化工企业数字工厂顶层设计方案

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化工企业数字化工厂 顶层设计方案 目 录 一、背景与目标 二、顶层规划方案 三、整体解决方案 建设背景与目标 企业都在思考变革 国家战略推动变革 如何转型制造制造？ • ERP 升级 • 智能制造转型 • 打造智能工厂 • 两化融合 • …… 智能制造 工业 4.0 工业 互联网 工业 互联网 新技术驱动变革 信息物理 系统 CPS 数字化 网络化 智能化 人 - 物 - 设备 互联 云计算 大数据 移动互联网 物联网 人工智能 …… 取势—两化融和 - 数字化工厂 - 工业互联网 智能监控及异常预警 智能数据采集 智能数据可视化 PDA 智能终端 系统 条码 /RFID 仪表 视频 设备 DCS/PLC 系统 库存 物流 生产成本 投入产出 质量 SPC 执行进度 生产进度 设备状态 有限能力 监控 短信 电子看板 APP 智能控制策略、模型、算法、大数据 数字工厂核心思想 社交 VR/AR 物联网 移动互联网 智能化 生产 过程 生产 方式 新业态 新模式 管理 服务 装备 产品 智 能 传 感 技 术 自 动 控 制 技 术 计 算 机 网 络 技 术 人 工 智 能 技 术 智 能 装 备 技 术 现 代 管 理 技 术 自 动 化 模 型 化 数 字 化 集 成 化 可 视 化 生 产 过 程 智 能 化 服 务 智 能 化 装 备 和 产 品 智 能 化 管 理 、 决 策 智 能 化 新 业 态 新 模 式 智 能 化 生 产 管 控 设 备 管 理 安 全 环 保 能 源 管 理 …… 为什么建设数字化工厂—新兴技术的推动 为什么建设数字化工厂—企业发展的内在需求 生产 供应链 能源 设备 安 全 与环 保  原料价格波动剧烈  市场需求与产品价格变化频繁  无法有效地评估和衡量供应链 绩效 企业的经营发展过程面临着众多困难，智能工厂的建设迫在眉睫  市场多变，需要灵活、高效、智能 的生产管理方式  生产要求及生产实际状况未能及时 反馈和传递  能源 监管粗放、无法精准识 别节能因素  缺少降本增效的数据支撑  人员安 全 重视程度不 断提高  需要满足绿色低碳的 要求  传统设备管理模式效率低下  设备管理成本居高不下 数字化制造是指将物联网、 大数据、 云计算等新一代信息技术与设计、 生产、 管理、 服务等制造活动的各个环 节融合，具有信息深度自感知、 智慧优化 自决策、 精准控制自执行等功能的先进制造过程、 系统与模式的总称， 具 备以智能工厂为载体， 以关键制造环 节智能化 为核心， 以端到端数据流为 基础、 以网络互连为支撑的四大特征， 可有效缩短产品研制周期、提高生 产效率、提升产品质量、降低资源 能源 消耗，对推动制造业转型升级具有重 要意义。 —— 《国家智能制造标准体系建设指南 (2018 年 版 ) 》 一条主线：新一代信息技术与产品全 生 命周期各 环 节及先进制造技术的深度融 合 两个目的：智能地实现产品，实现智能的产品 三大功能：信息深度自感知、智慧优化自决策、 精 准控制自执行 四个特征：智能制造、关键制造环 节智能化、端 到 端数据流、网络互连 数字化制造的定义 化工企业的四大挑战 企业本质安 全 风险分级管控 隐患排查治理 重大危险源 监 测预警 生产过程安 全 监管 安 全 标准化管理 内外部管理协同 协同办公 O A 流程管理 知识管理 人力资源 移动办公 化工生产业务 上下游产业链 外延并购 品牌建立 工业互联网 产业链协同 生态协同 风险分级管控 隐患排查治理 重大危险源 监 测预警 生产过程安 全 监 管 安 全 标准化管 理 协同办公 流程管理 知识管理 人力资源 移动办公 生产管理 供应链管理 设备管理 能耗管理 质量管理 外延并购 品牌建立 工业互联 产业链协同 生态协同 2 3 4 5 7 1 6 数字化工厂 企业总体设计、工艺流 程及布局建立数字化模 型 自动化投用 自控投用率达到 90 以上， 关键生产环 节实现安 全 连 锁 经营运行管控 建立企业资源 计划系统，实 现企业经营、管理和决策的 智能优化 通信保障 建立企业通信网络架构， 实现各环 节 之间的信息互 联互通。 在线监测监控 建立数据采集和监控系统， 生产工艺数据自动数采率 达到 90 以上 安 全 环 保 与应 急 在安 全 与环 境风险区域实 现自动检测监控，建立在 线应急指挥联动系统 生产运行管控 建立生产执行系统， 生产计划、调度实现 模型控制 8 信息安 全 建设工业信息安 全 管理 制度和技术防护体系 数字化工厂总体目标 顶层规划方案 数字化工厂建设切入：业务场景体现价值 业务场景展现方式一：业务信息流 用（客）户 市场 供应商 物流 数字研发 数字制造 高效：高质量下的极致降本 1 敏捷：缩短新从产品上市周期 2 柔性：支持多型号大批量化生产 3 用户大数据 多级供应商 生产 透明工厂 协同供货 研发 智能车间 需求交互 协同供货 下线直发 信息流 物流 12 ©2020 Perfect Corporation 3 数字化工厂建设过程：数据价值导向驱动 传统的制造领域 扩展数据价值 Level 4 Level 3 Level 2 Level 1 业务应用 （ PLM ERP SCM ...... ） 生产运行控制 （ MOM MES SPC...... ） 设备运行监控 （ SCADA ） 设备层 （ DCS PLC 传感 器 ... ） 车间 1 车间 2 ........ 打通三个方向集成： 纵向：实现 IT/OT 融合 横向：打通全 生 命周期 、全 价 值链信息数据孤 岛 数物融合：实现数 字 / 物 理融合 感知 分析 PDB 决策 执行 产线数字化映射（ Digital Twing ） 综合分析优化 增强现实 AR 外部 从 洞 察 到 行 动 ©2020 Perfect Corporation SCADA 在线趋势监视 生产数据报表 海量数据存储 生产实时预警 工艺流程图浏览 生产数据监视 MES 物联网平台 交互 化工设备 交互  系统价值：数字化设备的链接与通讯，提高数据采集 / 传递效率，为工厂管理人员提供生产实时预警、生产数据监视、 在线趋势分析、工艺流程浏览、生产数据报表、海量数据存储功能，支持管理人员快速决策； SCADA 系统 工艺 设计 配方 设计 计划 & 派发 生产 执行 审批 & 放行 分析 满足生产、质量、仓储、设备 各岗位用户的需要 数字化工厂覆盖产品生产全 生 命周期管理 设计理念—数据集成与流转 数字化研发 数字化生产 数字化调度 数字化能源 数字化质控 数字化仓储 数字化物流 数字化供应链 数字化客户 数字化办公 数字化安环 数字化应急 数字化绩效 工厂建模数据 能源 建模数 据 质控建模数据 设备建模数据 供应商管理 数据 客户管理数据 用户管理数据 权限管理数据 规则管理数据 ..... . 数字化资产 数字化设备 数数字字化化 仿仿真真 数据上传 数 据 总 线 数据上传 数据下载 数据上 传 数据分析 数据决策 数据挖掘 基于工业互联网标识解析体系 物料建模数据 工艺建模数据 数据清洗 高效产品制造模式 智慧企业模式 创新商业模式 物联网技术 数据挖掘 仿真技术 化 工 工 艺 生产管理 质量管理 能源 管理 设备管理 安 全 管理 成本管理 生产有序 提升质量 降低能耗 设备可靠 本质安 全 降低成本 生 产 工 艺 商业智能 供应链管理 生产执行管理 DCS PL C 云计算 人工智能 九大核心价值之一 技术、产品、业务深度融合，打造化工工业升级 生 产 调 度 中 心 计 划 与 执 行 原材料采购、库存、耗用台账 成品产量、库存、出厂台账 半成品产量、库存、出厂台账 能耗台账 技 术 与 保 设备运行状态 生产工艺执行情况 采购计划调整 成品生产计划调整 半成品生产计划调整 监控预测与优化调度 经济维护确保 设备可靠、安全 工艺、配方改进 质量控制与追溯 指标调整与优化 集中、灵活的生产调度，优化生产资源配置，确保 生产计划 完 成 九大核心价值之二 通过“坚强的”数据采集平台，掌握全 面生产 情况 PLC/ DCS 工艺参数 能源 管理 能耗数据 质量检测 样品 / 质量数 据 产量进度 物料 / 产量数 据 安 全 环 保 安 全 / 环 保 数 据 工 设 计 产 质 能 物 安 艺 备 划 量 量 耗 耗 环 监 监 监 监 监 监 监 监 控 控 控 控 控 控 控 控 生产过程 可视化监控 工序 1 产量统计 质量检测 DCS/PLC 工艺参数 物料消耗 能源消耗 设备 状态 工序 n 产量统计 质量检测 设备状态 DCS/PLC 工艺参数 物料消耗 能源消耗 … … 九大核心价值之三 实现质量事件的过程追溯，为质量优化提升提供支撑 数据中心 九大核心价值之四 能耗指标 设备指标 数据支撑 质量结果 原因分析 控制测定 质量分析 质量抽查 质量事件 质量事件 原因分析 设备原因 材料原因 人员因素 工艺情况 质量事件参数情况 质量事件工况 发生的时间 能耗优化 工艺优化 设备运行优化 管理改进 原因追溯 优化提升 故障与数据关联 性分析 故障概率分析 结果 设备数据分析 结构化数据 运行数据 气象信息 缺陷报告 试验数据 投运信息 非结构化数据 图片 视频流 基于设备实时，实现设备故障诊断识别 九大核心价值之五 优化能源 、节能 减排 • 智能化测量 • 智能化采样、制样、化验 • 智能化结算 • 电子招标与采购，降低运输成本 • 实时监测设备能耗与高能耗设备 • 能源使用过程各环 节 平衡分析 • 动态的反应企业用能情况 能源 供 应 能源 生产 消费 √ 能源 质量与数 量 √ 能耗实时监测 煤炭电 商 煤矿 经销商 物流公 司 银行 用煤企 业 √ 诊断优化 • 智能化的能耗分析，性能优化分析。 • 指导生产人员优化能源使用效率 • 历史寻优，大数据分析。 能效诊断 能效分析 √ 智能化分析 • 能效对标。 • 能效统计分析。 • 能效标准提升。 标准 优化 结论 指 导 体系 方法 评估 建 议 九大核心价值之六 数据源 工艺数据 设备数据 生产数据 质量数据 能耗数据 安 全 数据 …… 形成大数据中心，支撑辅助决策 数据获取 数据管理 数据使用 数据集市 O LA P 数据挖掘 数据迁移 数据仓库 抽取 转化 过滤 加载 数据转换 即时查询 多维分析 数据挖掘 Portal 报表 信息展现 W eb 用 户 移动用户 O LAP 用 户 三维用户 仿真用户 业务用户 数据监视 九大核心价值之七 重大危险源 监 测预警 接入重大危险源 企业的实时监控视频 和 安 全 参数等实时数据，实现动态监 管、 自动预警 采集企业非实时数据，形成“一园一档”、 “一人一档”、 “一企一档”、 “一设备一 档” ，提高精细化监管水平 基于对园区、企业、装置的数字孪生， 实现监测和预警的可视化管理 支持动态预警、风险分布、在线巡查 和 监管反馈、安 全 承诺等企业本质安 全 重 点应用 九大核心价值之八 安 全 风险综合分析与研判 重大事故风险评估 RBI 设备风险评 估 系统风险评估 系统能够为企业工艺研发、工艺风险评估、工艺风 险管控的系统分析、数据解析提供在线服务，为企 业工艺安 全 技术管理及体系建设提供 帮助。 HAZOP 工艺风险评 估  池火灾  蒸气云爆炸  沸腾液体扩展蒸汽爆炸  喷射火灾  凝聚相含能材料爆炸  压力容器物理爆炸  有毒有害物质泄漏扩散  水体污染扩散模拟  ……  设备风险分析为基础  固有风险、潜在风险、事故后果  定性分析、定量 / 半定量分析  风险等级划分，发现主要问题和薄弱环节  制定针对性检测计划，提出对策  基于可靠性的维修分析 （ RCM ）  设备的安 全 完整性等级 评估（ SIL ）  可靠性， 可用性和可 维 护性分析（ RAM ）  LOPA 风险评估  QRA 定量风险评价  设备运行状态分析  设备故障分析  设备缺陷分析  完整性策略分析  …… 九大核心价值之九 整体解决方案 数字化研发 项目与产品组合管理 阶段关卡 产品组合 管理 产品创新 管理 成本管理 产品数据管理 数据模型 版本管理 设计 BOM 供应商协 同 工作流 管理 标签管理 类别管理 规范 包装管理 数字资产（结构、设计 图 ) 实验 迭代 配比工具 优化 提前确保 合规 数 字 化 生 产 生 产 配 方 编 码 质量设计管理 方法 知识 质 量 标 准  基于配方的产品生命周期管理  基于工业互联网标识解析体系定义标签规则 数字化仿真 通用模型库 设备模型库 零件模型库 建筑模型库 工艺模型库 仿真工具包 展示交互层 基础建模层 产品建模 业务应用层 常规交互 三维可视化 虚拟现实 工厂建模 工艺建模 知识库 规 划 类 工艺规划 物流规划 布局规划 管 理 类 文档管理 流程管理 协同管理 质 量 类 参数分析 检测仿真 工艺优化 生 产 类 生产仿真 布局仿真 人机工程 包装仿真 机器人 安 全 管理 分析层 计划层 业务层 核算层 启业云平台 资产战略规划与绩效分析 BPM 资产配置计划 采购计划 调剂计划 维修计划 供应商管理 招投标管理 价格管理 合同管理 采购管理 库存管理 控制 人力资源 管理 项目管理 安 装 调试 维修管理 工单管理 日历管理 工作清场 文档管理 排程管理 维修成本 缺陷故障 点巡检 资产维修维护管理 出库 申请管理 领用、借用 资产租赁 资产调拨 资产盘点 资产出售 资产报废 资产保险 资产抵押 ...... 资产实物管理 资产核算（固定资产管理） 资产档案一致、统一数据模型、统一树结构 ...... 存货核算 应收、应付、 网上报销 流程配置 核销 现金流管理平台 凭 证 动 态 会 计 平 台 凭 证 凭 证 凭 证 成本管理 总账 报表 工作流平台、审批流平台、预警平台、系统配置平台、数据交互平台、动态建模工具等 入库 数字化资产 数字化生产—业务架构 生产优化 智能决策 安 全 研判 能效提升 调度计划 调度指令 应急指挥 … … 交接班管理 开停工 生产调度 生产跟踪 调度可视 化 异常处置 生产监视 计划编制 生产计划 计划发布 计划跟踪 数字化 供应链 数字化 工艺 数字化 设备 数字化 质控 数字化 绩效 数字化 安 环 数字化 物流 实时数据 数字化仓储 数字化能源 决策支持 生产信息 生产信息 决策支持 决策支持 生产信息 数字化 计量 计划约束 计划反馈 调度指令下达 操作管理 操作监控 操作指 令 执行结果反馈 操作指令下达 执行结果反馈 安元工业互联网 qPaaS 平 台 数字化生产—工艺管理 工艺管理关注生产过程中工艺参数和操作规程，通过对这些方面的管控和优化达到“提高台时率，发挥 最 大产能”的作用。同时还关注工艺、能耗、设备参数、生产计划等。系统能够对于工艺基础、工艺过程、 工 艺分析、工艺考核进行一体化管理。 工艺基础  配方管理  工艺标准  工艺台帐  工艺路线  操作规程 工艺过程  工艺监视  工艺变更  工艺优化 工艺分析  工艺指标分析  工艺告警分析  工艺变更分析  工艺平稳度分析 工艺考核  工艺执行统计  工艺执行报告  工艺执行考核 数字化生产—物料平衡 建立涵盖整个厂区生产工艺流 程的物料平衡模型，通过物料平衡 模型，实现全 厂物料 日平衡计算。 平衡计算的结果，作为各类生产统 计报表、以及装置投入产出、产品 收率、装置转化率、原料单耗、装 置加工损失、储运损失等指标计算 的依据。 系统内置强大的物料平衡计算 算法，提供图形化平衡展示工具， 支持单装置、单物料、多装置及全 厂的物料平衡。 信息编码管理 平衡模型配置 物料平衡计算 （每日） 生产信息查询 平台 物料路由开关 信息维护 手动位号信息 维护 装置物料生产 信息维护 罐运行信息 维护 信息编码管理 平衡报表 生产日报 数字化生产—生产概览 通过生产概览，让生产管理人员 实时掌握当日的产品产量、能源消耗、 关键指标的趋势、异常情况、主要生 产情况、以及主要设备的运行情况， 从而为生产管理人员提供管理支撑， 做到生产“一目了然”。 生产概览 > 产品产量； > 能源消耗； > 关键参数趋势； > 异常情况； > 主要生产情况； > 主要设备运行情况； 系统数据 数字化生产—设备状态分析 通过数据采集，进行全 方 位监视 设备实时 / 历史运行状态，统计分析 启 停记录、参数越限记录，通过定位、 再现异常时间段的生产过程及相关参 数越限趋势，为设备检修提供决策依 据，指导设备“按需检修”。 设备状态分析  工艺参数监测数据  运行、停运时间统计  启停次数统计  越限数据分析  设备可靠性分析 数字化生产—异常告警 阈值配置  根据设备类型 / 设备人工配置  智能阈值配置 告警推送  短信、站内通知、邮件、声光  告警逐级推送  告警分级推送 告警处理闭环  告警生成工单  告警复归验证 数字化设备—全 生 命周期管理 工厂数字化关键业务场景：设备管理 赋能企业设备高效管理，形成运维业务的全场景闭环 ©2020 Perf