文/本刊記者 胡靜

專訪西門子（中國）有限公司數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)副總裁兼過程自動(dòng)化事業(yè)部總經(jīng)理姚峻博士——當(dāng)前，石油化工企業(yè)大型化、綜合化以及復(fù)雜化已成為趨勢(shì)，千變?nèi)f化的市場(chǎng)，嚴(yán)苛的環(huán)保要求，激烈的競爭環(huán)境，對(duì)工廠運(yùn)行的安全性、敏捷性、高效性、高效益和可持續(xù)提出了更高要求。如何開啟一段智能工廠的數(shù)字化之旅，從設(shè)計(jì)到運(yùn)營的全生命周期中實(shí)現(xiàn)卓越運(yùn)營，提升商業(yè)收益？近日，西門子（中國）有限公司數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)副總裁兼過程自動(dòng)化事業(yè)部總經(jīng)理姚峻接受了本刊記者的采訪，從流程模擬技術(shù)出發(fā)，探討西門子基于深度過程知識(shí)的智能數(shù)字化運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)石化化工企業(yè)的“安全、平穩(wěn)、長周期、滿負(fù)荷、優(yōu)化”目標(biāo)。

在化學(xué)工業(yè)發(fā)展的歷史長河里，流程模擬軟件無疑是化工工藝設(shè)計(jì)史上最偉大的技術(shù)進(jìn)步之一。通過計(jì)算機(jī)完成全過程工藝參數(shù)計(jì)算，復(fù)雜的工作瞬間完成，并可實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化，流程模擬技術(shù)為規(guī)?；a(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，化學(xué)工業(yè)從此邁上了現(xiàn)代化的臺(tái)階。

為化工工藝流程系統(tǒng)建立細(xì)致精準(zhǔn)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)機(jī)理模型，求解工藝優(yōu)化和生產(chǎn)運(yùn)營的最佳值，這是化學(xué)工業(yè)走向數(shù)字化進(jìn)程的關(guān)鍵一步。事實(shí)上，對(duì)于資金技術(shù)密集型的流程工業(yè)企業(yè)來說，整體優(yōu)化生產(chǎn)全流程是經(jīng)營者永恒的目標(biāo)。即在市場(chǎng)和原料變化的情況下，實(shí)現(xiàn)企業(yè)全局的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、成本和消耗等生產(chǎn)指標(biāo)的優(yōu)化，從而安全生產(chǎn)出高性能、高附加值產(chǎn)品, 獲得企業(yè)利潤最大化, 同時(shí)實(shí)現(xiàn)能源、資源高效利用及環(huán)境友好。

企業(yè)的效益來自裝置的“安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷、優(yōu)化運(yùn)行”，數(shù)字化轉(zhuǎn)型從工藝流程優(yōu)化、生產(chǎn)和管理變革出發(fā)，推進(jìn)著企業(yè)價(jià)值鏈重構(gòu)和升級(jí)，提升企業(yè)盈利水平，在激烈的市場(chǎng)環(huán)境中掌握先機(jī)、贏得未來。“數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個(gè)長期的過程，是一個(gè)隨著市場(chǎng)環(huán)境、競爭環(huán)境、技術(shù)環(huán)境不斷演變而進(jìn)行適應(yīng)性自我變革的持續(xù)過程，所以數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)該是一個(gè)長期的話題，以前企業(yè)需要做，現(xiàn)在企業(yè)還需要做，未來也一樣要持續(xù)地做，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化?！币硎?。

最大化現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)價(jià)值

從20世紀(jì)50年代開始，人們就開始利用計(jì)算機(jī)解決化工過程的數(shù)學(xué)問題。半個(gè)多世紀(jì)來，流程模擬已成為化學(xué)工程技術(shù)人員普遍采用的技術(shù)手段。隨著計(jì)算能力的快速提升以及信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性大大增強(qiáng)，應(yīng)用范圍不斷拓寬，廣泛應(yīng)用于化工、石化、制藥和食品行業(yè)以加速創(chuàng)新，改進(jìn)工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)營，簡化研發(fā)和管理技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

西門子2019年將提供全生命周期的精準(zhǔn)建模、仿真和優(yōu)化技術(shù)的軟件服務(wù)商PSE公司（Process System Enterprise Ltd．）并入麾下，成為其數(shù)字化工業(yè)大廈的重要成員之一?？偛课挥谟腜SE公司，歷史可以追溯到1988年，于1997年從倫敦帝國理工學(xué)院(Imperial College London)分離出來。姚峻介紹，PSE主要為流程工業(yè)企業(yè)提供3種產(chǎn)品平臺(tái)和技術(shù)服務(wù)，幫助決策者將關(guān)鍵業(yè)務(wù)目標(biāo)和過程設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)工廠全生命周期模擬和優(yōu)化。第一，gPROMS過程模擬軟件，該軟件是針對(duì)工藝設(shè)備及流程進(jìn)行仿真建模及設(shè)計(jì)優(yōu)化的新一代通用過程模擬平臺(tái)。gPROMS(general PROcess Modelling System)采用聯(lián)立方程法(Equation Oriented)，解決了序貫?zāi)K法(Sequential Modular)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化效率低下等問題。gPROMS軟件提供了不同種類的模型庫、物性庫，具有穩(wěn)態(tài)模擬、動(dòng)態(tài)模擬、優(yōu)化計(jì)算以及自定義模型等功能，覆蓋了從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)、催化劑設(shè)計(jì)、工廠概念設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)，控制方案設(shè)計(jì)到工藝流程優(yōu)化等環(huán)節(jié)；第二，gDAP數(shù)字化應(yīng)用平臺(tái)，該平臺(tái)將高效的gPROMS數(shù)字孿生模型與生產(chǎn)數(shù)據(jù)（DCS、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫）實(shí)時(shí)交互，將生產(chǎn)過程的模擬和優(yōu)化結(jié)果，以及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值計(jì)算，通過定制化的用戶界面簡單明了地呈現(xiàn)給不同層次的終端用戶，基于模型為生產(chǎn)運(yùn)營人員提供操作決策支持，幫助決策者將關(guān)鍵業(yè)務(wù)目標(biāo)和過程設(shè)計(jì)、過程操作條件相關(guān)聯(lián)，提高運(yùn)營效率；第三，PSE提供專家咨詢服務(wù)，包括可行性研究，模型驗(yàn)證與部署，設(shè)備設(shè)計(jì)，流程優(yōu)化和基于模型的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等?！癙SE對(duì)工藝過程進(jìn)行詳細(xì)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)模擬，通過生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)來進(jìn)行驗(yàn)證，基于模型的仿真模擬技術(shù)目的是優(yōu)化工藝和提升生產(chǎn)效能，我們吸收產(chǎn)品開發(fā)中的現(xiàn)有過程知識(shí)，并將其映射到預(yù)測(cè)模型中，為數(shù)字化運(yùn)營賦能?！蹦壳埃琍SE基于模型的解決方案廣泛服務(wù)于采礦、能源、油氣、石化化工、精細(xì)化工、食品飲料及生命科學(xué)等流程行業(yè)中。

在過去的25年中，PSE在能源化工行業(yè)，擁有數(shù)量眾多的成功案例。眾多的國際頂級(jí)研究機(jī)構(gòu)及世界500強(qiáng)企業(yè)都在使用gPROMS進(jìn)行工藝設(shè)備及過程的設(shè)計(jì)與優(yōu)化工作。 例如，PSE為西班牙化學(xué)公司雷普索爾提供了環(huán)氧丙烷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在新工藝下，每年的經(jīng)濟(jì)效益提高了約1 000萬歐元；針對(duì)煉油廠的反應(yīng)器，PSE提供可視化優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升反應(yīng)器性能，提高產(chǎn)品收率；對(duì)LDPE（低密度聚乙烯）的配方進(jìn)行優(yōu)化，在保持聚合物產(chǎn)品性能的同時(shí)，提高產(chǎn)量10%以上。在工廠運(yùn)營方面，PSE同樣證明了其不凡的技術(shù)實(shí)力，PSE幫助殼牌實(shí)現(xiàn)了天然氣開采和輸送多站點(diǎn)資產(chǎn)優(yōu)化，每年增加經(jīng)濟(jì)效益1億美元。在對(duì)帝斯曼化工公用工程的案例中，PSE技術(shù)帶來的節(jié)能優(yōu)化幫助企業(yè)節(jié)約了3%～15%的能源成本。姚峻分享了來自沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司乙烯裂解爐智能數(shù)字化運(yùn)營實(shí)踐案例，“在這個(gè)案例中，PSE對(duì)大型乙烯裂解爐進(jìn)行建模，并與工廠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)合，對(duì)裂解爐的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)和預(yù)警。PSE技術(shù)通過精確分析裂解氣組成成分，包括產(chǎn)率、轉(zhuǎn)化率和裂解深度，以及爐子的結(jié)焦?fàn)顩r，進(jìn)而優(yōu)化裂解工藝過程，實(shí)現(xiàn)了爐膛控制優(yōu)化和產(chǎn)量實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。通過PSE技術(shù)的部署，客戶的收益非常顯著，在線優(yōu)化技術(shù)幫助烯烴產(chǎn)量提高了2%，僅通過轉(zhuǎn)化率閉環(huán)控制這一項(xiàng)技術(shù)，節(jié)省的成本就達(dá)到了每年1 000萬美元。”

基于深度過程知識(shí)的智能數(shù)字化運(yùn)營

如果說建模工具能更好地預(yù)測(cè)和控制工藝裝置反應(yīng)器的運(yùn)行性能，那么西門子完善和強(qiáng)大的自動(dòng)化與數(shù)字化技術(shù)矩陣更是為全生命周期的價(jià)值提升添翼?！拔覀儗⒛Ｐ图夹g(shù)和工廠數(shù)據(jù)相結(jié)合，為企業(yè)運(yùn)營創(chuàng)造更多的價(jià)值。從工藝角度模型幫助客戶選擇合適的工藝路線，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程；從設(shè)備角度優(yōu)化設(shè)備的設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和收率；從運(yùn)營角度優(yōu)化操作方案，實(shí)現(xiàn)輔助決策，延長裝置的運(yùn)行時(shí)間，降低運(yùn)行成本，對(duì)設(shè)備健康狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高資產(chǎn)的完整性?！?/p>

“將PSE機(jī)理模型技術(shù)與西門子工程設(shè)計(jì)、工業(yè)自動(dòng)化和仿真技術(shù)結(jié)合起來，西門子致力于為流程工業(yè)企業(yè)提供基于深度過程知識(shí)的智能數(shù)字化運(yùn)營。在整個(gè)工廠生命周期里，西門子幫助企業(yè)在各個(gè)階段創(chuàng)造價(jià)值：以高級(jí)過程模型的形式獲取深層過程知識(shí)，使用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析和優(yōu)化模型探索產(chǎn)線提升的空間；在數(shù)字化工程設(shè)計(jì)階段，優(yōu)化流程設(shè)計(jì)，加快上市時(shí)間，管理技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；從設(shè)計(jì)到運(yùn)營的全生命周期里，通過模型的迭代和優(yōu)化，大幅提升工廠的可用率和運(yùn)營效率，包括正確的決策，成本的降低等?！币f。

從數(shù)字化工廠到智慧工廠

對(duì)于流程工業(yè)，從工廠的設(shè)計(jì)到運(yùn)營的全生命周期里，西門子主張突出重點(diǎn)，有的放矢，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)總體利益的最大化?！皬脑O(shè)計(jì)、工程、生產(chǎn)、運(yùn)維到服務(wù)的所有數(shù)據(jù)集成到一個(gè)數(shù)字化技術(shù)平臺(tái)，這是今天我們?cè)谧龅模渲袝?huì)用到很多智能化技術(shù)，但這不僅僅是我們所追求的真正的智能工廠。我們希望實(shí)現(xiàn)真正的智能化工廠是能夠持續(xù)學(xué)習(xí)，持續(xù)優(yōu)化。一個(gè)工廠能夠自主學(xué)習(xí)、自優(yōu)化，需要經(jīng)過兩個(gè)主要階段，一個(gè)是數(shù)據(jù)分析，通過深入的分析和預(yù)測(cè)，可以向運(yùn)維人員提供很多信息。第二個(gè)是全生命周期數(shù)據(jù)閉環(huán)。”姚峻說：“在基礎(chǔ)的機(jī)理模型之上，充分結(jié)合自動(dòng)化和數(shù)字化技術(shù)，將人工智能、云計(jì)算、建模、控制與優(yōu)化等技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)過程的物理資源緊密融合與協(xié)同，使工廠智能感知物質(zhì)流、能源流和信息流狀況、自主學(xué)習(xí)和主動(dòng)響應(yīng), 自適應(yīng)優(yōu)化決策企業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)、優(yōu)化配置資源，從而實(shí)現(xiàn)智慧工廠的目標(biāo)?！币硎?。

自踏上數(shù)字化轉(zhuǎn)型之旅，流程工業(yè)的經(jīng)營者和創(chuàng)新者們不斷探索著創(chuàng)新的技術(shù)方法，挖掘生產(chǎn)效率和盈利能力提升的潛力，借數(shù)字化浪潮的推動(dòng)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。在這個(gè)過程中，通過PSE過程模擬仿真平臺(tái)打造數(shù)字化雙胞胎，西門子幫助流程工業(yè)企業(yè)提升從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到運(yùn)維的整個(gè)價(jià)值鏈性能，向?qū)崿F(xiàn)“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”更進(jìn)一步。