邮箱: @ 密码:
>> 社员风采 >> 撷秀拾才
用创新“引擎”驱动“智造中国”
——全国政协委员、中国工程院院士钱锋访谈
发布日期:2019-05-09 来源:人民政协报
【字体: 【颜色: 浏览量: ...

编者按:

习近平总书记指出,信息技术、生物技术、新能源技术、新材料技术等交叉融合正在引发新一轮科技革命和产业变革。这将给人类社会发展带来新的机遇。当今世界,科学技术作为第一生产力的作用愈益凸显,工程科技进步和创新对经济社会发展的主导作用更加突出。

推动制造业高质量发展是提升国家竞争力的“重中之重”,是中央经济工作会议确定的2019年重点任务。石油化工是国民经济的基础和支柱产业,是推动经济高质量发展的关键和重点行业之一。立足新时代,创新驱动经济高质量发展,如何运用“智能+”为制造业转型升级赋能?本期由全国政协委员、中国工程院院士、华东理工大学副校长钱锋谈智能制造。

■自主创新

成功研制丙烯精馏过程先进控制系统

石油、化工、钢铁、有色、建材等原材料制造工业是我国制造业高质量发展的基石。我国虽然是世界第一大原材料制造工业国,但其发展面临着更为突出的资源、能源、环境约束问题。多年前,全国政协委员、中国工程院院士钱锋团队,选定了过程控制和过程系统工程领域研究,经过长达数十载的埋头攻坚,成功研制丙烯精馏过程先进控制系统。

据钱锋介绍,上世纪80年代末,我国工业化进程迅猛发展,微型计算机的出现及其在化工过程控制中的应用水平不断提高,但与西方发达国家相比,仍存在着很大差距。特别是,那时我国大型乙烯装置的全部装备(包括控制系统硬件和软件)几乎都从国外进口,“引进、消化、吸收再创新”的自主创新之策让钱锋深受触动。

“对于我们这一代知识分子而言,家国是我们难舍的情结,使命在心,责任在肩。”经过慎重思考,他怀着科研一定要服务于国家重大战略和企业实际需求的信念,选定了过程控制和过程系统工程领域,开始了长达数十载的埋头攻坚,研制工业装置的控制“大脑”。

为何要如此控制生产装置?如何用不同的方法获得更好的控制效果?能不能突破国外的控制指标、做得更好?面对着庞然大物般的石化装置,钱锋没有打怵,常常思考如何能将工业装置运行的效率和质量再提高。

1995年,钱锋来到中国石化扬子石化公司,开展石油化工领域关键乙烯装置计算机先进控制系统的创新研发。他发现工艺、装备及自动化系统等全部从国外引进的乙烯装置,不知何故,其生产过程的物耗、能耗较国外设计指标都要高。

“当时研究的项目是丙烯精馏过程先进控制系统,丙烯和丙烷沸点比较接近,再加上混合物中含有绿油等重组分,这导致了其精准分离控制较为困难。”在研究了装置原理和操作规程后,钱锋开始了探索和实践,“即使理论研究和实验室研究都通过,但要在真正的大型工业装置上进行实际操作,那也完全不是一回事”。

那段时间,即便是吃饭睡觉,钱锋都在思考潜在的解决方案,抓紧一切时间一遍又一遍地进行数据分析以及工艺流程机理和自动控制系统机制的模拟仿真研究,研究设计了很多种自动控制方案,并与企业操作人员、技术人员和工程人员等进行深度交流和工业装置现场测试,再修改、再计算、再调整……

“在实际工业生产装置上做实验是不可行的。”为了将实验室获得的研究规律与装置多年运行的真实数据进行合理的匹配,钱锋一天到晚泡在工厂,工作至深夜一两点钟是常态。

“由于我曾在工厂工作过,对工业装置较熟悉,因此很容易与工人们打成一片,与他们一起三班倒,这样才能遇到问题及时思考和分析,然后再回到实验室做模拟研究,确保各项实验顺利进行。”

尽管困难重重,却依旧无法阻挡满怀的科研热忱。就这样,钱锋最终从众多错综复杂的研究设计方案中找出了最佳组合,铺设出最佳途径,在不改造原有生产装置硬件情况下,通过计算机先进控制和优化操作,降低了生产过程的物耗、能耗,提高了装置产能和效能,性能远远超过国外专利商的指标。

丙烯精馏过程先进控制系统的成功研制,给了钱锋更多的勇气和信心,科研目标也开始由一个单元操作转向整个乙烯生产流程的智能化调控,正式开启了在具有自主知识产权的智能优化制造领域的攻坚。

■以智为引

推动源头创新

习近平总书记强调,发展实体经济,就一定要把制造业搞好,当前特别要抓好创新驱动,掌握和运用好关键技术。提高生产制造水平和效能,是解决资源、能源与环保重大问题的关键,也意味着我国石化工业必须从局部、粗放的生产与管理模式向全流程、精细化模式转型。

钱锋介绍说,我国的工业制造萌芽于十九世纪,是为应对西方工业革命而产生。工业制造包括离散制造和流程制造两种:前者是将不同的元部件及子系统装配加工成较大型系统,考虑的是如何使流水线得到最充分的利用,削减生产成本;后者则是通过一条生产线将原材料制成成品,如铁矿石炼成钢铁、石油提炼成汽油、柴油和化学品等。

流程工业涉及面广、体量大,生产工艺过程连续进行不能中断,加工顺序通常固定不变———生产设施按照工艺流程布置,物料按照固定的工艺流程,连续不断地通过一系列设备和装置被加工处理成为成品。其生产过程通常需要严格的过程控制。

以石油为例,由于资源紧张、对外依存度较高,我国每年的石油进口量非常大,仅去年就有近70%来自于进口。所以,对这些大宗进口资源,一定要高质量利用,将其有用成分吃干榨尽、提高利用率,而目前我国在这方面的总体技术水平与国外相比还有一定的差距。

钱锋为之不懈努力探索攻坚,力争实现的我国石化工业智能优化制造领域的源头技术创新,正是化工、原油加工等行业发展亟须解决的重大难题。

天道酬勤,久久为功。钱锋和团队研究成果现在已是“遍地开花”:瞄准石油化学工业的智能优化制造,针对乙烯、精对苯二甲酸(简称“PTA”)、炼油等重要的代表性石化装置,创新性地将化工过程物质转化机理与装置实时运行信息相融合,进行石化装置智能建模、先进控制和实时优化运行技术的研究开发;完成了中国首项自主创新的“大型乙烯装置全流程先进控制与优化运行”技术、软件与系统的研发,提出了烃类裂解反应与热传递过程逐点耦合建模方法,研制了裂解炉全周期运行机理模型、仿真模拟软件与优化操作系统。发明了系列融合机理和运行信息的智能控制技术,实现了原料特性变化工况下的多种产品分布及其质量控制。创新了裂解原料和负荷配置的动态多目标优化、基于大系统分解-协调的复杂能/质耦合网络优化方法,实现了乙烯全流程协同与系统集成优化。相关技术已在国内乙烯行业全面推广应用,打破了我国乙烯行业先进控制与优化技术长期依赖国外引进的局面;在国内率先开展“大型精对苯二甲酸装置先进控制与优化运行技术”研究,建立了对二甲苯氧化反应过程单元效能与主导可控因素之间的表征模型,实现了工业装置先进控制与实时优化。提出了溶剂脱水过程五元共沸精馏特性表征模型,实现多塔-多循环分离体系先进控制与优化运行。研发了PTA加氢精制过程物质转化与能量传递过程的耦合模型,实现产品质量保证下能效的梯级利用。相关技术已形成全流程集成优化技术,并在数套大型PTA装置上成功应用,突破了国外专利技术限定的工艺操作范围,综合能耗远低于国外专利技术指标,为大型PTA装置成套技术自主创新作出了重要贡献;自主创新研制了“大型炼油过程智能制造系统”,研发了炼油过程机理模型与全流程实时仿真、全流程运行性能评估与协同优化、融合装置运行特性的生产计划智能优化决策等技术、软件及系统,实现了炼油过程生产模式的自适应优化和价值链最大化。创新提出了原油、成品油在线调合工艺包技术,发明了调合效应模型及其参数在线辨识方法,实现了前序工艺动态变化下的调合配方在线实时优化与控制。相关技术已在工信部智能制造试点示范企业——中国最大炼化企业中国石化镇海炼化2300万吨/年炼化一体化装置,中国石化上海石化1600万吨/年油、化、塑、纤一体化装置,中国石化九江石化千万吨级炼油装置,以及中国石化金陵石化1800万吨/年炼油装置成功应用……

对钱锋教授的科技创新工作,国家给予了多项荣誉奖励——除了获得4项国家科技进步二等奖、10项省部级科技进步一等奖等20余项省部级科技奖励之外,钱锋个人还获得了何梁何利基金科学与技术创新奖、全国发明创业奖、上海市科技精英、上海市劳动模范、上海发明家等荣誉,入选首届新世纪百千万人才工程,国家“973计划”项目首席科学家、教育部“长江学者”特聘教授、国家“杰青”,并于2015年12月当选为中国工程院院士。

“路都是一步步走出来的,今天我们所面对的流程制造业,在经过了一个相当长时间的数字化、自动化、网络化发展过程后,正在向智能化迈进。”钱锋表示,将传统制造业与人工智能深度融合,正是自己和团队瞄准的努力目标。

钱锋认为,实施工业生产智能制造,最关键的因素是观念的转变———工业制造智能化绝对不是简单的让机器变得更加自动化,而是一种思维模式的转变,需要一群具有同样思维模式的人协作,实现整个制造流程的变革。他认为,有效利用现代信息技术和人工智能技术,解决目前流程工业在经营决策层面、生产运行层面、能效安全环保层面以及信息集成层面存在的瓶颈问题,推进以高效化、绿色化和智能化制造为目标的流程工业高质量发展,实现全局生产、管理以及营销模式的变革,是流程工业实现高端制造的关键所在。而以“智”为引,继续探索将具有自主知识产权的核心技术应用于工业装置,助推现有的工业制造再向智能化方向提升,也是钱锋将为之不懈耕耘的“远望”。

作为三届全国政协委员,发挥新型智库功能,以“智”启政、以“智”惠民,先后向全国政协提交了“推进原材料工业智能制造,实现流程制造业高质量发展”“加强行业特色大学建设,促进高校创新能力提升”等10项大会书面发言和50余件提案,受到国家相关部门的高度重视。

(钱锋,全国政协委员,九三学社中央委员、上海市委副主委,中国工程院院士,华东理工大学副校长。长期从事石油化工生产过程智能建模、先进控制与系统集成优化的应用基础、技术创新和工程应用研究,研究成果已广泛应用炼油、乙烯、芳烃、聚酯等大型石油化工装置。本文转载自《人民政协报》2019年5月8日 12版)