石油化工行业智能工厂的解决方案（48页 PPT）

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石油化工行业 智能工厂的解决方案 为什么需要智能工厂 , 什么是智能 智能工厂 ? 智 能 工 厂 三 个 维 度 智 能 化 的 应 用 场 景 XX 智 能 工 厂 的 架 构 及 功 能 智 能 工 厂 案 例 2 石油化工行业炼化一体化的发展方 向 炼油（一次 / 二次加工） 化工（三次加工：芳烃发展方向， 乙烯发展方向，润滑油发展方向） S 安全 E 效率 E 节能 E 环保 互联企业 石油化工行业迫切解决的问题和方 向 4 企业需求的驱动（挑战） 企业数字化转型 实现智能制造，智能工厂 信息分散，专业功能软件独立，信息孤岛 物理系统与数字系统的融合 行业竞争压力 两化深度融合 企业多级目标的优化决策需要科学依据 人机协同的绩效管理 安全、绿色、节能、高效生产管控目标 数字化，有了数据，但在数据钻取、决策辅 助 方面，存在数据不标准、模型不统一、信息 未 集成 产品定制化，个性化服务 快速上市，降低成本与风险 人、机、料、法、环 劳动力招工难 减员降本 技术发展的驱动（机遇） 科学技术的发展阶段 工业 4.0 中国制造 2025 数字双胞胎 工业物联网 IIoT 技术是基石 万“物”互联 • 提升价值 • 优化资源 • 升级服务 • 激发创新 工业大数据技术是引擎 u 数据建模的思维突破 u 机理模型 / 统计模型：精确性，因果关系， 是信息缺乏、模拟数据时代的产物 u 大数据模型：混杂性，相关关系，概率说 话， 不问为什么，只注重是什么， 自学习， 自 迭代优化 u 大数据的核心就是预测 Why ？为什么需要智能工 厂？ 智能工厂是挑战和机遇并存的结果 6 一 次 规 划 ： 统 一 平 台 三 个 维 度 智 能 ： 操 作 ， 运 营 ， 商 业 三 步 建 设 ： 基 础 ， 协 同 ， 决 策 What ？ 智能工厂的理解 u u u 数字化 借助覆盖全厂的网路平 台 实现 生产数 据的实时采集 ，快速掌握生产运 行 情 况 ，实现生产环境与信息系统的 无缝 对接 ，提升管理人员对生产现 场的感 知和监控能力 – 全面感知 决策科学化 利用大数据技术 ，对各应用系统的 数 据进行集中存储和分析 ，协助公 司领 导层及时发现问题、分析问题 原因、 进行风险预警 ，实现决策的 科学化 – 科学依据 可视化 根据设 计 院提供的设 计 图纸搭建三维 可视化工厂 ，丰富图形与数据界面 ， 并与生产工艺、设备信息、作 业 票、 应急演练等功能进行集成 ，为生产 操 作 和管理人员提 供直接的业务场 景展 自动化 建 设了 覆 盖 全 厂 的 自 动 检 测 SCADA 系统 ，实现对整个工艺过 程的监测与控制 – 操 作 自 动化 模型化 基于工厂模型构建制造装备的各类 工艺、业务模型与规则 ，并与各种 生产管理活动相匹配 – 柔性生产 建 模 集成化 建设 企业信息集成平 台 ，以 IIoT 为 核 心， 向上支撑企业经营 管理， 向下与 生产过程的实时数据高度集 成 ，将各 自独立的信息系统连接成 为一个完整 可靠和有效的整体 - 信 息孤岛 What ？智能工厂的主要 特征 智能工厂 特征 示 – 直观 HMI 8 自动化智能工厂的架构及功能 智 能 工 厂 三 个 维 度 智 能 化 的 应 用 场 景 为 什 么 需 要 智 能 工 厂 ， 什 么 是 智 能 工 厂 ？ 智 能 工 厂 案 例 9 10 各个专业子系统堆砌 在 一起是不是智能工 厂 ? 不是 , 充其量是工业 3.0 或者 3.5 遵循 ISA95 模型 , 垂直化设 计理 念 IT 与 0T 不能够深 度融合 智能工厂：典型的传统架 构 … … 烯是分离 空分装置 或者 DCS 系 统 NMS G IS Historian Other … OT Systems L P 系统之间传统的点对点链接增大了系统间的耦 合性，降低了系统部署的灵活性，制造了大量 数据冗余，难以保障数据的一致性和有效性， 难以发挥数据在企业管理中的战略作 用 。 智能工厂 ： 传统架构的系统集成方式（ OT+IT ）的 弊端 Embedded Devices, Components, Assets and Equipment 遵循 ISA95 各种工业与信息系统 PLC / Ga ewa ys 各种工业与信息系统 互联的设备 Enterprise Systems 各种接口 External Sources Sensors 11 智能工厂：传统架构系统集成面临的挑 战 传 统 思 维 ： 垂 直 化 设 计 12 是否有一个软件平 台 可以打通 IT and OT? 智能工厂 ：需要新的技术，新的平 台 具有独特和独立的 IT ,OT 深度融合方法 Operations Technology 操 作 技术 Information Technology 信息技术 Information Technology 信息技 术 没有连接操 作 层级的资源 缺少必须的频率与精度 没有操 作 的实时数据 Operations Technology 操 作 技术 产生控制实时流程的数据 数据并未报告或增值 对业务决策无法提供支持 13 EAM HMI 突破性解 决方案 生产经理 • 跨系统、 人员和物（设备、 装置） 的万物互 联 • 将交易和实时数据与人员专业技术知识相结合 • 基于角色的应用体验 • 实时的可视化操 作 • 大数据分析 ， ML 模型预测预维护 • 快速敏捷应用创建 ， 改进操 作 的 灵活性 • AR 增强现实体验 ，提高效率与安全性 ISA-95 业务系统 (ERP, SCM, PLM) Governance & planning 生产执行 (MES / MOM) 增强与扩展 创新平 台 • 增强现实 • 应用支撑 • 边缘及大数据分 析 • 混合云 / 云 • 互连 L 过程监控 2 (HMI-SCADA) L 过程感知与操 作 1 (PLC) 智能工厂 ： IIoT 数字化工业创新 平 台 当前 数字化工业创新平 台 ，扁平 化设 计思 维 % ENVIRONMENTAL L4/ L5 IOT GATEWAY L 3 SUPPLIERS LOGISTICS 运 维 经理 工程师 质量 智能工厂 - 三架马车 在现有工业 3.0 IT 系统之上构筑企业面向工业 4.0 的新一代信息化平 台 和工 具 智 能 工 厂 三 大 技 术 平 台 念 v ufo ria- Augmented Reality Big Data Industrial Internet of 数 据 分 析 平 台 增 强 现 实 平 台 工 业 物 联 网 平 台 15 智能工厂 ： RA 能够提供业界完整的解决 方案 16 EA S ER P …… RT O LIM S SCM 拿 FT InnovationSuite™ IloT - Thing worx IDC 管 控 体 化 平 台 生产业务模型 智能工厂： XX 自动化管控一体化的解决方案 架构 运 营 经理 质量经理 工程师 操 作 员 调度经理 维护人员 数字化交 付 标准数据接口 工艺控制子系统 安防等子系 统 IloT 统一平 台 将商 务、 客服、操 作 、 财务、计量、电信、工艺、库房等模块 中的数据有机的联系了起来，可以帮助企业管理人员方便、快捷地 查询、统计、分析所需的生产、业务信息。 管理人员可随时、全面地了解企业各个部门的运 作 情况，及时 做出正确的决策，从而有效地控制和管理企业的生产经营活动。 智能工厂 ： 一个统一平 台 （工业 4.0 ） 标准数据接口 标准数据接口 标准数据接口 18 横向扩展的智能服务器 – 8 台 2U 计算和存储服务器 支持 128 个更快的内核 - 192 个 SAS 磁盘驱动器 230 TB SAS HDD 统一的超快网络 - 10 Gb 存储网络 内部连接 VSAN 优化块存储协议 - 1 Gb 以太网数据中心连接 QoS 工业协议优化 超高性能服务器 - 2 台 计 算和存储节点 32 内核 ， 256G 内存 ， 4.8TB 存储 - 1 台 管理和 备份节点 8 内核 ， 64G 内存 ， 6TB 存储 备份 IDC 是交钥匙工程解决方案，主要由硬件部分和软件部分以及技术服务组成：一套性能优异的单机或者冗余的计算机服 务器， 由 Linux 操 作 系统 监控，配置高速大容量磁盘阵列和高速以太网交换机，安装 VMWare 虚拟机管理软件虚拟出 N 多个 虚拟服务器配以相应的应用软件替代实际物理服务器的功能，既节省了硬件系统采购、安装、配置，又节省了机房 布置 空间同时便于维护、升级扩展。 智能工厂 ： 一个数据中心（ IDC ） ，数据交换中心 ， 业务协 调中心 工业私有云（ IDC ） 交钥匙工程 SaaS - 企 业 微 服 务 APP IaaS - 计算机，存储，网络 PaaS - 企业微平 台 考 虑 全 规 划 数据中心物理架 构 也 包 括 全 相 关 非 仅 llo T 平 19 智能工厂 ： 一个网络互联 规 划 一网 到底的企业网络平 台 — 工业以太网 EtherNet/IP ， ICS 纵深防御 3 IIoT ，大数据分析，决策人员 2 IIoT ，消除信息孤岛，管理人员 1 先进专业子系统，专业人员 智能工厂 ： 三个维度智能化 结合行业产业链的自身特点，以近年来发展起来的智能制造理论为指导，实现信息技术、现代 管 理技术和自动化技术的深度融合，才能实现智能工厂（工业 4.0 ）。 ri ht ©2018 Rockwell Automation Inc py g , . PUBLIC | Co 21 智能工厂三个维度智能化的应用场 景 智 能 工 厂 案 例 为 什 么 需 要 智 能 工 厂 ， 什 么 是 智 能 工 厂 ？ XX 自动 化 智 能 工 厂 的 架 构 及 功 能 22 没有底层设备 / 系统的智能都是伪智能 智能传感器，总线仪表， Ethernet 流量计直连 DCS 系统 PlantPAx ， PID 自整定，模糊，解耦，诊断，开路短路 智能 SIS/GDS/F&G ， SIL2~SIL3 智能电 气， VFD ， MCC ， SM ， E3 ， Dysc 智能 ICM ，全厂振动监测，设备预维护 RA 的特点 : 基于 plantpAX 无缝集成 MES 、安全、信息、电气 , or 层面系统 整合能 23 智能工厂： 操 作 维度 的智 能化 XX 自动化在油气行业智能化产品 家族 ICS Triplex ESD/F&G/TMC 模块化三重冗余 紧急停车 / 火气 / 机组控制 自动化有限公司 Entek ICM 机组振 动 监测及全 厂 状态监 测系 统， 预维护 诊 断 FactoryTalk 系列模 块化统一平 台 ， 编程 软件，人机接口 , 信息化， 能源管理， 数据库，报 表分析，通信和组件，软 件方案 Alen-Bradley 35 万多种工 业 控制产品 以及 系统方 案， PLC/RTU DySC 电压暂降保护 用于电压波动 或瞬时停电的 保护 瘦客户端解决方案，可实现 安全、集中化配置，为每个 PC 、瘦客户端、移动设备 和 用户传送应用程序和内 容 数字化油气田， 井口优化，生 产 优化，斯伦 贝谢 合资，油 气田一 揽子解 决方案 系列 低压变频器 高压变频器 MCC 马达控制中 心 APC 先进控制系统， 用于石化、炼 油行业 R KWEl BestlloT 最佳实践工业物 联 connected production N SOFTWARE- 24 网 open o&M B2MM L pro dML Dashboards IS A88/95 portal Reports IIoT 平 台 一个核心系统： 智能互联 ，数据建模 ，决策分析 Model Reflects The Business t 史 RT 库 管 MES 制造执 行系统 专业的事专业软件 信息孤岛 一化融合 - IT 两化融合 - OT/IT 原有系统不变 不是取代，是增强 数据价值流动 业务协同顺畅 智能工厂 ： 运 营 维度的智能 化 物流、资金流、信息流和业务流，四流无缝集成，协同与敏捷 针对管理人员而言 能源综合管理 设备管理 安防一体化 应急联动 生产操 作 优化 危化品监管 智能巡检 操 作 管理 工艺管理 ERP 系 统 u 订单 u 调度 u 设备 u 电力 u 库存 u 采购 HSE 管 理 u 安防 u 消防 u 周界 u 巡更 u 门禁 u 通讯 OA 系 统 u 人事 u 财务 u 安环 u 网络 u 考勤 u APP DCS 、 SIS 、 DGS 、 F& G 、 LIMS 实验室 信息管 理系统 SPC 质量管 理系统 …… 25 … 智能工厂 ： 运 营 智能化的万 “物”互 联 Customer-legacy, Axeda Installed on gateway device Embedded in Products SDKs ： 云计算 数出一家 , 量出一门 数字化设 计 商 业系统 物（ Thing ）： o 传感器 o 智能资产 o 设备 o CCTV o 装置 o 系统 o 云 o … … 工业连接 Modbus MQTT SNMP OPC-DA Honeywell GE BACNet Allen-Bradley . . . Support 150+ Protocol OPC-UA Siemens LPWAN, NB-IoT, MQTT, CoAp, 边缘计算 AWS IoT 通过与实时数据库应 用、 LIMS 、物料、能 源等其他系统集成， 依据工艺设 计 指标参 数，通过 KPI 规则自 动 能够实现对每个班 组 的操 作 合 格率、平 稳 率、质量合格率、 物 耗、能耗五大率考 核。 实现无纸化办公 避免： 人工经验 手工劳动 数据孤岛 上报不及时 操 作 的 持续改进 智能工厂： 运 营 智能化的操 作 管理、 工艺 管理 操 作 监控 绩效评价 改进提升 指令数据 考核评比 历史 分析数据、 巡检数据 生产班组 交接班数据 运 行数据 操 作 改进 现场数 据 工艺分 析 质量数 据 KPI 27 Pressure Flow Speed Volume pumped Product throughput Operation history Power consumed Related equipment Rating Vibration data Running hours Performance spec Work Orders Spares on hand Maintenance date Purchase date Cost Warranty Manufacturer Engineering specs Batch record Leak test data Lab sample 手册 图纸 巡检 智能工厂： 运 营 智能化的 “物”模型设备管理 统一平 台 ，信息 共享，不是推倒重建，而是增强与扩展 数字双胞胎 统计 报表 查询 报警 诊断 … … Maintenance Management System 设备厂家设备云系统 设备厂家专家系统 ERP, LMS, SQL Database Asset Database Historian Control System/HMI 企 业 务 系 统 及 生 产 系 统 拿 拿 Thing gx “Thing” 模型 数 字 化 模 型 数 字 化 模 型 物 理 设 备 28 厂家 型号 采购日期 维修记录 接线图 返修记录 续保提醒 断货提醒 工作原理 安装手册 调试手册 配线说明 故障手册 知识库 专家库 零配件 智能工厂 ： 运 营 智能化的 “物”模型仪表管理 统一平 台 ，信息 共享，不是推倒重建，而是增强与扩展 数字双胞胎 分类 汇总 统计 报表 查询 报警 诊断 … … 实时数 据 参数设 置 历史数 据 趋势曲 线 在线状 态 故障信 息 报警信 息 故障分 析 巡检记 录 效验记 录 检验报 Maintenance Management System 仪表厂家仪表云系统 仪表厂家专家系统 ERP, LMS, SQL Database Asset Database Historian Cont