数字石化 孪生智造—石油石化数字孪生白皮书

一石油石化数字李生白皮书 Contents 第一章纵横李生：数字业务、数字石化与数字李生01 1.1聚焦李生石油石化发展新机遇011.2定义李生—走进数字李生031.3纵横李生构建高度协同行业生态· 06 第二章制造李生：突破生产难点，实现深度数字化11 2.1工厂李生122.2生产李生20 第三章生态李生：推动产业重构，实现信息透明化27 3.1资源开发283.2管道储运293.3产品销售32 第四章决策李生：促进集团运营，，实现决策科学化37 4.1智慧经营384.2智能运营42 第五章驾驭李生：做好组织准备，保证战略落地45 5.1确定目标，顶层设计465.2规划数据，建立模型505.3技术落实，文化支持51 第六章体验李生：走进李生案例，探索创新标杆. · 54 6.1中科炼化一李生融合工业互联网，搭建“原生”智能工厂· 546.2九江石化一李生助力智能化进阶，打造“领航”智能工厂57 第七章未来李生：深度产业智能与工业元宇宙的联合盛宴60 7.1深度产业智能工业互联与生成式AI融合下的数字新企业607.2工业元宇宙—虚拟元宇宙与石油石化工业的互联互动62 第一章 纵横李生 数字业务、数字石化与数字李生 1.1聚焦李生—石油石化发展新机遇 2023年2月，中国政府发布（数字中国建设整体布局规划》，进一步明确了中国整体数字化发展与建设的目标，第一次提出了清晰的“2522”框架布局及完整的落地实施保障，为各行业的数字化发展指明了方向，更为未来中国的产业格局提供了蓝图指引。 最高规格数字化发展行动织领：《规划》由中共中央和国务院共同发布，规格与（中人民共和团团民经济和社会发愿第十图个五年规划和2035年选景日标编要》相同，高于国务院发布的（“十四五”数字经济发愿规处，是盗今为止最高规格的数字化相关的规划，将成为所有行业数字化发愿的量高行动绸机。 量具期照全面数字化发展日标：从时间降度上，近期到2025年，中期到2035，日标涉及数字基没施、数据资源与要素、散字经流与文化、数字创新与应用、数字治理与安全、数字暂域国际化等。这量连今为止最款陷、最全面的的数字化发展日标，也特推动行业和企业重新没定自已款字化发展日标。 量大体现数字接求的应用价值：在（规划》的杠架布恩中，首次提出“五位一体”深度胜合，即推进致字技术与经济、政治、文化、社会、生态文明建设“五位一体”采照合，充分青定了数字化的价值，这将引起各组政府和各行业企业的高 最能利落末来五年数罕化股资：(规划》发布后，全国已有至少17个省、直转市或自区启动了2023年度重大项日，北京市日前项日总投资2.4万亿元、福建省总投资4.09万亿元、广东省年度投票1万亿元、山东省总投需2.5万亿元、重庆市总股资3万亿元，量然这些投资不完全与数字化相关，但无疑会加大数字化接资比重，5G网络、干渠光网、IPv6、移动物联网、北斗卫量、东数西算等基础设缩建设得提速， 最有利于畅通数据资源大需环：在数字化业务时代，致损的业务化是格核心。不同绍门间、不同企业间、不同行业间的数据度，开展数据查产计价研究，建立数据要表按价值责障参与分配机制，这益政策将在一定程度打破致据摄岛，加快款据变品岛现象是常高，这大大限期了数弱价值的发挥。（规划）明确提出促进数据资源大错环，特别规出如快建立数摄产投制 能源安全在新时代社会主义现代化国家建设背景下凸显出重要的战略地位。关于“十四五”推动结构布局合理、绿色安全低碳的高质量发展格局，高端产品保障能力大幅提高，核心竞争能力明显增强，高水平自立自强迈出坚实步伐。 来源：IDC整理，2023 型的发展要求，石化、煤化工等重点领域企业主要生产装置自控率达到95%以上，这对于生产装置的精度及资产感知能力提出更高的要求。与此同时，优化产业布局及实现产业结构的优化需要生产与上下游深度打通，迈向产业智能。为此，数字李生作为数字化重要底层技术从产业发展的幕后走向前台，在推动行业高质量发展中发挥重要作用。 1.2定义李生—走进故字李生 根据石油石化行业数字李生应用路线图，数字李生当下虽然已被应用在诺多业务场景中，如设备状态监控、能耗数据监测等，但由于技术尚处于行业应用初期，业务部门乃至企业IT部门人员还未对数字李生形成系统性的认知，业务场景应用的梳理也不尽完善。不可吾认，数字李生是智能化业务场景实现的基石，是促进未来石油石化行业全域优化的先决条件，对改变石油石化企业生产运营和集团管理模式具有极强的战略价值。 IDC定义，数字李生是一种虑拟仿真现实的数字技术聚合，通过仿真构建的虚拟空间与现实空间映射，通过对虚拟空间的控制，高精度模拟对现实空间的影响。 石油石化行业有链条长、上下游关联紧密、高投入、高耗能、高风险、工艺复杂、过程连续、安全环保任务重等特点，数字李生可以帮助企业基于丰富的实验数据与工程模型形成专业的信息化数字库，进而生成上中下游的产业链条的数字化镜像，以实现对产业链条每一个环节的精细化把控，真正实现可视、可控、可预见。通过对虚拟空间的控制与送代，数字李生将对石油石化产业深度赋能，特别是在提高生产效率、改善质量和安全、优化资源利用、实现智能制造、提高决策效率等方面发挥重要作用。 IDC技术构成模型将数字李生技术采用的过程进行了可视化展示，根据技术对组织的影响将其分为三大类，并评估各技术在类别中的相对采用度。企业可根据IDC技术构成模型，结合自身风险偏好和转型潜力，制定相应的技术投资决策。其中，变革型指技术本身将创造新的业务及市场机会，从根本上改变当前的最佳实践；主导型指在现有技术的基础上进行可衡量的送代，实现业务的增量创新；机会型指此类技术将随着落地场景的发展而发展，不会对当前最佳实践产生明显影响。 目前，企业在数字李生方面的应用融合了模拟仿真、5G、认知分析、3D可视化等技术，致力于提升数字李生对场景环境和实验主体的模拟精准度。IDC认为，未来随着石油石化行业国际化和绿色可持续发展战略的深入推进，区块链、量子计算、网络安全等技术将成为不可忽视的技术变革力量，进一步推动企业提升应用场景的安全可控水平。 基于数字李生的定义及技术构成，从业务赋能与技术深度两个角度，本文将数字李生成熟度分为L1~L5五个级别。对应的数字李生路线图有“两次飞跃”，分别发生在L2和L5阶段，这是技术落实的两大难点及里程碑。 1.3纵横李生—构建高度协同行业生态 石油石化行业具有产业链条长、协同资源多等特点，这愈加突出了数字化生态的重要性，行业数字生态系统对其未来发展大有裤益。数字李生有对物理对象再现、分析和决策的技术特点，具有为石油石化行业生态系统注能的巨大潜质，可助力构建具备韧性的行业生态系统。为此，需要将数字李生与产业上中下游相结合，充分释放数字李生的生态价值。 1.3.1全景李生：纵观装置到集团，横观产业链生态 石油石化产业链条贯穿开采、运输、生产、仓储、销售等环节，数字李生将加速产业链要素的整合，为持续优化供应链、价值链及信息链提供底层支持。 数字享生通过对石油石化各场景的深度模拟，实现资产的数字管控，使呈现方式更直观，管控深度更精细，更有利于数据决策，能显著提高决策科学性，提升决策效率。同时，加强上下游之间的链接，打破一系列组织壁垒，并解决信息集成度不够所造成的“资源孤岛”和“数据孤岛”问题。 全景李生以工业互联网平台为底座，从纵观、横观角度观察数字李生对石油石化行业的赋能及支持（下图）。其中，纵观李生聚焦数字李生在不同业务层级的赋能价值，横观李生则关注数字李生对上中下游产业链的应用价值。 1.3.2纵观李生：构建基于数据的制造李生 纵观石油石化行业李生，数据由底层设备向工厂、企业、集团、产业链传输，通过李生体整合各纵向单元，进而实现“纵向信息反馈链”，提升集团决策的精准性及对底层资产的运筹管控。 数字李生将企业内数据整合，构建数据流动的良性循环，使人、装置、流程、应用相融合，推动物流、能流、资金流及信息流底层数据采集下沉，构建决策控制与数据支持的双向通道，拉近装置层至集团层的距离，精细化集团级运营管理能力。 主要价值体现有： 企业内信息透明化。石油石化企业纵向制造单元包含系统众多，不同的过程控制触点依立项时间不同、厂商不同、数据属性不同等存在数据孤岛现象。数字季生技术在不影响现有产线运营的状态下，可适配各类异构终端传感设备，重新构建数字李生体，将底层的物理环境与经营管理的工业互联网平台环境打通，实现数据的贯通及后续的李生替代，进而有助于精细化生产控制及优化。 高层级决策信息精准化。信息从来源端的提取、转换与加载，到目的端的数据建模、分析、洞察与决策的过程，存在着实时性差、精准度差的问题。数字李生可实现高层决策者至生产要素间的端到端信息传递，拉近高层级与低层级间的信息距离，助力管理者实现敏捷精准决策。 集团级资产碳可追化。数字李生通过追踪物联设备，重现油气单位生产能耗和碳排放，从而反向追踪生产耗能异常和排放异常，提升能源利用效率，为石油石化企业迈向绿色可持续奠定基础。 产业极享生 1.3.3横观李生：构建基于上中下游业务的生态李生 横观石油石化产业，产业的上中下游协作复杂。其中，上游向下逐步传递原料及产品，下游向上逐步传递环保和质量要求落实情况。任何一段的剧烈变化，都会引发巨大的“蝴媒效应”。 数字李生支持的工业互联生态，可加深产业上下游联系、保障供应的稳定与安全、降低运营成本、提高供应能力、改善制造工艺、模拟安全推演及预警、追溯环保指标、加速全流程可视化运营，同物流、人力流动、生产能力、能源调配、后勤供给、装备检修检测、运力调配、仓循周转、成本模算等方面更为合理，可大幅提高整个产业链生态系统的运转效率，减少供应“过剩”和“短缺”现象，提高供应水平，降低生产和使用成本。 采、国内开采。虽然上游采购的原油通过企业经营管理部门按照中下游需求统筹调配，但是由于油气开发项目要综合考虑当地气候与社会条件、油田生产状态、物流输送能力、履约情况等因素进行生产运输，国内和国外各地项目的生产配送周期、采购模式和产品需求也不一致，再加上港口信息和调配问题等，链条的协同变得异常复杂。这一系列在生产、运输、卸载等方面导致的问题，本质是物资、价格、运力等错配问题导致的不同层次、不同严重程度的“能源危机”。数字李生可强化产业链统筹、统计、调配、监控的能力，大幅度提升物资管控能力，使“能源危机”得到缓解。 基于数字李生的工业互联网平台，将石油石化行业中游与上下游业务进一步打通，企业运用平台的实时分析与洞察能力，实现上中下游生态的“协同效益”，推动产业布局的优化。 第二章 制造李生： 突破生产难点，实现深度数字化 生产环节位于产业链中游，是石油石化产业链的关键节点及承上启下的中枢，具有工艺流程长、原料来源多、生产集成复杂、设备种类多、操控难度大、环境复杂、高低温并存、物料易燃易爆、安全环保要求高等特点。 石油石化企业构建数字李生智能工厂的基本架构可以分成三个层次：物理空间、交互层和李生空间。物理空间为实体的装置、设备及工厂车间；交互层是支撑物理空间与数字空间的连接与映射，实现物联数据的采集、传输和边缘控制；李生空间是从多维度、多空间尺度及多时间尺度对物理实体的描述与刻画，形成与物理本体实时联系的李生体。通过物理本体与李生体的全面、实时双向联动，企业将实现对产品和工厂的设计、开发、生产、服务、运营等过程的全生命周期管理，并可在李生体上开展实验，进行预测优化，既能避免对本体的影响，也可提高效率、节约成本。 石油石化智能工厂是面向石油石化行业的智造新范式，将新一代信息通信技术与生产过程的资源、工艺、设备、环境以及人的生产活动进行深度融合，提升全面感知、预测预警、协同优化、科学决策四项关键能力，以更加精细和灵活的方式提高工厂运营管理水平，并推动形成新的生产组织模式和商业模式创新。 2.1工厂李生 智能工厂搭建时即引入数字李生将为生产赋予工业可互联属性。随着工业互联网平台的控制选代下沉，石油石化生产