数字孪生技术助力石化智能工厂

数字孪生技术的应用已经在多个领域发挥着越来越重要的作用,我国工业和信息化部《“十四五”智能化制造发展规划》中也强调了数字孪生技术的重要性。本文阐述了数字孪生技术在石油石化行业的应用现状,并介绍了石化智能工厂全生命周期数字孪生平台框架。该框架以工业互联网平台为支撑,以石化企业复杂的工艺与装置为核心,可以提供石化智能工厂的数字化交付、智能建设服务、智能运行模拟以及智能维护等服务。同时,本文还规划了基于数字孪生的智能工厂生产调度可视仿真、基于增强现实的智能工厂设备智能巡检和基于虚拟现实的智能工厂沉浸式培训与安全演习三个应用场景。最后,本文分析了数字孪生技术在石油石化行业的应用挑战与措施,为数字孪生技术在智能工厂应用提供了指导建议。本文的研究成果对于推动数字孪生技术在石油石化行业的应用具有重要意义,同时也为数字孪生技术在智能工厂应用提供了新的思路和方法。     

石化行业智能制造体系建设初探

重点研究石化制造流程的多尺度、耗散结构、嵌套—耦合过程特征;进一步阐述石化信息物理系统的"三网融合"、多层级体系以及智能化演化路径;提出以数据和模型为核心要素、以开放平台为基础支撑、以CPS为典型特征石化智能制造体系架构;发展石化智能制造需要重点建设等建议.     

石化智能工厂研究与构建

智能工厂作为实现智能制造的重要抓手,为制造企业数字化转型提供了有效途径.文章阐述了国内外石化企业智能工厂建设历程及建设内容,分析国家智能制造能力成熟度评估模型与评估方法,结合石化企业业务特点,进行中国石化行业智能工厂业务环节的能力成熟度评估与能力特征总结.基于对中国石化行业智能工厂的阶段性判断,对下一代石化智能工厂业务特征进行了预测分析,提出了建设思路与重点建设内容,为我国石化智能工厂的建设提供支撑.     

石化行业智能工厂场景库构建研究

以石化行业智能工厂建设为载体,针对石化企业资源与能源利用率偏低、高端制造水平亟待提高、安全环境压力大等问题,在对国家及石化行业智能场景建设指南、国内外智能场景发展现状分析的基础上,结合新一代信息技术,提出石化行业智能工厂场景库构建方法,对智能场景进行分类与分级,对场景模板进行设计与编制,对场景内容进行汇总与筛选。加快智能场景的沉淀、复制与推广,为石化行业智能化高质量发展提供支撑。     

数字孪生智能乙烯工厂研究与构建

数字孪生被认为是实践智能制造与工业互联网等战略、实现信息世界与物理世界交互集成的有效技术手段,备受学术界和企业界的关注,尤其数字孪生的落地应用更是关注热点。基于中国石化数字孪生智能乙烯工厂的开发及工业应用工作,首先阐述了石化数字孪生智能工厂的定义及总体架构。其次,基于复杂原料百万吨级乙烯成套技术,研究提出了“成套技术成果软件化、工程建设交付数字化、石化工厂运营智能化”融合创新的数字孪生智能乙烯工厂构建思路以及相应的关键技术。数字孪生智能乙烯工厂为中国石化智能工厂3.0建设提供了宝贵经验,为进一步推广到芳烃产业链、煤化工产业链、炼油产业链的核心装置,推动石化工业的高质量发展奠定了基础。     

微生物细胞工厂的智能设计进展

在细胞工厂构建中设计-构建-测试-学习（design-build-test-learn,DBTL）循环是开发微生物细胞工厂的基本研究思路,其中设计环节尤为重要,然而传统的微生物细胞工厂设计方法主要依靠经验、费时费力、准确率低,影响了微生物细胞工厂的开发效率。当前,规模越发庞大的生物数据库和人工智能技术推动了微生物细胞工厂智能设计的快速发展,提升了在生物合成途径设计、调控元件设计和全局优化设计等方面的设计效率与应用。本文综述了微生物细胞工厂中途径预测、元件设计和途径与元件的组合三个环节中的智能设计工具,微生物细胞工厂智能设计的飞速发展将对生物制造领域产生变革性的影响。     

信息物理系统在石化智能工厂建设中的应用

随着世界经济体制改革,我国《中国制造2025》提出智能工厂建设的战略部署是推动石化行业生产改革前行的重要动力。认为智能工厂建设是一项系统工程,基于信息物理系统(CPS),综合运用信息技术、工业技术、管理技术等手段,建成企业统一的集中集成平台,可以实现生产全业务流程闭环优化管理,实现动态平衡、最优生产、效益最佳的卓越运营目标。本文浅谈了石化CPS含义及智能工厂建设情况,并举例给出当前全球石化行业智能工厂建设实例。     

石化行业智能工厂信息系统架构与信息通用模型研究

智能工厂的运行依赖于各种信息的交互与集成,因此在智能制造中我们需要构建基于信息模型的企业,信息模型是将物理对象进行数字化,反映物理对象与数据的关系,它是产品设计、制造、管理等信息的抽象理解和表示.石化行业智能工厂信息模型是对物理对象使用数字化的方法进行描述.本文主要探讨的是石化行业智能工厂的信息系统架构与信息模型的搭建...     

基于智能体的石化智能工厂信息物理系统实现研究

结合石化行业的特点与石化信息物理系统已有研究成果,提出了一种基于智能体（agent）的信息物理系统的构建方法。以石化主要生产领域涉及的物理对象和度量对象,以及这些要素相互关系为核心建立的工厂模型为基础,将具有感知和响应能力的智能体应用于企业工厂模型工作节点,使得工厂模型对象具有计算、预测、知识学习能力,实现基于智能体的智能分析、预测预警、生产监测以及可视化的石化信息物理系统。描述了工厂模型构建方法、基于工厂模型的智能体工作模式以及基于智能体的石化智能工厂信息物理系统架构,并通过展示中国石化智能工厂试点企业应用实践,论证该方法的实用效果。     

面向石化智能工厂测控与控制设备的信息模型设计与验证

随着智能制造和物联网技术的发展,采用标准化方法对测控和控制设备进行统一规范是实现无歧义的信息交换的关键,然而制造领域在语义化描述和公共数据字典方面的研究尚处于起步阶段,难以满足广泛的应用需求。本文结合石化行业特征及其设备互联接入特点,开展了石化智能工厂测控与控制设备的信息模型设计及试验验证,为石化行业系统、物与智能装备之间的互联、互通、互操作提供规范依据。     

A smart manufacturing methodology for real time chemical process diagnosis using causal link assessment

Industrial chemical plant diagnosis is the task of analyzing process data to sufficiently pinpoint the causes of abnormal events as fast and as accurately as possible so corrective action can be taken in a timely manner. The need to identify failures explicitly and support human centered decision making becomes pronounced for enterprises. Qualitative diagnostic models offer robustness in capturing diagnostic behaviors when there is little or no data on fault conditions. This article develops, analyzes, and demonstrates a qualitative diagnostic methodology called Causal Link Assessment (CLA). CLA avoids the drawbacks of other methodologies while leveraging several new concepts that include dynamic pattern generation, single time step modeling with multitime step interpretation, and discretized, low granularity dynamic modeling. CLA is demonstrated for an existing ethylene production facility. Model building, robustness, reusability, unaccounted for faults and failures and alignment with emerging Smart Manufacturing infrastructure concepts are discussed. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 62: 3420–3431, 2016     

石化行业数字孪生技术的应用探索

石油石化行业作为我国重要能源之一,是国民经济发展的重要基础。保障石油石化生产企业的安全高效生产是企业的重要目标。本文针对石油石化流程行业生产过程中存在的工况连续性、复杂多变性问题,引入数字孪生技术,通过构建流程行业的数字孪生物理模型、数字孪生工况模型,搭建数字孪生系统,以期提高企业生产效率,保障企业安全高效运行。研究发现,基于数字孪生系统开展原料组成优化、工艺参数设计与仿真、生产过程建模与优化控制、设备故障诊断与远程运维方面应用的示范性装置,产品质量、经济效益均有较大程度的提升,同时装置能耗有较大降低,在提高工厂生产效率,保障工厂安全高效运行的同时,为企业带来巨大的经济效益。     

以设计为中心的虚拟制造技术及在化工过程装备中的应用

简述了虚拟制造技术的内涵、关键技术及应用现状。在分析化工过程装备特点基础上 ,对过程装备虚拟制造技术平台的体系结构进行了探讨 ,以典型过程装备螺旋片导流式气液分离器为例 ,对其数字化建模方法、数值仿真技术、虚拟设计和制造环境进行了研究。初步结果表明 :以设计为中心的虚拟制造技术的应用 ,可以有效地减少产品开发的时间和成本 ,提高产品质量     

化工项目数字化交付与集成设计平台应用分析

化工项目的数字化交付及集成设计平台的应用是未来工程设计的发展方向。分析了传统化工工程设计的局限性及集成设计平台的优势,介绍了集成设计平台在数字化交付中的应用。集成设计平台在数据、信息的交付方面具有完整性、准确性、高效性等特点,可极大地助力数字化交付的实现。     

世界石油化工智能化生产技术的发展与展望

综述了世界智能化制造技术的产生与发展,以及石油化工工业智能化生产技术的内容、发展和展望。     

智能工厂可配置的多层次建模方法

工厂仿真模型通常被分为宏观和微观两类,宏观的仿真模型如ERP层模型,微观的仿真模型如PCS层模型,MES层模型介于宏观和微观之间。前人研究中建立某一层次的仿真模型通常都有重用率低和扩展性差的问题,为此提出一个用于工厂建模和仿真的四层框架：模型实体结构/模型库层、模型抽象层、工厂模型层、智能工厂仿真系统层。运用这种对工厂拓扑网络进行抽象的建模与仿真方法可以构建可扩展和易配置的仿真模型。本文使用此方法建立了智能工厂多层次仿真系统,最后通过3个案例说明方法的有效性和可靠性,为工厂建模和仿真提供了指导。     

What Is a Digital Twin? Experimental Design for a Data-Centric Machine Learning Perspective in Health

The idea of a digital twin has recently gained widespread attention. While, so far, it has been used predominantly for problems in engineering and manufacturing, it is believed that a digital twin also holds great promise for applications in medicine and health. However, a problem that severely hampers progress in these fields is the lack of a solid definition of the concept behind a digital twin that would be directly amenable for such big data-driven fields requiring a statistical data analysis. In this paper, we address this problem. We will see that the term ’digital twin’, as used in the literature, is like a Matryoshka doll. For this reason, we unstack the concept via a data-centric machine learning perspective, allowing us to define its main components. As a consequence, we suggest to use the term Digital Twin System instead of digital twin because this highlights its complex interconnected substructure. In addition, we address ethical concerns that result from treatment suggestions for patients based on simulated data and a possible lack of explainability of the underling models.     

轮胎智能生产中工装的设计应用

以轮胎半部件生产工装为研究对象,结合轮胎智能制造物流自动化应用背景,对不同企业生产工艺与工装结构进行性能比较,并对工装设计中脚轮的选型应用进行试验研究.结果表明:合理工装工艺有助于推进轮胎生产的模块化与标准化,合理的工装结构设计可有效降低工人劳动强度,提高产品的生产效率,是实现轮胎企业高质量与绿色发展,以及轮胎智慧工厂...