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由企業(yè)網(wǎng)D1Net、中國(guó)企業(yè)數(shù)字化聯(lián)盟,、信眾智CIO共享平臺(tái)共同主辦的2021工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)CIO大會(huì)及《2021工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)白皮書(shū)》發(fā)布會(huì)于10月22日在浙江·嘉興順利召開(kāi),。某大型石化企業(yè)CIO余斌在會(huì)上分享了石化行業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用探索與實(shí)踐。

某大型石化企業(yè)CIO 余斌

信息化通過(guò)信息管理提升效率,，而提升效率的核心是流程或流程再造,。數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心是模式和創(chuàng)新，在余斌看來(lái)，如果沒(méi)有模式上的創(chuàng)新,，不如老老實(shí)實(shí)做信息化,。

信息化與數(shù)字化的區(qū)別是什么?余斌提到，原來(lái)線下只需要一天就能完成的事情,，放在線上可能需要五天才能完成,，因?yàn)槿绻皇前丫€下的工作搬到了線上，并沒(méi)有進(jìn)行流程再造,，那么效率不增反降,。還有一個(gè)核心是需要用智能化來(lái)解決問(wèn)題，從信息化到智能化的核心詞是助手和效益,，數(shù)字化轉(zhuǎn)型亦是如此,。

智能制造的三個(gè)階段

第一個(gè)階段：數(shù)字化制造階段，典型應(yīng)用是數(shù)字孿生應(yīng)用,。

第二個(gè)階段：網(wǎng)絡(luò)化制造階段,，是服務(wù)+產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同應(yīng)用。

第三個(gè)階段：AI+工業(yè)智能應(yīng)用階段,。

什么是數(shù)字孿生?

數(shù)字孿生應(yīng)用的核心詞是“模型”,，網(wǎng)上有“數(shù)據(jù)+模型=工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，或“數(shù)據(jù)+模型=服務(wù)”的說(shuō)法,。余斌強(qiáng)調(diào)：很多企業(yè)沒(méi)有達(dá)到數(shù)字化階段,，沒(méi)有打好自動(dòng)化基礎(chǔ)或工業(yè)基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)收不上來(lái),，不可能做數(shù)字孿生,。

余斌舉了個(gè)簡(jiǎn)單的例子，地鐵的倒閘一刷卡,，倒閘打開(kāi)人就可以過(guò)去,，它是一個(gè)“感知+計(jì)算+聯(lián)網(wǎng)+控制”的系統(tǒng)，是軟件+硬件結(jié)合的系統(tǒng),，或者是智能嵌入式軟件+硬件系統(tǒng),，它是一個(gè)CPS系統(tǒng)。如果能理解CPS,，就知道數(shù)字孿生系統(tǒng)如何跟CPS進(jìn)行互動(dòng),。

CPS是數(shù)字孿生物理實(shí)體的基礎(chǔ)單元，數(shù)字孿生需要通過(guò)CPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)虛實(shí)閉環(huán),。數(shù)字孿生是一個(gè)物理實(shí)體,，它可以是一臺(tái)設(shè)備，可以是生產(chǎn)線,，可以是一個(gè)工廠,，也可以是管理方面的流程,。針對(duì)物理實(shí)體建立一個(gè)數(shù)字虛體，然后基于數(shù)字虛體去研究和優(yōu)化,。優(yōu)化是一個(gè)閉環(huán)的過(guò)程,，這個(gè)閉環(huán)過(guò)程一定會(huì)反饋回物理實(shí)體，一定有一個(gè)CPS(嵌入式軟件+硬件的系統(tǒng))作為它的數(shù)據(jù)單元,。這是余斌對(duì)CPS和數(shù)字孿生概念的理解,。

余斌認(rèn)為：數(shù)字孿生應(yīng)用是通過(guò)對(duì)數(shù)字虛體的了解和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的優(yōu)化,。數(shù)字孿生是數(shù)字化階段的標(biāo)志性系統(tǒng),，而數(shù)字孿生系統(tǒng)是智能制造戰(zhàn)略落地的真正抓手。

有些人會(huì)將數(shù)字孿生和仿真混為一談,，其實(shí)仿真只是其中的一項(xiàng)技術(shù),，而且是數(shù)字孿生整個(gè)技術(shù)體系中的基礎(chǔ)技術(shù)。數(shù)字孿生的核心技術(shù)之一是模型修正技術(shù),，指通過(guò)對(duì)數(shù)字虛體的研究,，反過(guò)來(lái)優(yōu)化物理實(shí)體，這時(shí)會(huì)涉及到模型和建模,。例如在化工廠里,，溫度、壓力,、環(huán)境、原料各方面參數(shù)一旦發(fā)生變化,，模型準(zhǔn)確度就會(huì)下降,，必須定期派專(zhuān)家過(guò)去對(duì)模型重新校準(zhǔn)，如今通過(guò)智能化技術(shù),，能夠通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)自動(dòng)進(jìn)行修正,，因此模型修正技術(shù)是非常關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)。

數(shù)字孿生應(yīng)用的三個(gè)層次

第一個(gè)應(yīng)用層次是“鏡”,。首先要基于物理實(shí)體建一個(gè)數(shù)字虛體,，但是這個(gè)孿生的數(shù)字虛體還達(dá)不到照鏡子的程度，核心問(wèn)題是要把運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步到數(shù)字虛體中,。余斌比喻數(shù)字虛體就像人在照鏡子,，你怎么動(dòng)鏡子里的它就怎么動(dòng)，人照鏡子是有目的的,，看看發(fā)型亂不亂,，臉上臟不臟，數(shù)字孿生的目標(biāo)是通過(guò)數(shù)字虛體看到物理實(shí)體看不到的東西,，例如通過(guò)數(shù)字孿生,，馬上能看到哪個(gè)位置下面有什么管道,，跑的什么流體，是什么介質(zhì),，達(dá)到照鏡子一樣的目的,。

第二個(gè)應(yīng)用層次是“警”。拿到大量運(yùn)行數(shù)據(jù)的核心作用是模型,，用數(shù)據(jù)建模,、分析，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)預(yù)警,。例如針對(duì)質(zhì)量的預(yù)測(cè)預(yù)警,，通過(guò)采集相關(guān)化驗(yàn)的質(zhì)量數(shù)據(jù)，可以預(yù)測(cè)到某一時(shí)間段后產(chǎn)品即將低于合格水平,，必須如何調(diào)整才能保證產(chǎn)品質(zhì)量合格,，這是一個(gè)預(yù)測(cè)預(yù)警的應(yīng)用場(chǎng)景。

第三個(gè)應(yīng)用層次是“精”,。除了將運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步到數(shù)字虛體中,，還要通過(guò)工藝模型、機(jī)理模型進(jìn)行模擬,，模擬后將優(yōu)化的控制數(shù)據(jù)傳送回去,，這時(shí)一邊是虛擬裝置+孿生優(yōu)化系統(tǒng)，一邊是實(shí)體裝置+自動(dòng)控制系統(tǒng),，具象到石油化工領(lǐng)域,，前面提到的CPS系統(tǒng)就是一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它能夠接收優(yōu)化控制數(shù)據(jù),，從而直接調(diào)整實(shí)際生產(chǎn),，達(dá)到精益生產(chǎn)的目標(biāo)。

石化行業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用案例

隨后,，余斌分享了由清華大學(xué),、北京航空航天大學(xué)、北京化工大學(xué),、華東理工大學(xué)等產(chǎn),、學(xué)、研,、用各領(lǐng)域的11家單位共同建設(shè)的數(shù)字孿生應(yīng)用案例,。

這個(gè)案例來(lái)自一個(gè)新建的石化企業(yè)，首先它具備數(shù)字孿生必須的工業(yè)基礎(chǔ),，自動(dòng)化控制率接近100%,；其次，它基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行建設(shè),，在信息化方面,，IT基礎(chǔ)設(shè)施,、大數(shù)據(jù)中心、機(jī)房和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施齊全,。

從需求的角度出發(fā),，該項(xiàng)目要實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的“安、穩(wěn),、長(zhǎng),、滿、優(yōu)”,?！鞍病笔前踩弧胺€(wěn)”是穩(wěn)定,；“長(zhǎng)”是長(zhǎng)周期,，設(shè)備每運(yùn)行一到兩年需要停工檢修，每次停工檢修需要一到三個(gè)月,，損失非常大,，因此提出了盡量長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)的需求?！皾M”是滿負(fù)荷,，設(shè)計(jì)2000萬(wàn)噸產(chǎn)能，如果只煉1800萬(wàn)噸,，也將造成非常大的損失,。“優(yōu)”是優(yōu)化,，為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的需求,，要實(shí)時(shí)控制生產(chǎn)過(guò)程中的“人、機(jī),、料,、法,、環(huán),、測(cè)”等因素。

項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)：一是控制誤差,，誤報(bào)率<1%;二是模型,，模型數(shù)量>1000個(gè)。余斌強(qiáng)調(diào)：雖然數(shù)據(jù)是核心,、是基礎(chǔ),，但是真正在企業(yè)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的是模型，沒(méi)有模型,，一堆數(shù)據(jù)就像散落的珍珠,，而把珍珠串成項(xiàng)鏈就會(huì)變成模型,，達(dá)到數(shù)字孿生“鏡、警,、精”的要求,。

該石化企業(yè)的數(shù)字孿生項(xiàng)目共選了三套比較有代表性的試點(diǎn)裝置。一是常減壓裝置,，二是聚丙烯裝置,，三是PTA裝置。針對(duì)這三個(gè)試點(diǎn)裝置,，制定了六個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景解決方案：分別是物料配方優(yōu)化,，工藝參數(shù)設(shè)置與仿真，生產(chǎn)過(guò)程建模與優(yōu)化控制,，質(zhì)量管理,，設(shè)備故障診斷與遠(yuǎn)程運(yùn)維，腐蝕管理,。

數(shù)字孿生總體架構(gòu)：一是物理空間,，由邊緣層把數(shù)據(jù)采集上來(lái)，在映射層進(jìn)行建模,，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)模型進(jìn)行修正和優(yōu)化,。其中，模型層主要有兩個(gè)：一是物理空間實(shí)體模型層,，二是虛擬空間多維模型層,。最終，基于這些數(shù)據(jù)和模型,，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了6個(gè)解決方案,，也就是6個(gè)應(yīng)用。

“與傳統(tǒng)的系統(tǒng)建設(shè)方式不同,，我們基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行建設(shè),，通過(guò)數(shù)字孿生模型、模型自進(jìn)化的方法,，以及一系列核心技術(shù),，最后實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證了上述6個(gè)解決方案，核心是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測(cè),，預(yù)測(cè)精度≥90%,，基本實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部件故障預(yù)警提前一小時(shí)以上，達(dá)到了優(yōu)化控制的目標(biāo),?！庇啾筇岬健?/span>

據(jù)介紹,，該石化企業(yè)的數(shù)字孿生項(xiàng)目已在今年4月底通過(guò)驗(yàn)收,，累計(jì)產(chǎn)生1.2億經(jīng)濟(jì)效益,。

數(shù)字孿生應(yīng)用展望

余斌認(rèn)為數(shù)字孿生應(yīng)用有三大發(fā)展方向：

• 一是要向超人工智能的方向發(fā)展。數(shù)字孿生的發(fā)展與人工智能技術(shù)密切相關(guān),。人工智能分為弱人工智能,、強(qiáng)人工智能、超人工智能,。比如阿爾法狗下圍棋這樣專(zhuān)項(xiàng)的人工智能技術(shù),，屬于弱人工智能;強(qiáng)人工智能是綜合性的；而超人工智能需要?jiǎng)佑酶嘤?jì)算資源來(lái)支撐,，已經(jīng)可以超過(guò)人腦去解決問(wèn)題,。數(shù)字孿生可以分為設(shè)備級(jí)、產(chǎn)線級(jí)(或裝置級(jí))和工廠級(jí),。設(shè)備級(jí)相對(duì)簡(jiǎn)單,，如果要做到工廠級(jí)，需要更強(qiáng)大的人工智能能力支撐,。

• 二是要向整體最優(yōu)的方向發(fā)展,。個(gè)體最優(yōu)不等于整體最優(yōu)，余斌認(rèn)為優(yōu)化好比人鍛煉身體,，如果只把右腿練的特別粗壯,，走路無(wú)法平衡。實(shí)際生產(chǎn)也是如此,，需要做整體優(yōu)化,，以往通過(guò)優(yōu)化的方式實(shí)現(xiàn)個(gè)體最優(yōu)，造成了大量的設(shè)備損耗,，因此通過(guò)數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化,，具有很大的發(fā)展空間。

• 三是向自進(jìn)化的方向發(fā)展,。基于數(shù)字孿生技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人工廠,，但是需要由自動(dòng)化+自主化向自進(jìn)化的方向發(fā)展。以設(shè)備在線監(jiān)測(cè)管理為例,，之前需要把數(shù)據(jù)傳到云端,，由專(zhuān)家定期查看云端中的報(bào)表，分析相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),，然后給出管理建議,；現(xiàn)在,，如果把專(zhuān)家相關(guān)的工業(yè)知識(shí)直接固化到系統(tǒng)中,，能夠?qū)崿F(xiàn)模型的自學(xué)習(xí)和自進(jìn)化，那么將不需要專(zhuān)家,。