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化工資訊

數字化運營的燈塔車間: 2022-04-21; 　　陽光下的黑盒子
　　靠山吃山，靠海吃海，靠著太陽吃太陽，在新疆無邊陽光下，坐落著一個光伏多晶硅王國。通過反復提純，多晶硅從低純度提煉到高純度，而冷氫化則是最為關鍵的工序之一。在數十萬噸冷氫化車間中，有上百臺大型裝置布置其中，蒸汽、液體、晶體在約300條的管線里流動向前。決定它們進退方向的不僅僅是一百多臺氣動閥，更有各種設備數不清看不見的運行邏輯。在約10層樓高的車間內，有數百人上上下下進出其中，照料著這些不知疲倦的銀灰色晶體涌向遠方。
　　在這樣一個擁有復雜裝置且是龐然大物的車間里，工廠最基本的要素——人、機、料、法、環(huán)、測，都以各自的邏輯穿梭，穿越不同的裝置、縱橫的管線和操作人員不計其數的判斷。每一次操作，都會引發(fā)連鎖反應，有的則指向危險的事故。壯觀的現場下，隱藏著蟄伏的風險。
　　數字空間的邏輯，本來是連續(xù)而完整的，但它藏在黑盒子之中。而這些鑰匙則分布在不同人的手里，人們之間需要完備的溝通技巧，才能明白所有的邏輯。然而每個人都在自己的空間里行動，如果某一刻不能識破其中的漏洞，就可能陷入可怕的誤操作，且到處都可能存在這樣的漏洞。這正是一個工廠最令人擔心的地方。
　　采用數字化交付平臺與數字化運營平臺，讓車間的裝備、物料的數據都有了白盒化的管理，現場變得透明起來。
　　動靜結合，數字化交付登場
　　冷氫化裝置的建設，涉及設計、采購、施工、監(jiān)理、檢測等多方的數據。在冷氫化車間內的流化床是最重要的反應裝置，也是最昂貴的裝置，其它輔助設備包括壓縮機組、電加熱器、粗分塔等。要管理好這些笨重龐大的家伙，傳統模式下還得依靠堆放在檔案室那厚厚的紙質資料。
　　華陸設計院和主裝置廠商為業(yè)主提供了工廠運行所必備的初始資料和數據，包括三維模型、儀表圖、工藝包、參數資料等，這些靜態(tài)數據，是生產過程中維修、巡檢和技改工程中最常用的數據。
　　移交這些資料，是一個笨重而無趣的過程。一般而言，都是紙質交付。業(yè)主需要收到近400份文檔，它們有時候是坐著卡車來的，公文袋相互擁擠著。如此笨重的資料，業(yè)主也只有在交付之后才能看到它們。至于哪些文檔、哪些數據是重要的，哪些是強關聯的，只有資深技術人員才能勾勒一二。這些文件袋會被統一放到檔案室，當裝置生產遇到瓶頸，或者需要調整驗證時，為了核對數據，工程師才會跑去翻閱。
　　達美盛的數字化交付平臺，就是要解決這些不同文檔的內在邏輯問題。供應商按照數字化交付標準規(guī)范的要求，交付各種機器參數。各種數據進來后，都要在數字化交付平臺上進行一體化的匯集和展示，包括設計院的工廠設計數據、主機廠裝置的參數數據，以及不同廠家的閥門、流量計儀表等。它們本來在各自數字設計的過程中是存在的，但都是各自割裂的。
　　然而，這些數據只是解釋了工廠的過去，即設計的過程。工廠內的機器一旦咆哮起來，大量的運維數據就會源源不斷地涌現出來。這些生產運行過程中實時產生的動態(tài)數據，會來自不同的自動化裝置和信息化系統，如分布式控制系統DCS、制造執(zhí)行系統MES、實驗室系統LIMS等。這些數據的數值動態(tài)變化，正是整個工廠健康的指示燈，它們的平穩(wěn)，保證了產品穩(wěn)定的質量。然而，這些動態(tài)數據，跟設計院的靜態(tài)數據往往分隔一方，各自不相見面。
　　動態(tài)數據，需要跟靜態(tài)數據結合起來，才是世界本來的秩序。達美盛的數字化運營平臺就是重建腦回路，讓不同時間下的數據，進行混合編隊。通過和中控公司合作，實現了數字化交付的靜態(tài)和控制系統的動態(tài)數據聯動。這里有時間戳的動態(tài)數據，有三維空間數據，還有工藝參數數據，這些原來各自割裂的數據，匯聚在一起還原了一個透明車間的統一邏輯。
　　數字空間的原有邏輯被恢復了，它與物理空間吻合在一起。原來隱性存在的數據空間，變得顯性起來。人們可以用圖表、顏色、聲音重新認識那些本來看不見的邏輯，此后的判斷，有了全新的支撐。
　　直觀三維，喚醒休眠數據，決策變得輕松起來。
　　強人化：數字化安全作業(yè)
　　對于流程行業(yè)而言，安全是第一位的。根據危險防控領域的瑞士奶酪模型，一個重大傷害事故，往往都是由一連串的偶然所形成的。人為的失誤和操作，往往導致錯中帶錯，使得一連串的屏障機制都連續(xù)失效，最終釀成大禍。在這個過程中，人員的風險意識和及時的信息預警將起著關鍵的警醒作用。
　　在高危行業(yè)中，如制藥、航空、石化等，連續(xù)設置的屏障管理是安全管理的核心。也許與很多人想象的不一樣，在這其中，人往往是最薄弱的部分，現場作業(yè)操作最容易將狀態(tài)擋桿撥向“危險”地帶。
　　對于現場故障的發(fā)現和排查，國家對于重大危險源的管控，要求1-2小時巡檢一次，并對狀態(tài)進行記錄。而現場作業(yè)都有著嚴格的審批制度。通常，從風險評估、作業(yè)方案確認、發(fā)起作業(yè)申請、作業(yè)屬地部門審批、作業(yè)人員資格審批，到安全環(huán)保部門審批等，這一連串的流程下來，可能需要一兩天的時間。兩票一證——工作票、操作票、作業(yè)許可證，則是必不可少的。
　　以前采用紙質作業(yè)票的時候，經常跳過流程，先干再報，實行補簽方式。而為了明確人員責任，如今的作業(yè)票審批，已經采用了一套數字化作業(yè)票系統。它采用射頻條碼RFID，必須到現場刷卡才能批準，而定位地理信息系統GIS則能顯示到現場的人和時間點。通過二維地理信息系統GIS，確認現場作業(yè)，包括痕跡化管理（如流程上誰簽字誰審批）和人員定位系統等，從而確保生產管理人員和安全員都要到現場。
　　但是這種二維地理信息系統，只能解決人員的平面定位。對于空間位置，依然沒有辦法定位，就像有時汽車導航到了上下多重立交橋時，就會犯暈一樣。
　　而達美盛數字化運營平臺的真實立體空間模型，有效地將二維地理信息模型擴展到三維，將二者聯動起來。作業(yè)票的三維審批，將變得清晰明了。
　　原來是二維平面，大屏幕上有30個畫面顯示，即30個作業(yè)點。如果發(fā)現問題，需要工作人員主動放大，效率不高。而改成三維模型的作業(yè)點之后，如果有問題，會自動彈出對話框，讓設備主動告知現場的不安全行為，工作人員只需要看一下屏幕，出問題會自動切換，也可以在模型上點擊相應點，更直觀。
　　同樣，當檢修人員進入到重大危險源，基于定位工卡，中央集控室的內操人員，也能在數字化平臺上清楚地看到現場人員位于的具體樓層和位置。如果出現有毒氣體報警，可以在第一時間知道設備上一共有幾個人、分別在哪些位置上。當裝置上的操作人員對現場風險缺乏感知時（例如有毒、有害、輻射等），內操人員可以通過數字化交付平臺上的完整邏輯所展示的風險報警，第一時間通知現場人員盡快離開。
　　在低級別的報警情況下，數字化運營平臺也可以起到簡化工序的作用。沒有數字化交付平臺之前，一般中央控制室人員，是通過查看分布式控制系統來了解模糊的位置，并進行必要報警，而且需要現場人員的支持?，F在，報警信息已經和三維模型關聯，可以準確反饋報警的具體位置，也能調取并查看攝像頭，實際查看重大危險源，而不需要人員第一時間跑去現場查看。通過數字化技術，可以避免工作人員暴露于危險場所的風險。
　　化工企業(yè)很容易給人留下一種印象：有毒、有害、有危險、離市區(qū)遠、沉重。實際上，現在的化工現場已經廣泛采用自動化、信息化和數字化的手段，現場人員并不多，而且明顯呈現年輕化趨勢。某新能源公司在新疆工廠有3000多名員工，平均年齡為27歲。一個界面友好、清潔安全的工廠，才是有吸引力的工廠。工廠利用數字化技術，采用了“強人化”的方式，來加快年輕員工的培養(yǎng)，并且讓生產過程并非都是單調無趣。在數十萬噸冷氫化車間，有三分之一的員工，都與操作有關，既有在控制室盯儀表盤的，也有在外部巡檢管線的。該公司采用了三維仿真的培訓系統，讓員工就像打游戲一樣，在浸入式的體驗中，完成對裝置的各種開停機培訓。而在實際檢修中，數字化巡檢平臺，讓一線現場巡檢和后方班長，有了新的交互。例如閥門壓差，需要有開度匯報、凍表匯報等。傳統巡檢，就是外部操作人員帶個對講機，按照巡檢路線走。如果現場發(fā)現問題，傳回給中央集控室的班長。對講機是唯一的工具。由于無法確認外操人員的準確位置，班長只能對著對講機吼，溝通效率很低。現在，借助于三維立體模型，二者可以做到心手合一，班長“重見天日”，外操人員“眼疾手快”，二者可以形成非常默契的合作。多人協同，跨越空間，實現心手合一，正是元宇宙最令人向往的地方。而數字化運營平臺，則是搭建未來元宇宙的一個必經之路。
　　質量魚缸：跟人性做斗爭
　　在流程行業(yè)，特別是煉化行業(yè)及精細化工行業(yè)，每個生產流程都是連續(xù)的，溫度、壓力都在不斷波動。有一個流程擱置，都會造成連鎖影響。參數控制及工藝優(yōu)化的前提就是裝置平穩(wěn)和安全。
　　在實際過程中，產線往往會發(fā)生兩種波動。一種是小波動，不怎么影響產品質量和產量，比如閥門誤動作等。一種是大波動，會影響產品質量和產量，比如突然限電停電，裝置部分設備突然異常等。造成的后果是導致裝置停機，企業(yè)效益受損。對于現場操作人員而言，一般都會對小波動進行直接處理，往往也不會上報。但是，小隱患處理不好，也會導致大波動。
　　那么，上層管理者了解小波動，是否真的有價值？根據美國海因里希金法則，一次重大事故，背后有29次小事故，300次事故癥狀，以及1000次的事故隱患。因此，小事故可能導致大波動，小事故隱患可能正是系統失靈的關鍵起點。
　　質量大師戴明一向認為，一個企業(yè)的質量首先是由制造系統決定的，而區(qū)分波動的種類，對于穩(wěn)定的質量至關重要。然而，經典的質量管理理論也表明，人員的恐懼會導致質量內在的惡化。一個維修人員可能會向上瞞報或者減輕事故的等級，因為他可能要完成某一個量化的KPI指標。而車間主任也可能為了實現本月的產能，而對于壓縮機設備的軸承故障采用拖延處理。這意味著，現場的質量數據只有成為透明魚缸，人人可見，才能穿越現場人員的恐懼和僥幸，直逼整個制造系統的隱患。這正是領導最需要關心的質量系統。
　　現場已經有了各種信息化系統，例如MES是面向生產調度人員使用的，監(jiān)控物料、產量數據等，以決定裝置滿負荷或者低負荷運行，而LIMS是生產管理人員用的，進行產品質量管理。但都是各自在自己的系統運行，很難交叉分析使用。
　　工廠里有不少人最喜歡的管理方式，仍然是excel表格。但excel的數據其實非常不直觀，對于大多數人來說則充滿了各種謎語式的數據。即使經驗豐富的人，也會遺漏一些重要的信息。三維展現，才是人類最友善的形式。
　　達美盛的數字化運營平臺，將這些相互孤立的系統，進行打通，建立內在因果分析，重建邏輯和三維化展示。在中央集控車間里，已經有四個關鍵工藝參數（如硅粉等），實現了參數可視化。而這些數據則是分別來自不同的系統，如MES和LIMS。基于三維模型監(jiān)控和可視化，它就像是一只眼睛，注視著現場的每一次波動。
　　大平穩(wěn)，才有大效益，小隱患，需要立即除掉。數字化運營平臺，就是要知微見著，讓質量脫離人性的弱點。
　　連接孤島
　　企業(yè)已經安裝了很多良好的信息化系統，包括生產執(zhí)行系統、實驗室檢測系統、安全作業(yè)管控系統（作業(yè)票）、視頻監(jiān)控系統，也涉及到四大平級部門：安全環(huán)保部、質量技術部、機動部、智能制造部，分別管理安全環(huán)保、質量、設備、信息化。
　　再往前來看工廠的早期建設。設計院的設計數據需要引入到業(yè)主的信息化系統中來，而對施工方的約束也同樣重要。施工方每天的項目進度、采用的原材料，也需要進行數字化的綁定，數據隨時上傳。但是，真正在實施過程中，很多時候只是半個月左右進行一次局部階段的上傳，甚至變成一個以月、季度、半年為單位的上傳。在這個過程中，大量的數據會先天性丟失，給后來的工廠運行帶來了巨大的隱患。在文檔交付的年代，業(yè)主對于這些知識的管理，有心無力。而有了數字化交付的武器，業(yè)主就可以制約設計院、主設備商、施工方，推動多方在同一個數據管道中流動。即使再長的數據鏈條，數字化交付平臺都保證了一種校準機制，讓數據像一道激光一樣，前行再遠也不發(fā)散。數字化運營平臺則承接原有的數據，與工廠日常運行的數據有機地結合起來，讓流動的知識成為工廠平穩(wěn)運行的潤滑劑。
　　IT系統是天然的孤島。大多數企業(yè)都經過不同階段的項目建設，而且每次來的供應商往往都是不同的廠家。因此，工廠里普遍存在煙囪系統或者是孤島，這是由時代的局限性所決定。沒有人能夠一次就把信息化建設策劃得大而全，這意味著孤島系統無法超越時代。IT發(fā)展變化快，但是工廠運行周期很長。所以，煙囪系統是一個循序漸進的過程，信息孤島是時代的贈品，是不能拒絕的附件。
　　數字化運營平臺，則給了業(yè)主一種全新的信念和沖動，從前端設計、現場運行到設備維護，各個系統的不同邏輯和數據，被重新整合在一個全新的空間進行。數十萬噸冷氫化車間現場各種設備、場地、物料數據，都被重新點亮，熠熠生輝。在這里，人與空間的融合、人與機器的互動、人與人的交流，都讓人豁然開朗，逐步邁向無縫合一。渾然一體的數字化工廠，會綻放出燈塔般的光芒。
　　未來會走向元宇宙工廠嗎？某種程度，是。

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