石化化工行业数字化基础设施转型需求、举措及成效分析

数据为核心，数字化基础设施夯实转型基础。

1.转型需求分析

数字化基础设施既是连接企业生产制造物理世界与数 字世界的桥梁，也是数字化的重要载体和依托。在数字时代， 数据驱动企业洞察未来趋势和模式，并对可能未来事件做出 预测和应对。随着对数据要素驱动的生存能力日益重视，对 数字化基础设施建设的迫切性也日益显著，主要体现在如下 方面：

对采集对象的实时性、全面化需求不断增强。采集对象 的实时性和全面性越高，挖掘模式和预测未来的准确性越高。 数据采集普遍是石化化工行业企业的痛点和难点，一方面老 设备、哑设备、旧设备种类繁多、协议互不兼容、数量庞大， 工艺复杂采集指标集合异构、采集方式和实时性要求各不相 同，为采集带来困难；一方面上一轮工业革命中诞生的信息 化系统如 ERP、CRM、PDM、MES 等各自产生大量数据， 信息孤岛特征日益显著，严重制约数据按需快速流动，为数 据汇聚带来困难。

对过程控制的精准性、实时性需求不断增强。石化化工 生产工艺环节多流程长，过程参数关联紧密依赖性高，因此 控制的精准性、实时性越高，工艺优化能力越强，产品质量 和生产效率越高。不同于离散行业，石化化工行业具有数据 体量大、种类多等特点，如何从中快速建立运行和运营的准确状态，形成决策输出控制指令，提高生产效率，已成为企 业转型过程中高度关注的问题。

对计算分析的便捷性、灵活性需求不断增强。我国石化 化工行业经过几十年发展，积累了大量工艺技术、实践经验 和专家知识，是计算分析石化化工生产过程的理论基础。目 前，这些知识大多体现为各个系统的规则集合，碎片化现象 严重，加之壁垒重重的信息化系统，严重阻碍了计算分析的 便捷性、灵活性。如何推动石化化工工艺知识沉淀为机理模 型、业务模型、算法模型等，在工艺优化、质量优化、节能 减碳等场景便捷、灵活的共享复用，提高企业计算分析水平， 是数字化转型是否成功的关键核心。

2.转型举措及成效

数字化基础设施建设支撑数据互联与分析

①内外网络改造增强全要素互联互通能力

某企业按照装置控制、生产管理、经营管理等层次开展 内外网改造，可有效增强生产全要素的互联互通能力，为数 据采集和汇聚提供实现路径。

在装置控制层，大量采用智能仪表，通过各种电、气、 液动阀门、变频器等元器件控制，采用 OPC、Modbus 等接 口方式进行采集。建设 5G 融合专网、工业 4G 无线专网、 NB-IOT 基站、物联网等实现园区全覆盖，对于距离较远的 仪表，采用 DTU 无线采集方式，对于无法接入 DCS 的仪表，采用有线 RTU 方式采集。

在生产管理层，打造办公网、生产网、视频监控网等网 络安全域，通过核心层与汇聚层双点双线互联，为企业各数 据传输系统提供高效、快速的数据服务，实现数据资源的共 享化、协同化和服务化。在经营管理层，通过租赁联通、移 动、电信公司等多个运营商的网络，形成双链路互联网出口， 提高了整体可用性。

在安全防护方面，将网络划分为互联网出口区域、DMZ 区域、内网核心及办公区域、服务器区域，分别部署了防火 墙、IPS、IDS、流量控制器等安全设备，并采用不同级别的 安全策略和措施，做到区域隔离，纵深防御，同时防火墙设 备、负载均衡设备均采用双机热备方式，提高了整体的可用 性和安全性。

②私有云、公有云保障计算存储供给能力

在建设私有云方面，普遍建设同城双活数据中心机房， 建设并完善融合通信、视频监控、4G 专网及企业服务总线、 中央数据库、单点登录、信息安全管控等软硬件及相关系统， 建设统一运维平台，利用云平台技术实现对软硬件资源的实 时分配和监控，并建立了数据异地备份系统，实时备份公司 业务系统的重要数据，保障系统的稳定运行。

部分企业秉持适度超前理念，以同城双活数据中心为中 心，积极引入公有云建设异地容灾数据中心、公有云中心，各中心通过电信级高可用物理专线互联，构成专有混合云架 构，服务于全集团产业链信息化系统，保障系统稳定运行， 实现业务系统高可用。

③工业互联网平台建设提高计算分析水平

在数据驱动下，数字化转型必然向数据挖掘、智能分析 优化流程等更深层次应用发力。通过建设工业互联网平台， 强化数据驱动核心逻辑、推动数据要素不断释放潜力成为提 高计算分析水平的重心。

在数据汇聚方面，建立完善的实时数据库系统，实现 DCS 系统、SIS 系统、电力系统、火灾系统、气体报警系统 等数据的采集入库，实现所有生产数据完整、全面地从现场 直接进入数据库；建立生产运营企业级中央数据库（ODS）， 集成 MES、LIMS、ERP 等核心系统数据，为调度指挥、大 数据分析、企业统一工厂模型等应用提供数据支撑。

在数据融合方面，依托工业互联网平台实现各工业软件 的集成与数据融合，建立以 MES 为中心的生产制造平台，集 成整合物料移动、生产平衡、生产统计和能耗管理等业务模 块信息系统；建立以 ERP 为核心的运营管理平台，集成整合 财务会计/管理会计/资金管理模块、生产计划和控制、物料管 理、销售和分销、物资管理、工厂维护、项目管理等业务模 块的信息化系统。通过数据集成与整合，建立覆盖生产、运 营全流程的一体化优化能力，提高了数据分析频度，将事后总结变为事中控制、事前预防，将价值数据的表象钻取挖掘， 并基于反馈优化生产执行动作，发掘影响价值的根源，实现 预测分析、滚动分析，全面支撑业务改进和生产经营决策。

在数据分析方面，依托工业互联网平台搭建大数据分析、 智能化分析能力，搭建高精度算法模型提高数据价值挖掘的 能力。如某炼化企业以机理模型为基础，结合数据接口技术， 构建包含常减压、连续重整、催化裂化、渣油加氢、延迟焦 化等装置机理模型的在线实时仿真系统，通过系统能对装置 模型进行仿真测试，实时反映仿真数据与实际生产之间的偏 差，实时感知全流程物性变化，验证模型准确性。河南心连 心将采集的产品产量及煤炭、电、蒸汽等能源消耗数据，通 过大数据分析进行分类、整理、分析，以表格、趋势图、柱 状图等形式展现能源指标差异情况、能源消耗及单耗变化趋 势，辅助管理人员查找能源消耗异常原因，为能源利用效率 提升提供数据支撑。

在计算分析方面，充分发挥工业互联网“云网边端”协同 联动优势，推进边缘计算、边缘智能、云边协同能力建设， 提高计算分析的实时性与灵活性。如某企业依托 5G 基站部 署边缘存储设备，实现数据采集、智能化识别、定位、监控 和管理，搭建了 5G 融合专网+5G 边缘计算与工业互联网融 合的总体架构。

2.数据驱动助力构建数字孪生体

数据驱动可赋能企业对海量异构数据的快速分析和实 时反馈，助力构建各个层次的数字孪生体。

①装置/设备数字孪生智能体

围绕设备运行指标动态趋势分析进行研究，建设关键设 备的健康诊断模型。通过分析各个指标的相关性，得出设备 关键指标理想状态曲线，形成理想状态值，并与实际运行值 进行实时对比，差值超过限值进行预警提醒。某企业利用关 键设备的故障维修信息和设计知识等，对核心设备分析，设 备故障模式信息识别等环节，利用单性能的退化建模与故障 诊断方法和多性能的退化建模与故障诊断方法对关键设备 信号进行处理，得出各关键数据的高限、高高限、低限、低 低限、偏差、速率等报警参数。

②工艺仿真

基于数字化炼厂虚拟现实环境与操作员仿真培训技术 进行有机融合，基于工艺动态仿真模型（化工过程机理）、 控制系统仿真模型（DCS、SIS 等）、现场操作仿真模型（三 维仿真界面）、操作指导评价模型、仿真操作训练项目等， 研发员工虚拟现实仿真培训系统，实现装置开车、停车、事 故处理、应急演练等训练内容的实时、动态、交互式、沉浸 式培训，最大化三维场景模型的资源利用效率，有效提升员 工的生产和安全技能培训水平。

③产品数字化设计

双星轮胎等企业实施 PLM、CAITA 管理软件实现轮胎 设计、轮胎性能仿真、实验验证软件管理全覆盖和设计全部 软件化，并且与生产管理软件 MES 以及实验室质检（LIMS） 等实现集成，实现研发、生产和质检的互联互通，包括基于 平台的孪生性设计，遵循行业先进的模块化架构，以最少的 排列组合方式实现产品多样性的设计，实现高效设计。

④数字化交付

某炼化企业以 1#POX、渣油加氢装置为试点，按照正向 建模的方式，通过全过程、全专业的数字化交付，正向建模 同步形成数字化工厂，实现数字工厂与物理工厂同步建设、 同步交付。通过“虚拟工厂”与“物理工厂”之间的交互，使设 备特性参数、工艺参数可视化有机地联系起来，为设备、生 产、安全环保的业务三维应用提供数据支撑和可视化环境， 使方案全景模拟成为可能。

某炼化企业结合数字孪生技术，以渣加、烷基化、生物 航煤三个装置为试点，在交付图纸的同时交付对应管线的 IDF/PCF 文件；施工单位据此制作满足施工需求的轴测图纸； 以经过施工二次设计的三维模型为空间基础，将设计数据应 用于施工管理全过程，形成一套完整的管道施工全生命周期 可视化管理体系，对设计参数、施工数据等信息，做到实时 入库、颗粒归仓、实时查询，为运营期的管线检测奠定基础，实现设计方、施工方无缝衔接，协同开展管道施工管理和实 施工作。