1.1 新一轮智能制造发展战略

智能制造是将大数据、人工智能、物联网、云计算等新一代信息技术与设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节融合，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。它具备以智能工厂为载体、以关键制造环节智能化为核心、以端到端数据流为基础、以网通互联为支撑的四大特征，可有效缩短产品研制周期、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗，对推动制造业转型升级具有重要意义。

1.1.1 德国工业4.0与流程工业智能制造

德国工业 4.0 是在德国工程院、弗劳恩霍夫协会等学术界和产业界机构的建议和推动下形成的，由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手支持，在2013 年4月的汉诺威工业博览会上正式推出，并逐步上升为国家战略。其目的是提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。德国工业 4.0 的核心内容可以总结如下：建设一个网络（信息物理系统），研究两大主题（智能工厂、智能生产），实现三大集成（纵向集成、横向集成与端到端集成），推进三大转变（生产由集中向分散转变、产品由趋同向个性转变、用户由部分参与向全程参与转变）。

在德国工业领域，以巴斯夫、汉高化学等公司为代表的流程工业巨头和SAP、西门子、博世等信息化、自动化巨头建立了战略合作关系，推出了一系列工业 4.0 举措。例如，巴斯夫公司的数字化战略包括以下内容。

● 通过全新的数字服务，向客户实时提供重要信息。

● 综合利用内外部大数据提升巴斯夫的创新力。

● 与客户共同创建一个集成的供应链，交换物流相关大数据。这有助于巴斯夫向客户提供更优质、更快捷的服务。

● 在生产过程中，运用大数据更准确地预测装置的维护需求，减少意外停车的情况。

1.1.2 美国工业互联网与流程工业智能制造

美国工业互联网的愿景是在产品生命周期的整个价值链中将人、数据和机器连接起来，形成开放的全球化工业网络。实施的方式是通过通信、控制和计算技术的交叉应用，建造一个信息物理系统，促进物理系统和数字系统的融合。2014年4月，美国工业互联网联盟成立，其目标是制定通用标准，打破技术壁垒，实现不同厂商设备之间的数据共享。该联盟起草了工业互联网参考体系结构，定义了工业互联网的功能域、技术及标准，同时着手开发用例和测试床，助力软硬件厂商开发与工业互联网兼容的产品，实现企业、云计算系统、计算机、网络、仪表、传感器等不同类型的物理实体互联，提升工业生产效率。

美国很多自动化和控制系统巨头（如GE、霍尼韦尔、艾默生、阿斯本、OSIsoft等）在传统流程工业控制优化的基础上，创建新的数字化业务，迎接流程工业数字化转型的到来。例如，著名的流程工业优化控制软件系统巨头阿斯本公司依托自身40年的工业技术与数字解决方案的融合，以及当今工业 4.0 技术的能力，提出一种新策略。这种策略将软件中的物理和化学机理模型与先进大数据技术的分析功能相融合，从而协助流程工业建立卓越的运营系统。阿斯本公司认为后互联网商业时代具有明显的VUCA特征，即易变性、不确定性、复杂性、模糊性。在复杂多变的市场条件下，全球生产企业纷纷寻求茁壮成长的途径，许多生产企业正在借助数字技术发展或转型。

1.1.3 中国制造强国战略与流程工业智能制造

当前，我国制造业已形成了门类齐全、独立完整的产业体系，规模跃居世界第一。然而，与世界先进国家相比，我国制造业仍然大而不强，在自主创新能力、资源利用效率、信息化程度、质量效益等方面差距明显，转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。在新一轮科技革命和产业革命与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇的战略机遇期，以智能制造为主攻方向，推进我国信息化和工业化深度融合，已成为中国制造强国战略的必然选择。

2015年3月9日，工业和信息化部印发了《2015年智能制造试点示范专项行动实施方案》，决定自2015年启动实施智能制造试点示范专项行动。该方案明确要坚持立足国情、统筹规划、分类施策、分步实施的方针，以企业为主体、市场为导向、应用为切入点，分类开展并持续推进流程制造、离散制造、智能装备和产品、智能制造新业态和新模式、智能化管理、智能服务6方面试点示范。通过试点示范使关键智能部件、装备和系统自主化能力大幅提升，产品、生产过程、管理、服务等智能化水平显著提高，智能制造标准化体系初步建立，智能制造体系和公共服务平台初步成形。

例如，中国流程工业的代表—中国石化提出“十三五”期间公司将加快推进智能油气田、智能工厂建设，建成3～5个智能油气田示范区、10个智能工厂，完成智能化管线系统推广，智能油气田和智能工厂的运营成本降低20%，劳动生产率提高20%，同时实现智能工厂万元产值综合能耗降低 6%。目前，中国石化在燕山石化、镇海炼化、茂名石化和九江石化4家企业试点智能工厂建设，取得明显成效。4家试点企业的先进控制投用率、生产数据自动采集率分别提升了 10%和 20%，均达到 90%以上，外排污染源自动监控率达到 100%，生产优化从局部优化、离线优化逐步提升为一体化优化、在线优化，劳动生产率提高10%以上，提质增效作用明显，促进了集约型内涵式发展。九江石化、镇海炼化分别于2015年、2016年入选国家工业和信息化部“智能制造试点示范项目”。4家企业试点智能工厂建设的主要成果包括以下几方面。

● 提升资源优化和调度指挥水平。通过将管理层、生产层的信息系统集成，实现生产运营管理的数字化、可视化。九江石化利用计划、调度全流程优化平台，持续开展加工路线比选等工作，2015年滚动测算121个案例，累计增效2.8亿元；镇海炼化通过一体化生产优化信息平台，实现了从计划、调度到操作控制的全过程生产优化，2015年生产优化综合增效3.5亿元以上。

● 提高生产操作质量和效率。燕山石化开创了“黑屏操作”新模式（无报警时屏幕不亮，报警时屏幕高亮显示），最长黑屏时间可达4小时，53套装置的操作站实现生产正常状态下操控台黑屏、生产异常状态下系统自动精准警示，降低了劳动生产强度，提高了应急响应速度和处理能力；镇海炼化建成了国内首个全封闭、全自动、无人操作的2.5万吨化工产品立体仓库，仓库人员减少66%，铲车配备下降50%，库存管理效率大幅提升。

● 支撑生产稳定、高效运行。4家试点企业建立了“大师远程诊断工作室”，科研院所和各企业的技术专家利用远程技术诊断系统，实时在线监控生产装置运行状态，保障生产装置稳定、高效运行。茂名石化通过工艺优化数据分析，使汽油收率提高0.22%、辛烷值提高0.9，提高了高价值产品产量。

● 支持能源管理创新。4家试点企业建成了能源管理和优化系统，建立了企业能源管控中心，加强了对能源产、输、转、耗全过程的跟踪、核算、分析和评价，实现了能流可视化、能效最大化和在线可优化，能源在线优化每年节约成本近1 000万元。

● 提升安全环保水平和应急指挥能力。4家试点企业开展了泄漏检测与修复（LDAR）管理工作，涵盖260余套装置和179万个检测点。其中，九江石化实现了“全员、全过程”HSE管理，建立HSE观察卡3.85万个，环境信息通过“环保地图”实时展示。

● 形成智能工厂1.0标准推广模板。通过智能工厂建设，中国石化进一步拓展了自主研发软件MES（生产制造执行系统）的功能，带动了国内厂商软硬件的研发，打破了国外垄断，构建了智能工厂信息化标准体系，包括6大类70项数据编码、6大主题 935 项数据指标、13 个专题业务模板，形成了应用规范 11 册、标准业务流程48项，总结的智能工厂项目推广模板为后续的推广建设奠定了基础。

下一步，中国石化将通过智能化建设，推动企业生产方式、管控模式变革，提高安全环保、节能减排、降本增效、绿色低碳水平，促进劳动效率和生产效益提升。

1.1.4 各国流程工业智能制造的差异和启示

对比上述三国流程工业智能制造，可以看出以下差异。

（1）德国基于其强大的工业基础，自下而上积极地推动工业 4.0 战略，希望通过新一代信息技术在制造业中的应用，确保其制造业的优势地位；推动流程工业的代表性企业（如巴斯夫）与信息化、自动控制领域的代表性企业（如SAP、西门子等）进行横向合作创新，力图通过工业4.0建立新的行业标准，保持原有的优势地位。

（2）美国基于其领先的互联网创新能力，强调软件、网络和数据，注重互联互通和互操作，自上而下打造工业互联网，期望重新夺回制造业霸主地位。以Aspen为代表的软件巨头正融合大数据、机器学习、人工智能的新动能，有可能进行颠覆性创新。

（3）我国流程工业正处于由大变强、转型升级的关键时期，不同规模、行业和区域的企业水平差异巨大，应基于我国流程工业的实际情况，借鉴别国经验，制定适合我国国情的标准化战略。国内的流程工业巨头如中国石化在智能工厂建设中兼顾两化融合，并融入了大数据、物联网、云计算、人工智能等最新技术。

德国和美国流程工业的发展对我国的启示可以归纳如下。

（1）行业巨头应注重生态链的培育，如自动控制企业要和国内物联网厂商、互联网企业进行合作对接。要运用资本市场的力量，培育一批流程工业数字化转型的行业巨头，形成甲方客户与乙方系统供应商全面合作的局面。

（2）我国必须瞄准国际最新技术动态，利用我国流程工业前十年两化融合的成果和经验，直接在大数据创新上实现突破，进而拉动和促进人工智能、物联网、云计算的集成应用。虽然我国在之前的传统工业软件方面发展滞后，但是通过对工业大数据的深化应用，走统计模型与机理模型结合的道路，依托互联网的先进业务模式，实现我国在先进制造系统上的弯道超车，完全具备可行性。因为人类的科学进步是否定之否定螺旋式发展的，大数据技术发展到今天，已经具有在一定程度上替代和提升机理模型的能力。而与此同时，我国经过近百年的工业化历程，已经发展成为世界最大的制造业国家。两者的结合，一定会使我国工业水平达到一个全新的高度，也是中华民族复兴大业的坚强支撑。