導 讀

歐美等國家在國際金融危機的沖擊下，制造產業優勢逐漸喪失，失業率不斷上升，多個發達國家采取了一系列措施推動制造業轉型升級。德國以其強大的工業自動化基礎為核心，提出了工業4.0戰略。美國大力發展工業互聯網，實現了“人?機?腦”三位一體的縱向融通。我國各級有關部門都高度重視工業互聯網發展，通過頒布多項政策助力企業進行數字化轉型、智能化制造，從而賦能大、中、小企業。根據2020年中國工業互聯網產業經濟發展白皮書，2019年，我國工業互聯網增加值規模達3.41萬億元，名義增速達22.14%，占GDP的比重為3.44%；2020年，工業互聯網產業增加值規模達3.78萬億元，占GDP的比重升高至3.63%。

我國各區域重視工業互聯網產業發展，工業互聯網產業增加值占GDP比重均超過3.2%，2019年增速均超過18%，如圖1、圖2所示。據統計，截至目前，我國工業互聯網平臺已超過100家，工業App數量超過59萬。

石油化工行業是國民經濟發展的血液命脈，起到了關鍵支撐作用，在2019年，我國石油表觀消費量達到了6.96億噸，價值近3000億美元，石化行業市場潛力及發展空間巨大。然而，在“雙碳”背景下，化石能源有被逐步替代的趨勢，石油化工行業正面臨著前所未有的轉型壓力，國內外石化企業都已將“數字化轉型”作為企業的重要戰略之一，發展工業互聯網平臺成為了越來越多石化企業的必然選擇，這也將為企業帶來巨大的效益和長遠的發展。

石油化工行業發展現狀

石油化工行業通過常減壓蒸餾、催化煉化、焦化重整等一系列復雜工藝手段把原油加工成為多種石油產品及化工原料，如原油通過脫鹽、常壓、減壓蒸餾、加氫催化等多種方式加工生產出石腦油、汽油、煤油、柴油、芳烴、瀝青、焦炭等各種石油化工基礎原料。我國建國初期面臨著石油進口困難、煉油工藝落后等特點，導致無法產出合適的成品油。20世紀60年代，隨著以“五朵金花”為代表的技術發展，我國煉油技術取得了重大突破。在建國初期，我國每年僅可以加工12萬噸的原油。經過50多年的研究與攻堅，我國石油化工煉化生產水平取得了翻天覆地的變化。2019年全國煉油總產能已高達8.63億噸/年，煉油能力排名世界第二，但同時也面臨著過剩產能提高至約1.2億噸/年的問題，因此我國石油化工行業整體面臨轉型升級的諸多挑戰。

在石油化工行業的上游，也就是原料方面，我國原油依賴進口，所以石油化工成本壓縮難度較大。二十一世紀以來我國經濟保持增長快速趨勢，我國原油開采量難以滿足對石油加工產品日益增長的需求。從2016年到2019年，我國原油進口量從38101萬噸增長至50572噸，我國原油進口量占消費量的比重從2016年的68%升至2019年的75%，成為了最大的原油進口國，如圖3所示。伴隨著供需關系、政治戰爭、突發事件等各類因素，全球油價長期波動，加大了石油化工成本控制的難度。

在石油化工行業的中游，也就是石化裝置方面，我國石化行業面臨大而不強的問題。盡管2019年煉油總產能已高達8.63億噸/年，但生成高附加值產品能力不高，裝置管理、工藝管理數字化程度不夠高，沒有形成對裝置、工藝等的高效利用。核心控制系統、優化平臺高度依賴進口。人工智能、大數據、云計算、物聯網等信息技術沒有在裝置上得到充分應用。同時煉廠煉油產品需求變化倒逼煉廠降低煉油成本，企業正在向煉化一體化方向轉型，這將進一步加大中小型煉廠的生存壓力。為應對這一挑戰，各省市頒發各項政策，如山東省《關于加快七大高耗能行業高質量發展的實施方案》指出了具體目標，對石油煉化行業提出了發展規劃，到2022年和2025年，分兩步實現300萬噸及以下和500萬噸及以下的煉油產能整合轉移。此外在石油煉制和石油化工環節，會產生SO2、NOx、VOCs、PAHs、工業廢水、廢催化劑和廢吸附劑等污染物，相關污染物的控制和監測手段還有待提高。

在石油化工行業的下游，也就是石化產品方面，在電動革命和低碳革命的推動下，作為煉油行業主要產品，成品油的需求將達到峰值，據中石化經濟技術研究院統計和預測，我國柴油需求已在2016年達到峰值，汽油和煤油的需求也緊隨其后，即將于2025年、2045年分別達到峰值。基于此，很多煉油企業提出由生產煉油產品向生產化工基礎產品轉型的技術轉型路線，由于羊群效應，化工基礎產品三烯、三苯的市場也即將出現部分飽和現象。

綜合來看，當前我國石油化工行業的發展中，上、中、下游均面臨嚴峻的挑戰及危機，主要包括上游原油成本不可控、中游裝置效率及國產化水平不高、下游產品結構和產業布局不合理等問題。隨著國際市場競爭加劇，環保監管日益嚴格，石油化工行業為了滿足新政策和新形勢下的新要求，企業亟須通過新一代信息技術手段，實現降本增效、上、下游產業鏈整合、智慧決策等新型企業戰略。據相關機構估測，現階段的工業互聯網技術已在石化產業產生積極效果，針對上游成本不可控問題，工業互聯網可以幫助減少物耗成本4%，減少人員成本20%；針對中游裝置效率不高問題，工業互聯網可以實現降低安全事件率14.5%，減少排產時間30%；針對下游產業結構布局問題，工業互聯網可以達到需求預測準確率大于75%，提升事件響應率10%。隨著工業互聯網應用范圍拓展和技術水平不斷提高，將對推動石化行業轉型發展產生更為深遠作用。因此，中石油、中石化、中海油等國內大型石油化工企業，在近期也將“數字化轉型”擺上戰略高度，發展工業互聯網已成為石油化工行業的重要戰略選擇。

工業互聯網在石油化工行業應用現狀

“工業互聯網”的概念最早由GE公司提出，將勞動、土地、資本、信息等生產要素與各環節貫通互聯，運用新一代信息技術手段的縱向支撐，同時融合人的意愿，實現人、機、物各生產要素間的全面協同。工業互聯網主要由網絡、平臺、安全三大體系構成，基于以上體系，本文提出了石油化工行業的工業互聯網框架及邊界，如圖4所示。

石油化工行業工業互聯網框架主要由網絡和設備層、邊緣層、IaaS層、平臺層（工業PaaS）、應用層（工業SaaS）以及石油化工企業解決方案組成。網絡和設備層主要提供傳感環境、網絡等基礎保障保障，包括傳感器、控制器、工業級芯片、智能機床、工業機器人、工業以太網等，代表企業有思科、中興、華為、通信運營商等。邊緣層主要提供設備接入、協議解析、邊緣數據處理等，代表企業有中國移動、華為、樹根互聯等。IaaS層主要通過虛擬化技術將網絡、計算、存儲等資源集合在一起，虛擬化為資源池，支撐上層平臺服務和工業應用的運行，從而實現資源充分利用。基于虛擬化、分布式存儲、并行計算、負載調度等技術，實現網絡、計算、存儲等計算機資源的池化管理，根據需求進行彈性分配，并確保資源使用的安全與隔離，為用戶提供云基礎設施服務，代表企業有浪潮、阿里云等。平臺層，也稱為工業PaaS層，由通用服務平臺、協同技術平臺、信息交易平臺、工具集成平臺組成，其中通用服務平臺包括開發工具、服務接入、資源調度、統一運營運維；協同技術平臺包括面向石油化工行業的大數據分析、物聯網、機器學習、GIS服務等；信息交易平臺主要包括工廠模型、交易預測、生產檢測、機理模型在線交易及彈性使用；工具集成平臺主要包括可視化分析、開發者中心。應用層，也稱為工業SaaS層，面向石油化工行業，為企業提供煉油技術分析、工藝遠程診斷、設備遠程診斷等能力和服務，包括設計類、仿真類、生產類、管理類等行業級App，同時通過微服務組件等支持企業上層應用。最終面向石油化工企業形成一批行業級解決方案，包括智能工廠、智能油氣田、智能研究院、數字化工程、智能物流、智能加油站服務等。

埃森哲與世界經濟論壇發布《數字化轉型倡議：油氣行業白皮書》，預計在2016年到2025年的十年間，通過運用數字化手段可以帶動石油化工及天然氣行業1.58萬億美元的經濟增加值。

全球知名石油化工企業大力發展先進技術，與傳統產業深度融合，實現以邊緣層設備物聯為基礎，嵌入工業模型與機理，通過大數據、物聯網平臺支撐上層石油化工軟件應用的工業互聯網體系。石油巨頭BP公司通過一系列數字化轉型舉措，將邊端傳感器數據與模型分析相結合以優化產量，實現降本增效并收獲數十億美元；通過數字孿生技術，模擬生產設備在虛擬空間的映射，反映相對應實體的全生命周期過程，到2018年BP基準產量每天提高了19000桶；同時BP公司研究的檢修機器人采用了履帶式結構，定位損害及腐蝕的區域并進行維修，降低人員維護成本的同時提高了安全性。挪威國家石油公司按計劃在4年內，投資建設多個數字化中心，通過數據分析和數據共享驅動商業化進程并支撐管理決策，比如與微軟合作創建了Omnia數據平臺，整合了公司多個業務系統數據，實現了基于平臺的預測性維護和生產優化，使得員工可以對運營數據、油井數據等便捷地進行訪問。荷蘭皇家殼牌與微軟公司合作實現了油氣現場生產作業安全管理、設備預測性維護等領域人工智能的應用，目前殼牌已經使用了47個人工智能應用程序，實現生產優化，提高了效率并減少排放。埃克森美孚基于過去幾十年在行業內的累積，打造了一套數字化、智能化的工業互聯感知體系，通過邊端采集數據以及數據分析算法，對其分散在世界范圍內的煉廠和化工廠、石油流量等多源異構數據和信息進行監測，打造了數字平臺和在線油液監測系統服務，實現對上游生產活動的改善。

目前，我國工業互聯網在石油化工領域已經有了初步的發展應用。以少部分大型石油化工企業為典型應用，已逐步建成了企業級工業互聯網平臺。這些大型企業具有較完備的基礎設施可實現設備互聯互通，同時具備良好的信息化、數字化建設能力與資源。我國以中石化、中石油、中海油為主的多元石油化工企業持續推進工業互聯網建設，目前已經呈現群雄并起的局面。其中，比較出眾的是中國石化盈科公司，作為國內石油化工行業工業互聯網領域的龍頭企業，石化盈科深耕于企業信息化、智能化轉型升級，最新發布的石油化工工業互聯網平臺ProMace3.0，實現了新一代信息通信技術與石化行業在工業機理層面、業務拓展層面、管理決策層面的全面融合。通過工業物聯網、工業數字化、工業大數據、人工智能四大核心引擎，打造技術中臺、數據中臺、業務中臺三大中臺，實現工業云管控、集中集成、安全防護等7項平臺解決方案。未來石化盈科將進一步完善邊緣側數據互聯互通以及數據治理、數據安全防護等技術，通過數據挖掘深入分析數據價值和規律，以此帶動整個技術產品和服務的創新，并不斷拓展市場。中國石油目前正著手創建工業互聯網平臺，以面向石油石化行業的開發環境為基礎，通過大數據存儲、接入、整合及分析，融合工業技術原理、行業知識、專家經驗、生產工藝，實現仿真設計、工藝優化、設備運行優化等專業領域應用。中國海油也正加快推進油田無人平臺、岸電電源、智慧零售等“工業互聯網+智能制造”的發展模式，通過工業互聯網保持公司核心競爭力并提高盈利能力。

在新形勢下，工業互聯網在石油化工行業的發展中仍面臨一些問題與挑戰。一是企業技術整合能力還存在提升空間，由于石油化工行業上下游產業鏈較長且技術壁壘較高，自主可控的工業互聯網行業平臺軟件和面向關鍵領域的化工軟件成為了兩化融合中亟待解決的問題之一，2019年我國工業軟件市場規模為1680億元，僅占全球總量的5.73%。在工業機理模型構建、數據挖掘、數據標識解析等方面仍需進一步提升技術能力，同時仍然缺乏石油化工與信息技術復合型人才。二是數據應用分析能力尚且不足，雖然石油化工行業已具備一定信息化基礎，大部分企業已具備生產系統、運營管理系統等信息化系統，但不同系統的數據規范與口徑存在差異，數據孤島成為了一種普遍現象。數據采集困難、數據標準缺失、數據融合不足、數據分析薄弱等一系列問題有待解決。三是行業安全規范體系仍待建立，主要包括工業互聯網平臺安全以及石油化工行業生產安全。工業互聯網的安全體系和標準還沒有融入石化行業，未來需要通過設備安全、控制安全、網絡安全、平臺安全、數據安全以及應用安全賦能行業生產安全、人員安全、原材料安全。四是產業生態環境融通還要加強，需要集中社會多方力量，持續發展石油化工行業工業互聯網。目前仍然缺乏面向細分領域共性問題的行業整體解決方案，企業級平臺只能點狀解決特定場景的特定問題，大部分中小企業還缺乏創新探索能力。

工業互聯網在石油化工行業應用展望

工業互聯網不僅是石油化工行業數字化轉型和創新發展的助推器，更是石油化工行業與工業互聯網融合的新挑戰。不斷完善建設工業互聯網網絡、平臺、安全體系，可以顯著提升石油化工行業創新能力和效率，賦能行業新發展，助力實現制造強國目標，具有重要而現實的意義。《智能制造八大投資熱點市場規模預測》報告顯示，2020年石油化工行業在智能制造領域發展處于領先地位，未來這一領域的轉型升級，有望帶動千億級別的市場規模。基于目前工業互聯網在石油化工行業的發展現狀，未來這一領域在核心技術、數據分析、行業生態、安全體系方面的發展空間仍然十分廣闊。

一是加強核心技術創新。促進石油化工和工業互聯網的技術融合，打造化工與信息化的復合型人才培訓體系，以化工技術、數據資源、算法應用等為核心，實現在交叉領域的系統性突破。加快石油化工行業App開發利用，針對共性問題形成面向石油化工的行業解決方案。通過建立煉化裝置運行狀態監測平臺、遠程故障診斷模型、設備預測性維護模型，延長裝置使用壽命節約維護成本；通過建立煉化工藝流程模擬優化模型、延遲焦化模型、裂化重整模型等，提高石油煉化生產效率；通過建立原油供應鏈均衡協調模型、成本和風險分析模型、生產計劃和管理調度模型等，實現上、下、游產業鏈協同；通過建立危險監測和預警模型，火災爆炸現場診斷模型、應急管理調度模型等，實現科學安全管理構建。比如，燕山石化通過建立模型，對煉化裝置流量控制閥進行模型預警和分析，實現預測性維護，據預測可以降低無效維修50%以上，創造直接經濟效益近5000萬元。

二是加強底層數據分析。基于企業已部署的各類設備，形成面向石油化工行業的數據標準、指標體系、數據治理方法和工具，通過深入挖掘數據價值實現企業數據的資產化、服務化、業務化。主要方法包括圍繞組織、設備、資產、供應商、客戶等管理對象制定多元數據采集、存儲、融合、應用規范；提高邊緣數據采集能力，利用多種采集手段，打通石油開采、運輸、煉化、銷售全鏈條的數據通道，實現對設備、人員、管理的全面感知；通過機器學習和深度學習算法，提升設備、生產、管理的自動化水平，賦能企業生產經營管理。比如，中油工業互聯網平臺通過機器學習和知識圖譜技術，將設備歷史故障、維修信息、工況數據，與故障診斷知識庫等進行分析，結合專家診斷和遠程維修指導，預計可以實現50%以上的設備故障問題遠程解決。

三是固化安全體系防線。構建從控制安全、基礎設施安全到應用安全的石化行業工業互聯網安全體系和標準規范。如在邊緣側研發制造智能傳感器，實現生產設備安全生命周期的實時監測、遠程故障診斷和預測性防護措施；開發自主可控的儀表系統，實現面向工藝過程、儀表參數、泄露監測等數據的在線監測；打造工業仿真模擬軟件，實現針對火災、爆炸、泄漏、腐蝕等危險場景的模擬演練預警。逐漸完善面向石油化工企業、工控安全集成商、平臺建設企業的工業互聯網安全技術標準體系，同時落實“工業互聯網+安全生產”，積極引導面向石化領域的工業互聯網安全技術研發、成果轉化和產品服務創新，提升安全技術的支撐保障，為發展保安全，以安全促發展。比如中國石化通過生產安全監控、管道智能巡檢等基于工業互聯網平臺的安全生產建設，發現并消除了1800多項生產安全問題，巡檢識別率提高70%以上。

四是構建行業生態環境。加強石油化工行業與工業互聯網產業的通力合作，實現交叉領域的通力合作。通過多種方式推進行業生態構建，以政府為牽引制定相關產業政策，同時以石油化工聯盟、創新中心、產業集群等多種合作形式，在人才培訓、重點項目研發、創新示范應用等方面，培育出行業級工業互聯網體系環境。在區域、行業、企業各維度，點、線、面、體多層次發揮各自優勢，促進石化行業工業互聯網創新應用。

結束語

本文從石油化工行業發展現狀入手，分析了石油化工領域發展工業互聯網的重要意義，詳細討論了國內外工業互聯網平臺建設、技術發展、應用現狀以及存在的問題。基于以上問題，對石油化工領域工業互聯網發展提出了在數據分析、核心技術、生態環境、安全體系方面的幾點建議。利用工業互聯網先進信息技術優勢加快工藝裝備的升級換代，提升產品檔次、降低能源和原材料消耗、提高質量。不過，我國工業互聯網的發展仍處于初始階段，面向垂直行業細分領域的工業互聯網仍缺乏通用的平臺應用，未來在石油化工各環節開發行業級、企業級工業互聯網平臺，實現平臺全面互聯互通、自主可控。