智能制造在化工行業的應用
閱讀:4183次 更新時間:2023-08-17

摘要:基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合的智能制造已經成為制造領域的主流發展趨勢。本文主要通過分析智能制造在精細化工車間的應用,指出其在改進生產環境、改善企業生產效率、提高管理水平等方面的作用,以期對提高化工行業的智能制造能力成熟度提供一定借鑒。

關鍵詞:精細化工;智能制造;智能制造能力成熟度。

Application of Intelligent Manufacturing in the Chemical Industry

Liu zong yong, Liu bo wei, Wang zhen, Zhao gang, Yang mao

(Beijing Chieftain Control Engineering Technology Co., Ltd, Beijing, 100029)

Abstract: Intelligent manufacturing based on the deep integration of new generation information communication technology and advanced manufacturing technology, which has become the mainstream development trend in the manufacturing field. This paper mainly analyzes the application of intelligent manufacturing in chemical synthesis workshop, and points out its role in improving production environment, improving enterprise production efficiency, and improving management level, so as to provide some reference for improving the maturity of intelligent manufacturing capability in chemical industry.

Keywords: fine chemical industry, intelligent manufacturing, maturity of intelligent manufacturing capability

一、引言

化工行業在國民經濟中占有重要的地位,根據國家統計局數據顯示,化工行業主營收入占全國GDP大致在12 %-17%。因此,化工行業的對于社會可持續發展具有重要的現實意義。

智能制造是基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合,貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節,具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式。智能制造不是指某項技術,而是能決定社會形態的生產方式。從手工制造到流水線批量制造,人類社會的生產方式正在進入智能制造。在此過程中,美國工業網絡、德國工業4.0、中國制造2025等思維融入到工業制造生產模式中,產業形態出現較大的變化。我國的《“十四五”智能制造發展規劃》明確提出了“到2025年,智能制造能力成熟度水平明顯提升”的轉型升級目標。

根據智能制造能力成熟度模型[1],其給出了人員、技術、資源和制造這四個智能制造能力提升的能力要素,能力要素分能力域,能力域按流程型制造企業或離散型制造企業再細分能力子域。成熟度等級分成五級。一級為規劃級,要求企業應開始對實施智能制造的基礎和條件進行規劃,能夠對核心業務活動(設計、生產、物流、銷售、服務)進行流程化管理。二級為規范級,要求企業應采用自動化技術、信息化技術手段對核心裝備和核心業務活動等進行改造和規范,實現單一業務活動的數據共享。三級為集成級,要求企業應對裝備、系統等開展集成,實現跨業務活動間的數據共享。四級為優化級,要求企業應對人員、資源、制造等進行數據挖掘,形成知識、模型等,實現對核心業務活動的精準預測和優化。五級為引領級,要求企業應基于模型持續驅動業務活動的優化和創新,實現產業鏈協同并衍生新的制造模式和商業模式。

二、化工行業智能制造現狀

目前,智能制造評估評價公共服務平臺上公開了覆蓋31類行業、45000多家的制造企業的智能制造能力成熟度自診斷數據。圖1數據顯示,目前我國77.09%的制造企業處于一級及以下水平,達到二級、三級的制造企業分別占比為11.18%以及6.21%,四級的制造企業占比為2.72%,五級制造企業占比達2.80%。圖2顯示,醫藥制造業、化學原料和化學制品制造業在31類行業中智能制造能力成熟度分別排第五、第七。醫藥制造業的行業水平為1.74,其中,一級及以下占比為65.1%、二級占比20.2%、三級占比8.0%、四級及以上占比6.7%?;瘜W原料和化學制品制造業行業水平為1.64,其中,一級及以下占比為70.5%、二級占比14.2%、三級占比6.8%、四級及以上占比8.4%。

 

1 行業等級水平

 

2 行業TOP10智能制造能力成熟度等級分布

從企業類型及規模來看,中小微企業數量占比達到88.64%,全國一級及以下水平的企業中有95.09%是中小微企業,國有大型企業的智能制造能力成熟度較高。在化工行業,尤其是精細化工行業,中小微民營企業數量占比較高,這類企業在人員、技術、資源和制造環節都存在較大的差距,制約著企業智能化轉型升級。

三、提高化工行業智能制造能力成熟度水平的實施途徑

1、人員方面

人員能力要素在智能制造成熟度中的權重占比為6%[2]。人員能力要素包括組織戰略、人員技能兩個能力域。企業應制定智能制造發展規劃,并對所需資源進行投資。根據公司的智能制造規劃,組建智能制造責任部門,引進智能制造專業人員,搭建組織架構,組建團隊,建設相關制度,推動規劃落地實施。

在精細化工企業,多數情況下由工程裝備部門負責智能制造的規劃與落地,人員具備一定的專業能力,但因非專職,可能會有一定的局限性。同時,車間生產操作人員可能在智能制造方面的知識儲備較少或沒有,需要加強培訓。

2、技術方面

技術能力要素在智能制造成熟度中的權重占比為11%。技術能力要素包括數據、集成、信息安全三個能力域。主要是能通過信息通信技術,實現數據采集及分析,跨業務活動的設備、系統間的集成及信息安全防護措施。企業應建立整體集成規劃及架構設計規范,從數據完整性、數據保密性、數據備份和恢復等幾方面考慮和規劃;根據建設規劃,建設生產過程管理控制網絡系統,如MES,實現生產過程工藝、質量數據自動采集、儲存、備份、共享;進一步實現電子批記錄,和過程輔助記錄無紙化。并實現對生產作業計劃、生產資源、質量信息等關鍵數據的動態監測和共享,如ERP。

目前,較多的精細化工企業通過DCS,已經實現了關鍵設備、流程的數據采集、集成及部分流程自動化控制。但在數據分析及利用上還存在短板。

3、資源方面

資源能力要素在智能制造成熟度中的權重占比為6-15%。資源能力要素包括裝備、網絡兩個能力域。主要是提高關鍵工序設備的數字化、信息化水平,及建立工業控制網絡。企業應完成關鍵生產設備的數字化應用,需要加強生產網絡與辦公網絡的分離與管理。采用信息安全軟件、系統和設備,建立工廠綜合信息安全管控平臺,實現關鍵業務數據冗余備份、自動恢復、應急響應等保障能力。

裝備在精細化工行業尤為重要,借助工業控制網絡、智能裝備能實現較高程度的自動化水平,打好了智能化建設和提升的設備基礎。

4、制造方面

制造能力要素在智能制造成熟度中的權重占比為68-77%。制造能力要素包括設計、生產、物流、銷售及服務五個能力域。細分的能力子域較多,其中生產作業、物流及銷售能力子域權重占比較大。生產作業主要是能根據生產作業計劃實現數字化下發工藝文件,監測關鍵數據,自動判斷關鍵工序質量,并實現產品信息可追溯。物流主要是能通過倉儲管理系統對物流信息進行管理,并具備異常報警、路徑規劃等功能。銷售主要是能根據市場情況自動生產銷售計劃,并根據客戶需求的變化動態調整設計、采購、生產、物流等計劃。有條件的,可建立電子商務平臺,并與企業級信息系統集成。

精細化工企業生產環節多,協作關系復雜,生產關聯性強,情況變化快,某一局部發生故障,或某一措施沒有按期實現,都會對整個生產系統產生影響。計劃與調度較大程度依賴于人員對生產過程中的波動及風險進行判斷,研究分析影響生產的各種因素,根據不同情況采取相應對策。所以,在計劃與調度、生產作業這兩個能力子域是需要人員較多的參與。

四、結論

整體處于智能化轉型初級階段,一級及以下水平占比較多。在資源、資金不占優勢的中小微企業中,需要統籌發展,根據自身情況尋找發力點,以提升智能制造成熟度水平。系統間的集成與數據互聯是高成熟度提升的關鍵[3]。人員、資源、制造智能制造能力成熟度的提升,必然是個系統間協作、數據采集及分析的過程。但基于數據的智能決策管理仍面臨巨大挑戰。

參考文獻

[1] GB/T 39116-2020 智能制造能力成熟度模型[S].

[2] GB/T 39117-2020 智能制造能力成熟度評估方法[S].

[3] 中國電子技術標準化研究院. 智能制造發展指數報告(2021[R]. 北京: 2022. 22-23.

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