流程工業(yè)主要包括石油、化工、鋼鐵、有色、建材等基礎原材料行業(yè)，是國民經(jīng)濟的支柱和基礎產(chǎn)業(yè)，也是我國經(jīng)濟持續增長(cháng)的重要支撐力量。經(jīng)過(guò)數十年發(fā)展，我國流程工業(yè)產(chǎn)業(yè)結構逐步優(yōu)化，關(guān)鍵技術(shù)不斷取得突破，已發(fā)展成為世界規模最大的流程工業(yè)制造國家。

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)轉型發(fā)展的新動(dòng)能，現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控，其分別對應信息感知、管理決策、生產(chǎn)運行、能效安環(huán)等實(shí)際運行層面。應當重點(diǎn)依托信息物理系統，從以下四個(gè)層面入手，解決和突破相關(guān)基礎理論與關(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)現從原料供應、生產(chǎn)運行到產(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、物流流通軌跡的監測以及部分關(guān)鍵過(guò)程參量的在線(xiàn)檢測是實(shí)現流程工業(yè)智能優(yōu)化制造的前提和基礎。

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)和裝置運行特性知識進(jìn)行管理模式的變革。由于企業(yè)生產(chǎn)計劃的不確定因素眾多，原料采購價(jià)格和市場(chǎng)需求多變，給企業(yè)生產(chǎn)運行和經(jīng)營(yíng)管理的決策帶來(lái)難題。同時(shí)目前企業(yè)的原料采購與裝置運行特性關(guān)聯(lián)度不高、產(chǎn)品生產(chǎn)與市場(chǎng)需求脫節。因此，以大數據、知識型工作自動(dòng)化為代表的現代信息技術(shù)為制造過(guò)程計劃和管理的優(yōu)化決策帶來(lái)了契機。

第三是在生產(chǎn)運行層面。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構，現有模式進(jìn)行操作優(yōu)化的前提是“穩態(tài)假設”，如何根據實(shí)際過(guò)程的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)運行情況，從全局出發(fā)協(xié)調系統各部分的操作，成為生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化調控的核心。解決該問(wèn)題，需要將物質(zhì)轉化機理與裝置運行信息進(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。目前中國在?；繁O管方面的措施落實(shí)不到位，導致?；肥鹿暑l發(fā)，其核心就是缺乏生產(chǎn)制造全生命周期安全環(huán)境足跡監控與風(fēng)險控制的手段。如何通過(guò)傳感、檢測、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)境足跡監控與溯源分析及控制的基礎理論與關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)現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“四化”，即數字化、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“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)化制造的愿景目標是：在已有的物理制造系統基礎上，充分融合人的知識，應用大數據、云計算、（移動(dòng)）網(wǎng)絡(luò )通訊和人機交互的知識型工作自動(dòng)化以及虛擬制造等現代信息技術(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的流程工業(yè)智能優(yōu)化制造，不僅要實(shí)現制造過(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)現自適應智能優(yōu)化，使得企業(yè)經(jīng)濟效益和社會(huì )效益最大化。

通過(guò)信息化和工業(yè)化深度融合實(shí)現流程工業(yè)智能優(yōu)化制造，無(wú)論是基礎理論還是工程實(shí)踐仍存在著(zhù)許多難題。同時(shí)也應看到，智能優(yōu)化制造對于流程工業(yè)的轉型發(fā)展具有重大意義。流程工業(yè)的智能優(yōu)化制造對于我國既是機遇也是挑戰，相信在國家政策支持下，通過(guò)行業(yè)努力發(fā)展，我國的流程工業(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《中國科學(xué)報》