工業互聯網作為新一代信息技術和實體經濟深度融合的產物，是產業數字化轉型的核心方法論，更是推進實數融合與新型工業化的戰略性基礎設施和重要驅動力。石化化工是國民經濟的重要支柱產業，產品種類多、工藝流程長、物料物性雜、工況苛刻，且多涉及重點監管的危險化工工藝、化學品和重大危險源。在人工智能、大數據、云計算等新技術加速滲透，資源環境約束不斷增強，綠色安全發展任務更加緊迫的新形勢下，通過強化工業互聯網賦能，加快特色工業互聯網平臺培育，推進行業標準體系建設，深化新一代信息技術融合應用等方式，推動行業數字化轉型，是提高全要素生產率、打造競爭新優勢、筑牢綠色安全底線的必然選擇。

1　行業需求

近年來，基于國內外發展形勢和自身轉型升級需求，我國石化化工行業積極探索人工智能、大數據、5G、數字孿生、物聯網等數字技術創新應用，從生產外圍向核心環節不斷延伸拓展，取得一定成效。

1.1　石化化工行業數字化現狀

石化化工是國民經濟的重要支柱產業，經濟總量大、產業鏈條長、產品種類多、關聯覆蓋廣，關乎產業鏈供應鏈安全穩定、綠色低碳發展。據統計，2024年石化化工行業增加值占工業的14.9%、占全國GDP的4.5%。在資源環境約束不斷增強，綠色安全發展任務更加緊迫的新形勢下，石化化工行業網絡化改造、數字化轉型、智能化升級需求日益迫切，從“理念普及、試點示范”邁入“系統創新、深化應用”新階段。截至2023年12月底，石化行業工業云平臺應用率為56.5%，關鍵工序數控化率達80.6%。推進數字化轉型是利用人工智能、大數據等新一代信息技術提高全要素生產率，推動行業高端化、綠色化、安全化、融合化發展，實現質量變革、效率變革、動力變革的重要路徑，對于發展新質生產力、助力行業高質量發展、構筑國際競爭新優勢具有重要意義。

近年來，工業和信息化部多措并舉，持續推動石化化工高質量發展。《關于“十四五”推動石化化工行業高質量發展的指導意見》將“數字化轉型”列為“五項主要目標”之一，《石化化工行業數字化轉型實施指南》強調支持石化化工企業加快“智改數轉網聯”，在生產控制、安全環保等重點環節加快新型工業網絡、儀器儀表、智能裝備設備、關鍵軟件和系統等“基礎填平補齊”，深化新一代信息技術融合應用等“先進成熟技術推廣”，并設置重點領域數字化技術改造提升工程專欄。開展工業互聯網與重點產業鏈深度融合“鏈網協同”行動，加速石化化工行業5G工廠量質提升和工業互聯網標識解析體系建設，深化工業互聯網標識解析體系建設應用，積極探索推進5G/5G-A、TSN、工業光網、邊緣計算、信息模型、開放自動化等新技術應用場景。成立石化化工行業數字化轉型推進中心，制定《石化和化工行業數字化轉型成熟度評估》行業標準，促進石化化工行業持續健康發展。

石化化工行業以業務全覆蓋、流程全在線、決策全智能、交付全數字為目標，數字化設計工具、集成化管理平臺、自動化控制系統、先進控制系統和生產管理信息系統等建設成效明顯。數字化仿真、自動化控制等技術在化工新材料、專用化學品、現代煤化工等領域科技攻關和成果應用較為廣泛，助力設計效率、生產效益和管理水平提升。石化化工企業聚焦設計研發、生產制造、經營管理、用戶服務等全業務鏈數據的實時采集和全面貫通，充分發揮人工智能、大數據等技術創新應用，深化企業內外部數據共享、信息交換和業務協作，促進數據要素的按需流動和有效銜接，將專家經驗、工業機理轉化為數字經濟時代新的產業競爭力和新的經濟增長點，中石油、中海油、國家管網集團等積極探索構建垂直行業大模型，持續推動科技創新和產業創新深度融合。石化化工園區加快資源配置優化共享、供應商管理、綜合采購信息化、生產倉儲物流等信息系統集成，推動園區智慧化管理，區域內產業鏈供應鏈優化，以行業內大企業帶動中小企業轉型。

1.2　融合應用需求

工業互聯網是實體經濟和數字經濟深度融合的關鍵底座，是推進新型工業化的戰略性基礎設施，在石化化工行業的數字化、網絡化、智能化發展中正逐漸發揮出重要支撐作用，通過融合應用可以助力石化化工企業全面降本增效、提升產品質量、助力業務增長，實現高效的產業鏈、供應鏈管理，打造智能、綠色、安全的生產體系。

（1）石化化工產品種類多，物料物性雜，亟需通過數字化轉型確保生產過程和產品質量的穩定性。

石化化工產品包括基礎化學原料、肥料、合成材料、專用化學產品、橡膠等多個種類，且生產過程中涉及的物料物性較為復雜，傳統依靠人工進行質量檢驗與問題統計分析的方式逐漸無法滿足行業要求，通過工業互聯網推動行業數字化轉型，對物料物性進行準確表征，對生產設備過程參數進行監控，對設備運行狀態進行分析，可以實現生產過程的全周期管控和產品質量的全流程追溯，以確保生產過程和產品質量的穩定性。

（2）石化化工是典型的流程制造行業，工藝流程長，亟需通過數字化轉型降低生產成本，提高經營效率。

石化化工是以連續流程為基礎的生產方式，原材料經過一系列的物理、化學、生物反應，不同的工藝步驟，最終轉化為成品，生產過程中產生的數據龐大且繁雜。通過工業互聯網推動行業數字化轉型，可以打通生產執行、經營管理等各層級系統，實現自動化生產線的運行，打造數據驅動的精益管理體系，使得生產過程更加精準高效，提高市場響應速度和管理決策水平，優化資源配置效率。

（3）石化化工產業鏈條長、關聯覆蓋廣，亟需通過數字化轉型保障產業鏈供應鏈安全穩定。

石化化工產業鏈覆蓋上游原材料環節、中間產物環節、下游制品環節，上下游關系極為復雜，且存在中低端產能過剩、高端產能不足等問題，亟需優化產業結構，攻克核心技術增強創新發展動力，提升精細化、高端化水平，加快轉型升級。通過工業互聯網推動行業數字化轉型，可以進一步提高上、中、下游的協同水平，提高先進產能比例，化解過剩產能，淘汰落后產能，提升產業資源配置效率，有效擴大優質供給。

（4）石化化工行業具有高能耗、高排放的“雙高”特點，亟需通過數字化轉型降低能耗排放、實現綠色生產。

石化化工生產加工過程的能耗類型多樣，碳排放來源多、強度大，在碳達峰、碳中和目標下，石化化工行業亟需有效控制碳排放，推動行業綠色高質量發展。通過工業互聯網推動行業數字化轉型，提高生產加工工程的自動化和智能化水平，促進減污降碳、節能增效，實現能源動態平衡和優化利用，促進石化化工行業綠色低碳發展。

（5）石化化工行業工況苛刻，涉及的原料和產品大多具有危險特性，亟需通過數字化轉型保障生產安全。

石化化工行業工況苛刻，且多涉及重點監管的危險化工工藝、重點監管的危險化學品和重大危險源，通過工業互聯網推動數字化轉型，加強對生產安全的全局考慮和系統規劃，減少現場處置人員，全面辨識分析風險，及時進行穩妥處置，并通過生產數據的實時監測防止和減少生產安全事故。

2　融合應用總體架構

工業互聯網作為新一代信息通信技術與工業經濟深度融合的新型基礎設施、應用模式和工業生態，通過人、機、物的全面互聯，實現全要素、全產業鏈、全價值鏈的全面連接，構建形成全新的工業生產制造和服務體系，是數字化轉型的實現途徑。因此，基于工業互聯網的數字化轉型參考實施路徑是一個伴隨著組織變革的能力建設、資源整合、融合創新的過程。

圖1  融合應用總體架構

在能力建設階段，企業通過機房搭建和擴容對IT基礎設施進行升級，提升企業數字化計算能力，同時積極引入云計算、大數據、智能分析等技術建設計算分析平臺，通過架設物聯網、5G等推進內外網改造，配合網絡和數據安全防護的保障，完成了數字化基礎設施建設。此外，數字化基礎能力的建設也提升了工藝數控化、設備裝置等聯網化水平，推進了人、機、物全面連接，增強了數據采集、匯聚、流動的集成能力，為企業數字化轉型提供了堅實的基礎。

在資源整合階段，依托數字化基礎設施，構建“數據+平臺+模型+應用”的工業互聯網整體解決方案，通過數據驅動不斷突破整合企業已有業務軟件。例如，以MES為核心整合APC等軟件構建生產運行平臺，以ERP為核心整合供應鏈管理、CRM等軟件，構建經營管理平臺。在推進軟件整合過程中不斷對流程進行解耦、重構和連接，通過流程協同在平臺上產生和沉淀工業機理模型微服務組件，孵化形成軟件定義能力，進一步加強數據開發利用，推動業務運營智能化和可持續化提升。

融合創新階段是資源整合過程中不斷探索、積累形成的，本質上是企業生產、運營、商業模式的重構，主要包括新能力、新模式和新業態。通過推進數字化轉型，企業逐步積累設備、產品、質量全生命周期、全過程數字化管理的新型能力，延伸形成網絡化協同、個性化定制、服務化延伸等新應用場景和模式，催生了以供應鏈生態和公共服務為代表的平臺經濟新業態。

3　融合應用場景

工業互聯網賦能石化化工行業形成平臺化設計、智能化生產、個性化定制、網絡化協同、服務化延伸、數字化管理、精細化投融、可視化治理及工業互聯網+安全生產、工業互聯網+綠色低碳的“8+2”應用模式，覆蓋36類應用領域，初步形成137項具體場景。

3.1　平臺化設計

（1）工廠數字化設計與交付

一是運用數字化協同設計軟件，集成工廠信息模型、制造系統仿真、專家系統以及數字孿生等技術，進行工廠規劃、設計和仿真優化；二是通過構建統一的數字化交付平臺進行工廠模型數據交付，促進設計、建設與運維體系之間的高效銜接，實現工廠全業務系統的數字化管理。

（2）產品數字化設計

一是搭建數字化智能設計仿真平臺，構建產品三維設計和仿真模型，實現設計標準、專家知識經驗及設計、仿真數據沉淀；二是建立實驗室管理系統，實現實驗室業務全面線上管理、測試數據結構化沉淀；三是基于產品標準庫和設計知識庫，進行研發設計大數據分析，實現全維度（外觀、結構、性能等）產品自動優化設計，為研發知識經驗積累提供數據支撐。

（3）工藝數字化設計

一是通過工藝仿真軟件，基于機理、物性表征和數據分析技術，建立加工、檢測、裝配、物流等工藝模型，進行工藝全過程仿真，預測加工缺陷并改進工藝方案和參數；二是基于工藝知識庫實現工藝流程、工序內容、工藝資源等知識的編排與調用，為工藝規劃與設計提供決策支持；三是建立工藝設計與產品設計的協同平臺，通過產品設計的介入與聯動，實現工藝設計與產品設計間的信息交互、并行協同。

（4）創成式研發

創成式研發基于AI技術，通過算法自動迭代和調整，從而生成并優化研發方案，工業互聯網可通過數據集成、研發數據管理、實驗室管理、優化算法等方式實現產品的創成式研發：一是將產品的全生命周期信息集成于協同研發平臺，實現產品數據“網絡化”，形成研發知識和能力正向循環；二是通過研發數據管理平臺，在設計研發過程中，實現對產品設計數據、文檔的結構化管理和數據共享，為研發知識經驗積累提供數據支撐；三是建立實驗室管理系統，通過實驗室設備與管理系統的深度集成，實現實驗室業務全面線上管理與測試數據系統沉淀；四是基于大數據、人工智能算法，整合設計、仿真、實驗、生產、運行等數據，自動生成多種研發方案，并通過優化算法進行最優選擇。

3.2　智能化生產

（1）基礎設施工

業互聯網可通過自動識別裝備、控制系統、檢驗檢測裝備、人機協作系統、工業機器人、無人智能巡檢、工藝過程裝備等基礎設施的部署實現生產控制：一是圍繞石化化工生產高溫高壓、密閉、多介質、多粉塵、高噪聲、強干擾等復雜工況和相應的特殊裝備，布設高清攝像、高精度傳感、高性能定位模組等數據采集設備；二是利用5G、工業光網、Wi-Fi6、工業以太網、北斗導航等新型網絡通信技術，實現設備互聯、業務互聯、產業互聯；三是部署可編程邏輯控制器、分布式控制系統、安全儀表系統等工控系統，實現智能裝備的遠程控制和智能化管理。

（2）煉化領域

針對生產流程長、多源原油加工過程參數多變等原因導致的生產過程中工藝參數涉及一系列非線性和動態耦合，亟待加強工藝過程優化控制；機泵等動設備數量多、投資大，亟待保障裝置平穩運行；資源環境約束收緊，亟待提高風險感知、預警能力等本質安全水平，以及碳排放可視化、能耗優化調節等清潔生產水平。基于油品及化工產品市場需求變化，企業優化生產計劃等需求，一是通過全裝置先進過程控制系統，對裂化爐、再生器、機泵等主要設備全參數狀態監測及預測性維護，開展“工業互聯網+危險化學品安全生產”建設，通過三廢監測、噪聲監測、能源供應、生產、輸送、轉換、消耗全流程精細化管理和在線優化、碳資產管理系統等，解決煉化生產過程中控制參數調整頻繁、裝置非計劃停車、事故損失大、重大危險源風險集中、危險氣體泄漏難預測、碳排放及碳資產數據管理基礎薄弱等問題；二是通過數字孿生、大數據、人工智能等技術在三維數字化工廠建模、過程實時優化、色譜在線監測、大宗化工產品區域共享庫存預見性管理、以周為單位排產等方面的應用，推動煉化企業提升裝置生產運行管控水平、加強供應鏈風險預警和彈性管控能力。

（3）現代煤化工領域

針對提升壓縮機等設備穩定性，能量生產和釋放頻繁等亟待提高安全管控、能源平衡、成本精細化管理水平等需求，一是推廣全裝置先進過程控制系統，壓縮機等主要設備全參數狀態監測及預測性維護，“工業互聯網+危險化學品安全生產”建設，三廢監測，能源供應、生產、輸送、轉換、消耗全流程精細化管理，碳資產管理系統等，解決現代煤化工生產過程中控制參數調整頻繁、安全風險集中、碳減排壓力大等問題；二是鼓勵新技術在三維數字化工廠建模、過程實時優化、色譜在線監測、設備預測性維護等方面的應用，推動現代煤化工企業夯實智能化發展基礎、提升裝置生產運行管控水平。

（4）傳統煤化工及化肥領域

針對降低老舊裝置居多導致的“跑冒滴漏”，加強“兩重點一重大”安全風險管控，降低能耗及碳排放強度，滿足農業精耕細作對化肥消費升級要求等需求，一是推廣氣化爐先進過程控制系統、“工業互聯網+危險化學品安全生產”建設、大型機組狀態監測、智能立體倉儲管理系統等，解決化肥生產過程中鍋爐工藝指標平穩控制難度高、機組等故障多發、液氨及硫酸儲罐安全管理難度大、碳排放管理基礎薄弱、袋裝肥料裝卸勞動力密集等問題；二是鼓勵新技術在三維數字化工廠建模、過程實時優化、煙氣排放達標、可視化巡檢無人機、企業運營管理決策支撐、化肥流向全過程追溯等方面的應用，推動化肥企業提高勞動生產率、提升本質安全和清潔生產水平，加速服務化轉型。

3.3　個性化定制

多品種小批量的化工產品柔性生產通過人工智能算法、專家系統等智能化技術，對生產過程進行實時監控和優化，可靈活應對不同種類、不同規格的生產需求，提高化工產品的生產效率和質量水平。一是運用仿真、三維數字孿生等虛擬技術，結合排產算法模型，實現作業全過程虛擬化生產，滿足個性化、柔性化生產需求調整；二是通過模塊化、成組和產線重構等技術，搭建柔性可重構產線，根據訂單、工況等變化實現產線的快速調整和按需配置，實現快速配方、產線、設備、工藝過程切換，滿足多種產品自動化混線生產的需求；三是建立常用數據分析模型庫，利用AI、大數據分析、邊緣分析等技術實現智能型柔性制造和管理能力，滿足多品種小批量化工產品的多元化定制化需求。

4　應用成效

4.1　資源統籌集約，降低建設成本

通過采用“云”技術架構，通過“云、管、端”的承載方式，通過統一的基礎平臺，集成視頻監控、能耗管理、環境管理、安全管理、園區服務等多種智慧園區綜合業務，對園區數據信息、園區業務實行統一管理、統一處理、統一存儲，全面感知、智能調度，構建集安監、環保、供排水管網監測等于一體的智慧化園區，實現園區運行管理狀態的全程實時監管和動態調整，對園區資源實行集約化管理和統一運維，有效防止和避免了園區各業務功能單獨建設造成的無序投入和重復建設，實現園區科學化精細化管理。

4.2　保障園區安全生產，降低安全事故損失

科學運用云計算、大數據、物聯網、人工智能等先進信息技術，對園區及園區所有企業，各類危化品、危險源進行有效監測預警，從源頭上規范了園區的安全生產監管和企業實現安全生產，強化園區及企業安全生產意識，嚴格落實安全生產主體責任。在加強園區和企業安全生產基礎建設的同時，建立了園區閉環的安全管理體系，形成隱患識別、報告、治理的良好氛圍，保障了園區與企業安全生產“零事故”，最大程度保障和避免企業因發生安全事故而造成的經濟損失，間接為企業、園區帶來經濟效益。

4.3　發揮智能分析決策優勢，營造安全穩定的環境

以防控安全生產風險為重點，通過智能化系統建設，實現來源可查、去向可追、責任可究、規律可循，可有力防范和化解系統性的安全風險，從源頭治理、綜合治理、精準治理、治理閉環等方面全面加強園區環節安全監督管理和預防控制的能力，維護企業、員工、周圍群眾生命財產安全，營造經濟社會發展安全穩定環境。

4.4　構建高品質智慧園區，助力化工專屬經濟區域發展

以新一代信息技術為手段，以智慧應用為支撐，有效整合園區內外社會資源，實現園區安全管理智能化、公共管理數字化、公共服務網絡化，為園區及其周邊企業的安全管理賦能、安全生產護航，提升園區、企業、周邊民眾的安全管理和監督聚合效應，促進園區發展向本質安全型轉變，拉動園區化工產業健康發展，更好地為茂名市化工產業高質量發展插上智能化“翅膀”。

本文摘自《工業互聯網與石化化工行業融合應用參考指南（2025年）》

摘自《自動化博覽》2025年6月刊