数字化工厂与数字化交付

石油化工设计

Petrochemical Design

2017,34(1) 44 ~47

数字化工厂与数字化交付

寿海涛

(中国石化工程建设有限公司，北京100101)

摘要：结合工程实际分析了数字化工厂相比于传统工程设计有其独特的优势，各种数据和信息显示，

数字化工厂将会是未来化工领域工程设计发展的必然走向。简单介绍了目前构建数字化工厂的关键点， 是建立完善的综合数字化集成平台和相应的数字化交付标准。强调了设计公司当务之急应努力推行数 字化交付的成品提交方式，从而尽早实现全专业范围的数字化交付。

关键词：数字化工厂数字化交付综合数字化集成平台数字化交付标准

doi ：10. 3969/j. issn. 1005 - 8168.2017.01.014

1数字化工厂

在最近5年间，数字化工厂这一概念逐渐成

档次和质量的提升更有助于在当前局面下保持市 场分额和增强竞争力，此外系统的使用方便的资 料检索能力在施工阶段可大大提升现场施工管理 效率，从而缩短工期并减少施工错误，节约成本。1.2 .2 业主方面

数字化工厂最初的设想就是提交给业主的成 品文件。对业主来说，掌控资产全周期内的数据 信息是非常有吸引力的，而随着系统程序的不断 升级和更新，数字化工厂更能为后续工厂的运行 维护和安全管理等方面提供相关数据，辅助规划 生产维护计划等（业主确实需要这些方面的帮 助）。考虑到工厂运维期间安全的重要性以及数 字化信息在这方面的天然优势，相信在不久的将 来，数字化工厂这部分内容将会受到广泛关注，并 成为海内外业主做出选择的一个重要依据。数字 化案例详见图1和图2。1.3如何实现数字化工厂

原则上数字化工厂应由设计院按业主需求完 成设计，并以成品方式提交给业主，但根据目前的 实际情况，认为这不是最合理的方式。现在，主流 的数字化工厂解决方案无一例外都会提到全周期

收稿日期！ 2016 -09 -07。

作者简介：寿海涛，男，2005年毕业于北京化工大学高

分子材料与工程专业，工学学士，工程师，长期从事配 管设计工作。联系电话：010 - 84878679; E

1.1数字化工厂的概念

为工程设计领域里最热门的话题之一，目前为止 行业内还没有针对此概念的特别明确的定义。一 般来说，化工行业所说的数字化工厂会被认为是 以流程工厂为核心，基于工艺设计（E)、工程设计 (E)、工程采购（P)、工程施工（C)、项目开车（C) 及项目管理& M)的综合数字化集成平台（EPCCM 平台）所建立的，对应物理意义上的石油化工工厂 的数字化体现，能同时具备工厂属性和工程属性 的综合智能数字化系统。利用该平台，将来自各 方面浩如烟海的数字化信息识别出来并将其有机 地联系在一起，进而通过对相关信息的后处理达 到种种设计要求。1.2

数字化工厂的优势

相比于传统工程设计成品，数字化工厂在数 据整合、检索、提取等方面天然优势巨大，对于企 业的后期运行、维护也有很大帮助，可以有效降低 成本，提高管理效率，同时有了足够的数据信息作 为基础，其后期开发的可能性更是无可限量。 1.2.1工程设计及EPC方面

数字化工厂对于数据的整合、规范、集成等， 特别是对设计EPC的优化管理十分有利。EPC集 成化的实现将极大地提高EPC业务能力和工作效 率，数据的整合与配管设计（这些年一直在推进） 的标准化模块化设计想法也是一致的，设计成品

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2017年第1期（第34卷)

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这一概念，也就是说现在的数字化工厂的有效期 应该是涵盖整个工厂运营直至报废期间，而目前 设计方通常深度介入的只有早期采购及工厂建设 那段相对很短的时期，大多数工程设计人员对工 厂运维的详细信息几乎是全然不知，与业主相比 对于工厂的关注点也完全不同，即使是完全按照 业主所提要求，构筑出的数字化工厂结果可能也 不会太理想。

2 EPCCM平台 2.1 EPCCM平台概念

EPCCM平台是数字化工厂中所有数字化信

息的载体，理想情况下整个工程设计过程中所有 专业均应在同一个数字化平台上完成绝大部分设 计工作流程，各专业的工作软件应实现与该平台 的无缝对接，并在此平台上完成设计信息的导入 导出、同源数据采集、资料互提、设计文件双向校 各类设备的数据表

nPB-31401-PR-OST

液硫泵数据表TTPB-31401-PR-LS

工艺管线说明

-PR-PFQ-

程图（PFD1401-IW-ESL- 31401-厲性

备平面布置图

图1以某设备为核心的结构化数据网络

图2根据多维数据分析对有腐蚀危险

的设备进行预警

因此在目前设计介入的深度基础上，笔者认 为与构建数字化工厂这个庞大的概念相比，更应 该先集中做好数字化交付这一具体事宜上，即在

EPPCM平台上，将设计过程中所有相关信息和成

品文件以数字化方式提交给业主，在此基础上逐 步完善平台的集成能力，使业主可以在后期通过 平台集成尽可能多的运维管理数据，并利用平台 与数据自行建设理想的数字化工厂，当然同建设 物理工厂时的现场代表类似，在建设数字化工厂 的过程中也需要为业主提供必要的协助与技术支 持。

验、设计成品输出和归档，完成设计、采购、施工、 开车之间的作业连接，完成项目执行全过程的项

目管理。详见图3。

2.2构建EPCCM平台的关键点

正如此前1 3节谈到过的，由于业主需要的 数字化工厂，其数据的来源十分复杂和多元，而数

据内容和深度基本都是为工程设计及施工相关事 项服务的，故此提练出的数字化模型相比于整个数字化工厂则会显得非常片面，作为数字化工厂 设计部分的核心与基础，构建EPPCM平台的核心 问题就是如何将全工厂周期中相关的全部数据或尽可能多的数据识别、转换、翻译成平台自有的数 字化信息，并将其有机的关联起来，这就需要一个 完善的、通用的、具备化工工程特点的数字化交付 标准，此标准会涵盖相关基本概念、数据模型、数 据库、成品文件等原则性的内容，在此基础上应尽 可能对各专业数据模型，特别是交互类数据文件 的细节做出合理的规定，从而保证成品文件的智

能化，最大程度的提高该平台的通配型和完善性， 也使得所有数据的继承性、复用性大大提高。有 了这个标准之后，相关各方根据自身的实际情况 出台细则指导具体工作，满足此标准的设计成品 数据应能无缝连接到依据此标准构建的EPCCM 平台上进行应用。

不难想象，完成这样一个标准的难度和复杂 程度比之数字化工厂的建设也不遑多让，涉及方 面之广、内容之繁杂恐怕此前化工领域内任何标 准也难以企及。故此完成此标准必然需要多方合 作，通过深度交叉讨论，得出每一条细节，并在实 际工程中应用、检验、修改和完善，这很可能将是 一个相对漫长的过程。

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图3 EPCCM平台结构的构想

为什么要做数字化移交：智慧工厂

3数字化交付

虽然完善的交付标准很可能不会在短期内出

台，但既然数字化工厂是化工领域工程设计未来 的必然发展方向，而数字化交付又是构建数字化 工厂过程中必经的第一步，当然应该从现在开始， 尽自己的最大能力按数字化交付的要求完成设计 准备工作，这样才能在未来数字化浪潮袭来之际 维持固有优势而不被淘汰。

3'数字化交付（数字化移交）的必要性

对数字化交付的理解是：区别于传统工程设 计（以纸介质为主体）的交付方式，通过数字化集 成平台，将相关设计成品以标准数据格式提交给 业主的成品交付方式，也称为数字化移交。如今 数字化交付方式在化工工程设计领域已经开始普 及，很多设计院都已经有了不同深度的数字化提 交案例。

在现今智能化的时代，化工领域的传统纸介 质的提交方式基本不具备智能化的可能性;作为 设计公司，其工作内容之一就是满足业主日益增 长的智能化需求，因此数字化交付则是尤为重要 的第一步，详见图4&AVEVA的一张宣传图，非常 形象的说明了这对矛盾）。

图4

设计院/施丨:单位有构筑梦想的原材料

数字化移交的梦想格式

3'数字化交付的条件

实现数字化交付，根据深度不同，需要满足的 条件也不一样，但对设计公司来说，归根结底是提 供一个完善的数字化模型，成品的质量则完全取 决于该模型的设计水平，而且该模型涵盖的相关 专业越多，数字化集成度就越高。如果所有与之 相关的专业都参与了此模型的设计，设计水平和 数据间的关联度也能满足要求，则可认为这一部 分的数字化交付流程已经打通，所有的流程都打 通后再解决相关流程间的关联关系，则数字化工 厂的雏形就建立起来了。流程打通后，则需要一 个交付平台，将各专业的信息资料收集起来，见图 5(由配管、结构、仪表、电气、工厂系统5专业共同

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完成），集中整合后以数据化的形式交付业主，很 多工程设计软件公司对此都有不错的解决方案。

交付，就要求各专业的工程设计人员逐渐改变此 前工作中“设计+抄图”的意识，尽可能在模型中 完成自己的工作，提高设计软件使用意识，同时最 大限度的利用模型进行专业间的资料交互以及成 品的完成与提交。同时在设计过程中应有意识的 规范操作，确保自己的设计建模最终能提供出一 份标准化的数据。

通过AVEVA NET Gateway集成接口抽取数据和建立关联关系

图5 IRPC项目协同建模的尝试

在中国石化工程建设有限公司（SEI)的元坝 项目中，使用AVEVA NET作为平台，整个项目过 程通过数字化平台，整合了包括工艺智能流程设 计集成系统、工程设计基础系统、三维协同设计系 统等，并初步实现了软件数据向数字化平台的自 动发布，基本打通了数字化交付的流程，对EPC管 理效果提升非常明显。作为成功的案例广受业界 好评，这次试点的成功展现了数字化交付以及数 字化工厂建设可预期的未来，相信以此为基础，继 续深度开发应用，在数字化交付方面应该会有不 错的突破与成果。详见图6。3.3数字化交付对设计人员的要求

由于数字化交付本身就是各专业在数字化模 型中协同作业的结果，那么要想深度实现数字化

图6 AVEVANET数据关联解决方案

作为配管专业，虽然此前一直是工厂布置三 维平台的核心专业，但原有的建模方式也许不再 能满足未来数字化交付乃至数字化工厂建设的标 准要求，在可预见的未来，一方面应强化这几年一 直在推行的标准化模块化设计，并逐步将建模标 准与数字化交付的标准相统一;另一方面作为关 联专业，也有责任和义务协助其他专业打通数字 化交付的流程以及相关模块间的关联，最终实现 全专业范围的数字化移交。

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2016年我国油基乙烯总产能达1 770.5万t/a和总产量超过1 800万t

据统计，2016年虽然我国没有新建和改扩建乙烯装置，但由于中石油吉化小乙烯恢复开车，全国油基乙烯总生产能力 达到1 770. 5万$+。

2016年中石化油基乙烯总生产能力达到了 1 043万$+，占全国油基乙烯总生产能力的58.9%，中石油油基乙烯总生 产能力达到573.5万$+，占全国油基乙烯总生产能力的32.4%。

101A年我国油基乙烯总产量超过了 1 E00万$达到1 807.27万t，同比增长1=%。。再加上煤（甲醇）制乙烯的产量， 我国乙烯产量将超过2 000万$约为2 100万$

我国油基乙烯生产企业现有25个，油基乙烯生产装置31套，4套装置关停。其中中国石化集团乙烯生产企业现有 15个，油基乙烯生产装置16套，总产量为1 083.14万t，同比降低1.6%。，占全国油基乙烯总产量的59.9%。，其中上海赛科 乙烯、镇海炼化、福建乙烯和茂名乙烯的年产量均超过了 100万t。

中国石油集团乙烯生产企业达到7个，油基乙烯生产装置11套，乙烯总产量达到了 558. 81万$同比增长11. 1%。，占 全国油基乙烯总产量的31.6%。,其中大庆、独山子乙烯产量均超过100万t，吉化小乙烯自2013年3月至2016年6月停车 后，于2016年7月恢复开车；中国海油总公司2016年油基乙烯产量为106. 3万t，同比增加18. 8%。，占全国油基乙烯总产 量的6. 0%。。华锦集团油基乙烯总产量为48.42万t，占全国油基乙烯总产量的2. 7%。。沈阳蜡化有限公司油基乙烯产量 10. 6 万 t。

〈全国乙烯工业协会>2017-01 -15