摘要：基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合的智能制造已經(jīng)成為制造領(lǐng)域的主流發(fā)展趨勢。本文主要通過分析智能制造在精細(xì)化工車間的應(yīng)用，指出其在改進(jìn)生產(chǎn)環(huán)境、改善企業(yè)生產(chǎn)效率、提高管理水平等方面的作用，以期對提高化工行業(yè)的智能制造能力成熟度提供一定借鑒。
關(guān)鍵詞：精細(xì)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(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，化工行業(yè)主營收入占全國GDP大致在12 %-17%。因此，化工行業(yè)的對于社會可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。智能制造不是指某項技術(shù)，而是能決定社會形態(tài)的生產(chǎn)方式。從手工制造到流水線批量制造，人類社會的生產(chǎn)方式正在進(jìn)入智能制造。在此過程中，美國工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、德國工業(yè)4.0、中國制造2025等思維融入到工業(yè)制造生產(chǎn)模式中，產(chǎn)業(yè)形態(tài)出現(xiàn)較大的變化。我國的《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)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(zhuǎn)型升級目標(biāo)。
根據(jù)智能制造能力成熟度模型[1]，其給出了人員、技術(shù)、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(yè)或離散型制造企業(yè)再細(xì)分能力子域。成熟度等級分成五級。一級為規(guī)劃級，要求企業(yè)應(yīng)開始對實(shí)施智能制造的基礎(chǔ)和條件進(jìn)行規(guī)劃，能夠?qū)诵臉I(yè)務(wù)活動（設(shè)計、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)）進(jìn)行流程化管理。二級為規(guī)范級，要求企業(yè)應(yīng)采用自動化技術(shù)、信息化技術(shù)手段對核心裝備和核心業(yè)務(wù)活動等進(jìn)行改造和規(guī)范，實(shí)現(xiàn)單一業(yè)務(wù)活動的數(shù)據(jù)共享。三級為集成級，要求企業(yè)應(yīng)對裝備、系統(tǒng)等開展集成，實(shí)現(xiàn)跨業(yè)務(wù)活動間的數(shù)據(jù)共享。四級為優(yōu)化級，要求企業(yè)應(yīng)對人員、資源、制造等進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，形成知識、模型等，實(shí)現(xiàn)對核心業(yè)務(wù)活動的精準(zhǔn)預(yù)測和優(yōu)化。五級為引領(lǐng)級，要求企業(yè)應(yīng)基于模型持續(xù)驅(qū)動業(yè)務(wù)活動的優(yōu)化和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同并衍生新的制造模式和商業(yè)模式。
二、化工行業(yè)智能制造現(xiàn)狀
目前，智能制造評估評價公共服務(wù)平臺上公開了覆蓋31類行業(yè)、45000多家的制造企業(yè)的智能制造能力成熟度自診斷數(shù)據(jù)。圖1數(shù)據(jù)顯示，目前我國77.09%的制造企業(yè)處于一級及以下水平，達(dá)到二級、三級的制造企業(yè)分別占比為11.18%以及6.21%，四級的制造企業(yè)占比為2.72%，五級制造企業(yè)占比達(dá)2.80%。圖2顯示，醫(yī)藥制造業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)在31類行業(yè)中智能制造能力成熟度分別排第五、第七。醫(yī)藥制造業(yè)的行業(yè)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(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)行業(yè)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%。
圖 1 行業(yè)等級水平
圖 2 行業(yè)TOP10智能制造能力成熟度等級分布
從企業(yè)類型及規(guī)模來看，中小微企業(yè)數(shù)量占比達(dá)到88.64%，全國一級及以下水平的企業(yè)中有95.09%是中小微企業(yè)，國有大型企業(yè)的智能制造能力成熟度較高。在化工行業(yè)，尤其是精細(xì)化工行業(yè)，中小微民營企業(yè)數(shù)量占比較高，這類企業(yè)在人員、技術(shù)、資源和制造環(huán)節(jié)都存在較大的差距，制約著企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級。
三、提高化工行業(yè)智能制造能力成熟度水平的實(shí)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(quán)重占比為6%[2]。人員能力要素包括組織戰(zhàn)略、人員技能兩個能力域。企業(yè)應(yīng)制定智能制造發(fā)展規(guī)劃，并對所需資源進(jìn)行投資。根據(jù)公司的智能制造規(guī)劃，組建智能制造責(zé)任部門，引進(jìn)智能制造專業(yè)人員，搭建組織架構(gòu)，組建團(tuán)隊，建設(shè)相關(guān)制度，推動規(guī)劃落地實(shí)施。
在精細(xì)化工企業(yè)，多數(shù)情況下由工程裝備部門負(fù)責(zé)智能制造的規(guī)劃與落地，人員具備一定的專業(yè)能力，但因非專職，可能會有一定的局限性。同時，車間生產(chǎn)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(qiáng)培訓(xùn)。
2、技術(shù)方面
技術(shù)能力要素在智能制造成熟度中的權(quán)重占比為11%。技術(shù)能力要素包括數(shù)據(jù)、集成、信息安全三個能力域。主要是能通過信息通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及分析，跨業(yè)務(wù)活動的設(shè)備、系統(tǒng)間的集成及信息安全防護(hù)措施。企業(yè)應(yīng)建立整體集成規(guī)劃及架構(gòu)設(shè)計規(guī)范，從數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)保密性、數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)等幾方面考慮和規(guī)劃；根據(jù)建設(shè)規(guī)劃，建設(shè)生產(chǎn)過程管理控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如MES，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程工藝、質(zhì)量數(shù)據(jù)自動采集、儲存、備份、共享；進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電子批記錄，和過程輔助記錄無紙化。并實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)作業(yè)計劃、生產(chǎn)資源、質(zhì)量信息等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)測和共享，如ERP。
目前，較多的精細(xì)化工企業(yè)通過DCS，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備、流程的數(shù)據(jù)采集、集成及部分流程自動化控制。但在數(shù)據(jù)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(quán)重占比為6-15%。資源能力要素包括裝備、網(wǎng)絡(luò)兩個能力域。主要是提高關(guān)鍵工序設(shè)備的數(shù)字化、信息化水平，及建立工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。企業(yè)應(yīng)完成關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)字化應(yīng)用，需要加強(qiáng)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)的分離與管理。采用信息安全軟件、系統(tǒng)和設(shè)備，建立工廠綜合信息安全管控平臺，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)冗余備份、自動恢復(fù)、應(yīng)急響應(yīng)等保障能力。
裝備在精細(xì)化工行業(yè)尤為重要，借助工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、智能裝備能實(shí)現(xiàn)較高程度的自動化水平，打好了智能化建設(shè)和提升的設(shè)備基礎(chǔ)。
4、制造方面
制造能力要素在智能制造成熟度中的權(quán)重占比為68-77%。制造能力要素包括設(shè)計、生產(chǎn)、物流、銷售及服務(wù)五個能力域。細(xì)分的能力子域較多，其中生產(chǎn)作業(yè)、物流及銷售能力子域權(quán)重占比較大。生產(chǎn)作業(yè)主要是能根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計劃實(shí)現(xiàn)數(shù)字化下發(fā)工藝文件，監(jiān)測關(guān)鍵數(shù)據(jù)，自動判斷關(guān)鍵工序質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息可追溯。物流主要是能通過倉儲管理系統(tǒng)對物流信息進(jìn)行管理，并具備異常報警、路徑規(guī)劃等功能。銷售主要是能根據(jù)市場情況自動生產(chǎn)銷售計劃，并根據(jù)客戶需求的變化動態(tài)調(diào)整設(shè)計、采購、生產(chǎn)、物流等計劃。有條件的，可建立電子商務(wù)平臺，并與企業(yè)級信息系統(tǒng)集成。
精細(xì)化工企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，協(xié)作關(guān)系復(fù)雜，生產(chǎn)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，情況變化快，某一局部發(fā)生故障，或某一措施沒有按期實(shí)現(xiàn)，都會對整個生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。計劃與調(diào)度較大程度依賴于人員對生產(chǎn)過程中的波動及風(fēng)險進(jìn)行判斷，研究分析影響生產(chǎn)的各種因素，根據(jù)不同情況采取相應(yīng)對策。所以，在計劃與調(diào)度、生產(chǎn)作業(yè)這兩個能力子域是需要人員較多的參與。
四、結(jié)論
整體處于智能化轉(zhuǎn)型初級階段，一級及以下水平占比較多。在資源、資金不占優(yōu)勢的中小微企業(yè)中，需要統(tǒng)籌發(fā)展，根據(jù)自身情況尋找發(fā)力點(diǎn)，以提升智能制造成熟度水平。系統(tǒng)間的集成與數(shù)據(jù)互聯(lián)是高成熟度提升的關(guān)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(tǒng)間協(xié)作、數(shù)據(jù)采集及分析的過程。但基于數(shù)據(jù)的智能決策管理仍面臨巨大挑戰(zhàn)。
參考文獻(xiàn)
[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(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院. 智能制造發(fā)展指數(shù)報告（2021）[R]. 北京: 2022. 22-23.
