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(guò)分析智能制造在精細化工車(chē)間的應用，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)濟中占有重要的地位，根據國家統計局數據顯示，化工行業(yè)主營(yíng)收入占全國GDP大致在12 %-17%。因此，化工行業(yè)的對于社會(huì )可持續發(fā)展具有重要的現實(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，貫穿于設計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節，具有自感知、自學(xué)習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產(chǎn)方式。智能制造不是指某項技術(shù)，而是能決定社會(huì )形態(tài)的生產(chǎn)方式。從手工制造到流水線(xiàn)批量制造，人類(lèi)社會(huì )的生產(chǎn)方式正在進(jìn)入智能制造。在此過(guò)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)出現較大的變化。我國的《“十四五”智能制造發(fā)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(shù)、資源和制造這四個(gè)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)再細分能力子域。成熟度等級分成五級。一級為規劃級，要求企業(yè)應開(kāi)始對實(shí)施智能制造的基礎和條件進(jìn)行規劃，能夠對核心業(yè)務(wù)活動(dòng)（設計、生產(chǎn)、物流、銷(xiāo)售、服務(wù)）進(jìn)行流程化管理。二級為規范級，要求企業(yè)應采用自動(dòng)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(dòng)等進(jìn)行改造和規范，實(shí)現單一業(yè)務(wù)活動(dòng)的數據共享。三級為集成級，要求企業(yè)應對裝備、系統等開(kāi)展集成，實(shí)現跨業(yè)務(wù)活動(dòng)間的數據共享。四級為優(yōu)化級，要求企業(yè)應對人員、資源、制造等進(jìn)行數據挖掘，形成知識、模型等，實(shí)現對核心業(yè)務(wù)活動(dòng)的精準預測和優(yōu)化。五級為引領(lǐng)級，要求企業(yè)應基于模型持續驅動(dòng)業(yè)務(wù)活動(dòng)的優(yōu)化和創(chuàng )新，實(shí)現產(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)智能制造現狀
目前，智能制造評估評價(jià)公共服務(wù)平臺上公開(kāi)了覆蓋31類(lèi)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據。圖1數據顯示，目前我國77.09%的制造企業(yè)處于一級及以下水平，達到二級、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2.80%。圖2顯示，醫藥制造業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)在31類(lèi)行業(yè)中智能制造能力成熟度分別排第五、第七。醫藥制造業(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(lèi)型及規模來(lái)看，中小微企業(yè)數量占比達到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)，尤其是精細化工行業(yè)，中小微民營(yíng)企業(yè)數量占比較高，這類(lèi)企業(yè)在人員、技術(shù)、資源和制造環(huán)節都存在較大的差距，制約著(zhù)企業(yè)智能化轉型升級。
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重占比為6%[2]。人員能力要素包括組織戰略、人員技能兩個(gè)能力域。企業(yè)應制定智能制造發(fā)展規劃，并對所需資源進(jìn)行投資。根據公司的智能制造規劃，組建智能制造責任部門(mén)，引進(jìn)智能制造專(zhuān)業(yè)人員，搭建組織架構，組建團隊，建設相關(guān)制度，推動(dòng)規劃落地實(shí)施。
在精細化工企業(yè)，多數情況下由工程裝備部門(mén)負責智能制造的規劃與落地，人員具備一定的專(zhuān)業(yè)能力，但因非專(zhuān)職，可能會(huì )有一定的局限性。同時(shí)，車(chē)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(méi)有，需要加強培訓。
2、技術(shù)方面
技術(shù)能力要素在智能制造成熟度中的權重占比為11%。技術(shù)能力要素包括數據、集成、信息安全三個(gè)能力域。主要是能通過(guò)信息通信技術(shù)，實(shí)現數據采集及分析，跨業(yè)務(wù)活動(dòng)的設備、系統間的集成及信息安全防護措施。企業(yè)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(chǎn)過(guò)程管理控制網(wǎng)絡(luò )系統，如MES，實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程工藝、質(zhì)量數據自動(dòng)采集、儲存、備份、共享；進(jìn)一步實(shí)現電子批記錄，和過(guò)程輔助記錄無(wú)紙化。并實(shí)現對生產(chǎn)作業(yè)計劃、生產(chǎn)資源、質(zhì)量信息等關(guān)鍵數據的動(dòng)態(tài)監測和共享，如ERP。
目前，較多的精細化工企業(yè)通過(guò)DCS，已經(jīng)實(shí)現了關(guān)鍵設備、流程的數據采集、集成及部分流程自動(dòng)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(wǎng)絡(luò )兩個(gè)能力域。主要是提高關(guān)鍵工序設備的數字化、信息化水平，及建立工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )。企業(yè)應完成關(guān)鍵生產(chǎn)設備的數字化應用，需要加強生產(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、系統和設備，建立工廠(chǎng)綜合信息安全管控平臺，實(shí)現關(guān)鍵業(yè)務(wù)數據冗余備份、自動(dòng)恢復、應急響應等保障能力。
裝備在精細化工行業(yè)尤為重要，借助工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )、智能裝備能實(shí)現較高程度的自動(dòng)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(chǎn)、物流、銷(xiāo)售及服務(wù)五個(gè)能力域。細分的能力子域較多，其中生產(chǎn)作業(yè)、物流及銷(xiāo)售能力子域權重占比較大。生產(chǎn)作業(yè)主要是能根據生產(chǎn)作業(yè)計劃實(shí)現數字化下發(fā)工藝文件，監測關(guān)鍵數據，自動(dòng)判斷關(guān)鍵工序質(zhì)量，并實(shí)現產(chǎn)品信息可追溯。物流主要是能通過(guò)倉儲管理系統對物流信息進(jìn)行管理，并具備異常報警、路徑規劃等功能。銷(xiāo)售主要是能根據市場(chǎng)情況自動(dòng)生產(chǎn)銷(xiāo)售計劃，并根據客戶(hù)需求的變化動(dòng)態(tài)調整設計、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)級信息系統集成。
精細化工企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節多，協(xié)作關(guān)系復雜，生產(chǎn)關(guān)聯(lián)性強，情況變化快，某一局部發(fā)生故障，或某一措施沒(méi)有按期實(shí)現，都會(huì )對整個(gè)生產(chǎn)系統產(chǎn)生影響。計劃與調度較大程度依賴(lài)于人員對生產(chǎn)過(guò)程中的波動(dòng)及風(fēng)險進(jìn)行判斷，研究分析影響生產(chǎn)的各種因素，根據不同情況采取相應對策。所以，在計劃與調度、生產(chǎn)作業(yè)這兩個(gè)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(yōu)勢的中小微企業(yè)中，需要統籌發(fā)展，根據自身情況尋找發(fā)力點(diǎn)，以提升智能制造成熟度水平。系統間的集成與數據互聯(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(gè)系統間協(xié)作、數據采集及分析的過(guò)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(shù)標準化研究院. 智能制造發(fā)展指數報告（2021）[R]. 北京: 2022. 22-23.
