、操作工艺点预警预测等，业务分析模型通常有底层的通用算法和业务规则 构成比较复杂的分析模型。3.2通过工业物联引擎，实现工厂全面感知通过工业物联引擎适配MQTT、OPC、HART等多种工业协议，实现千余种工业 设备和实时数据库、LIMS、SG8000等工业系统的接入。工业物联接入主要包括边 缘计算SDK开发包、物联网连接器、物联数据库、接入管理、物联数据管
13、理、应 用使能、物联服务、平台管控等功能模块。图 36物联接入（1）边缘计算SDK开发包;2）物联网连接器； 3）工业物联数据库；1）物联接入管理，包括设备注册、设备鉴权、设备接入、网络拓扑、其他 接入及故障管理。3.3通过数据治理，构建企业级数据资源中心通过平台的数据治理能力，盘点企业数据资产，构建企业数据资产目录，实 现企业数据资产服务化、业务化、价值化，让数据持续产生价值。通过工业数据 湖构建企业的数据中台，将资产模型、工厂模型、工业物联、实时优化等能力在数据层面有机的结合起来。以工厂数字孪生模型为基础形成数据中台，沉淀业务 数据，生成数据服务支撑企业应用，解决不同数据源以及数据结构数据
14、共享的问 题。隔I便| |I |号評X需h| 4.| SW1HIt出赵芳虹昂#L4 w JU臭皆腿Sfl4.!DnNUfifl蛤啣.蟻曲宙!H图3-7工业数据湖功能架构图工业数据湖是面向工业数据存储和分析的服务工具。核心目标是解决全厂数 据的集中集成和数据共享交互的问题，通过服务的方式向应用提供数据读取、分 析、计算、存储等服务。基于工业数据湖，切实做到“统一数据标准、统一数据 模型、统一业务视图、统一数据管控”，实现“一次录入、全局使用、数出一家 量出一门”。图 3-8工业数据湖技术架构irMWM| | * | | 5 |OHM-j-：J imwj jttsrIPs 丘1ST HUKP-Et
15、IBH3.4 通过构建企业知识库，实现生产、设备、能源、安环等业务能力的复用支撑工业APP工业知识是助推企业数字化转型的关键能力，在数字孪生模型的基础上，将 设备、物料、工艺、操作、质量、能源、环保、安全、应急等石化行业各业务域 的行业知识、案例通过平台进行沉淀，为企业提供石化行业工业知识，形成知识 即服务体系，为工业应用提供知识和算法支撑。3.5通过工业APP的组态，形成多元化岗位工作台根据企业的业务需求，构建计划优化、生产调度、安全环保、设备管理等岗 位工作台，围绕各自业务需求，针对不同岗位关注的关键绩经指标、重要业务活 动、报警信息、重点风险点等信息，实现相关工业APP的集中展示和操作交互， 形成“千人千面”的岗位工作台。4工程实践4. 1工厂数字化建模情况截至目前，完成27类工厂模型对象的建模工作，收集模型115429个，有效 导入组织模型2645个,区域模型120个,设备模型 112664个。4. 2全厂物联接入情况在工厂模
