一、企业简介

       陕西秦风气体股份有限公司（简称“秦风气体”）是西安陕鼓动力股份有限公司（SH.601369）的控股子公司，于2012年10月25日成立，是专业化、规模化的国有大型工业气体系统解决方案商和服务商，现股东为西安陕鼓动力股份有限公司、陕西延长石油（集团）有限公司、陕西化工集团有限责任公司、陕西金融控股集团有限公司等。秦风气体核心业务包含空分、合成气、焦炉煤气综合利用、液体零售等，经营区域覆盖陕西、河北、江苏、河南、内蒙古、山东、安徽、福建、山西、新疆、辽宁、甘肃、云南、黑龙江等省份，在全国投资、建设、运营20余家专业气体工厂，员工近千人。秦风气体成立以来，始终秉承“为客户创造价值”的经营理念，“安全、稳定、长周期、满负荷、优质低耗”的供气理念，“100%满足客户需求”的服务理念，致力于煤化工、钢铁冶金、石油化工等领域工业气体的投资、建设、运营和服务，并构筑安全、环保、质量、能源管理的长效机制，从制度和管理执行两方面加强环境保护和节能减排管理工作，建立健全节能减排的长效机制，通过职业健康与安全、环境、能源、质量管理四体系认证，为安全、绿色、节能、低碳低能耗运行发展奠定坚实的基础。

二、企业在智能制造方面的现状

       秦风气体智慧工厂是在数字化工厂的基础上，集数据实时分析和智能化新兴技术于一体，构建一个高效节能、绿色环保、环境舒适的新型工业生产管理智慧工厂。秦风气体通过建立远程操作、智能化运营、智能化运维、安全智能化、液体销售全流程统管和仿真模拟操作培训等“六大统管”，打造“高效运营”+“安全可靠”双轮驱动的智慧气体工厂。

       本项目所形成智慧气体生态解决方案作为一种集物联网、大数据、云计算成果等先进技术于一体的综合性方案，通过智能化手段优化空分设备的运行，提高生产效率和产品纯度，满足市场对高质量气体的需求；通过数字化安全监控技术，加强空分现场的过程安全管理，确保生产过程中的安全稳定；借助智能感知、控制系统实现用电、用水等方面的精细化管理，降低资源消耗和碳排放，符合绿色环保要求；以智能制造为推手，推动空分行业的技术创新和产业升级，提升整体竞争力。秦风气体通过智慧工厂建设，打通了生产、工艺、设备、安全、销售等不同部门之间的数据，加强各部门的协同能力，强化秦风的总部统管能力，助力秦风气体达到行业内智能化运营的顶级水平，在存量项目卓越运营的基础上，谋求更大的增量市场，为秦风打造世界一流工业气体供应商做出重要贡献。

       具体应用是，工业流程装置智能运营平台、空分装置智能优化、压缩机动态仿真、智慧气体远程控制、操作员培训仿真、工业装置移动管家、EAM设备管理系统及安全信息管理平台等系统，通过深度挖掘数据要素价值，不仅提升了生产效率与安全性，还为行业的可持续发展提供了强有力的支撑。项目具有以下特色和亮点。

       1）工业流程装置智能运营平台集成了物联网、大数据、人工智能等先进技术，实现了对工业生产全流程的实时监控、数据分析与智能决策。随着全球制造业向智能化转型的加速，该平台的市场需求日益增长。特别是在化工、冶金、能源等重工业领域，对于提高生产效率、降低能耗、保障安全生产的需求尤为迫切，因此该平台具有巨大的市场潜力和广阔的应用前景。

       2）空分装置作为工业气体生产的核心设备，其运行效率直接关系到企业的生产成本和竞争力。空分装置智能优化系统通过采集设备运行数据，运用先进的算法模型进行智能分析，实现装置的优化运行。在空分市场需求持续增长的背景下，该系统对于提升空分装置能效、降低能耗、延长设备寿命具有重要意义，市场需求旺盛。

       3）压缩机作为工业流程中的关键设备，其性能直接影响到整个生产线的运行效率。压缩机动态仿真系统通过高精度仿真技术，对压缩机的运行过程进行模拟分析，帮助设计师和工程师在设计阶段即发现潜在问题并进行优化。随着工业对设备性能要求的不断提高，该系统在提升压缩机设计水平、缩短研发周期、降低试制成本方面具有显著优势，市场需求潜力巨大。

       4）智慧气体远程控制系统通过物联网技术实现对气体生产、储存、运输等环节的远程监控和智能调度，有效提高了气体供应的安全性和可靠性。在能源、化工、冶金等多个行业，气体供应的稳定性和安全性至关重要，因此该系统具有广泛的市场应用空间和巨大的社会价值。

       5）操作员培训仿真系统为操作员提供逼真的操作环境模拟训练，有效提升了操作员的技能水平和应急处理能力。随着企业对安全生产和员工培训重视程度的提高，该系统在提升员工素质、降低事故风险方面具有重要作用，市场需求持续增长。

       6）工业装置移动管家系统通过移动互联网技术，实现对工业装置的远程监控、故障诊断和预防性维护，提高了设备的运行可靠性和维护效率。在设备密集型行业，如制造业、能源业等，该系统对于提升设备管理水平和降低维护成本具有重要意义，市场需求旺盛。

       7）EAM设备管理系统通过集成设备管理、资产管理、维护管理等功能，实现了对企业设备全生命周期的精细化管理。在资产密集型企业中，该系统对于提升资产管理效率、降低运营成本、延长设备使用寿命具有重要作用，市场需求广泛。

       8）安全信息管理平台通过集成安全监控、风险评估、应急管理等功能，实现了对企业安全生产的全面监控和智能管理。在安全生产要求日益严格的背景下，该系统对于提升企业安全管理水平、降低事故风险具有重要意义，市场需求持续增长。

       上述系统均形成了具有可复制、可推广的运用数据要素赋能行业的解决方案或应用模式，为行业转型升级提供了有力支撑。上述平台通过构建统一的工业互联网平台，实现了对工业生产全流程的智能化管理。其成功应用不仅提升了企业自身的生产效率和管理水平，还为同行业企业提供了可借鉴的智能化转型路径和解决方案。通过标准化、模块化的产品设计和推广策略、平台化运营和生态构建，该平台有望带动整个工业领域的智能化升级。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

       1.项目背景介绍

       工业气体产品是现代工业重要的基础原料，应用范围十分广泛，被视为国民经济基础设施的“命脉”。随着能源行业发展与改革的需要，工业气体厂的建设、运行和管理要以信息化和工业化深度融合为导向，提升智能化水平，推动传统工业气体厂向智慧、智能工厂转型。

       为了适应智慧能源企业的发展需求，深入贯彻党的二十大和中央经济工作会议精神，充分发挥数据要素乘数效应，赋能工业气体产业，针对空分行业目前存在的工艺调整频繁，但滞后参数多，外部扰动影响大，对人员操作要求高，劳动强度大，人员紧缺等问题。通过建立空分装置智能优化控制、装置智能运营平台、生产装置智能移动管家、操作员仿真培训、装置远程控制、能效管理系统、设备管理系统、安全管理平台，使应用企业实现：

       提高效率：通过智能化改造，提高生产效率和管理水平，降低生产成本。

       确保安全：利用智能监控系统实时监控生产流程，预防和减少安全事故的发生。

       环境保护：通过智能化管理和优化生产工艺，减少污染物排放，实现绿色生产。

       提升服务：利用大数据和互联网技术，提供更加精准和个性化的服务，增强客户满意度。

       创新驱动：通过智能化平台的数据分析和挖掘，促进产品和技术创新，提升企业的核心竞争力。

       2.项目实施与应用情况详细介绍

       1）总体实施架构

       本项目按照安全标准规范、信息系统软件设计制造标准、控制系统集成标准的设计标准；遵循设计原则先进性和成熟性、安全性、可靠性、开放性和灵活性、实用性与方便性、可扩展性的设计原则；项目实施的总体原则为以成熟的产品平台架构为基础，具有完善的安全备份策略保障体系，符合流程工业企业生产管理的基本流程业务实践，满足企业日常生产管理基本要求，并预留企业未来信息化新项目的扩展接口，具有企业特色的应用管理平台。

       本系统按照统一规划，分步实施的指导方针，根据企业的生产经营目标，构建集生产管理、资产管理以及能效优化为一体的综合智能化平台。
 
       系统所有功能基于信息安全保障体系、信息化标准和信息资源整合的环境之下，并支持同外部系统进行集成。

       总体上根据业务应用层次的不同，分数据采集监控、控制层、管理层和企业层等系统部分。通过从现场仪表到控制系统（DCS），从生产过程信息管理业务的集成实现从底层到上层的真正的管控一体化的信息化系统。

       网络架构设计，充分考虑数据采集的完整性和安全性。通过标准的OPC通讯方式或MODBUS等通信协议，将生产现场数据通过数据采集器进行采集。本项目在网络架构设计上具有以下特点：为保证系统稳定运行和安全，数据服务器与前端采集机之间通过高速网络连接，并且建立完整有效的断线续传机制，即便网络暂时中断，也不会丢失生产数据，充分保证数据的安全性和完整性；利用物理隔离网闸，隔离生产控制层与生产管理层网络之间的数据，保证生产控制层网络的安全；实时历史数据库采用冗余部署的方式，保证生产实时数据和业务数据的完整性、高可靠性和安全性；支持生产管理数据可以通过外网，以及手机端进行访问；支持ERP及视频监控等第三方系统的集成。
 
       智慧气体生态解决方案由空分装置智能优化控制（EAOC-ASU）、装置智能运营平台（EAOC-EMAES）、生产装置智能移动管家（EAOC-APP）、装置操作员仿真培训系统（EAOC-OTS）、装置远程控制、能效管理系统、设备管理平台（IEAM）、IMO智能在线监测诊断系统、安全管理平台等组成，从数据采集、数据集中存储、数字专线、控制优化、数据应用等多个方面着手整体统一协调管控，进而实现气体工厂智能化水平，实现降本增效。

       2）关键技术创新

       （1）空压机流量神经网络数据回归。空分装置中，空压机流量在负荷变动时并不与负荷呈线性关系，其影响因素较多，尤其在动态系统中，很难找到稳定值。大型空分公司（如Air Products公司）都有内部的空压机流量回归关系。但国内空气分离装置目前仍旧依靠操作员经验对空压机流量进行设定，装置不易稳定且波动引起不必要的能耗，或构建出塔氧气流量与空压机流量之间的线性关系来调整空压机流量，但不易使装置稳定。本技术通过神经网络算法回归出空压机流量与各影响因素之间关系，为企业生产提供理论指导。所构建神经网络为Backpropagation（BP）神经网络，对输入数据采用mapminmax函数进行归一化处理，映射区间[-1，1]，使各指标处于同一数量级，避免了指标之间量纲的影响。隐藏层采用tansig激活函数，输出层采用purelin激活函数，网络采用trainlm权值学习算法。最终计算公式结合智能控制系统，进行空压机流量调节。

       （2）空分系统集中优化与分散控制技术。大型空分装置智能控制系统综合考虑了分馏塔、氩塔、压缩机等单元的内部特性及相互间的关联性，并结合操作人员的长期生产经验及智能控制实施经验，分别建立子系统。各个子系统控制器的操作变量和被控变量的选择根据装置的特性以及目标要求，建立相对应的控制器模型，各控制器之间紧密联系，相互影响，又存在一定的独立性。主要包括压缩、主分馏和氩精馏子系统的多变量预测控制。同时，在空分装置的优化控制过程中，各子系统的优化设定点需要兼顾变量之间相互影响和自身内部控制需求，满足空分装置的稳定操作要求，对各子系统的设定点需要进行协调优化。本项目基于空分全生产流程的预测控制模型对由上述子系统构成的大系统进行集中操作优化，将操作优化结果作为设定值传递给各个子系统。每个子系统分别由基于各自子过程的模型预测控制进行控制，同时为减少各子系统之间的相互干扰，在各个子系统之间添加前馈控制器对扰动进行补偿，进一步提高系统的总体动态控制性能。

       （3）智慧气体一体化平台技术。本系统打造空分装置运营一体化平台，可降低装置智能化建设成本。通过打造底层统一数采系统，将工业实时数据库和关系数据库进行集成，实现控制、生产、设备和安全数据统一化管理。

       （4）基于数据空间的实时设备故障预警。基于数据多维空间尺度的设备状态模型将保存在基础实时信息系统（DCS/SCADA、实时数据库、TDM/TSI）中的设备原始海量实时数据通过专利的实时数据挖掘技术转化成设备动态“空间”模型，同时依据设备动态模型生成设备状态“相似度曲线”来反映设备当前工况下的真实安全状态，并根据设备相似度的变化来判断并发布设备潜在故障的早期预警。

       （5）国产化替代。工业智能化方向，国外同类先进产品较多，也有一定先发优势。智慧气体系统的核心产品均实现国产化替代。其中空分装置智能优化系统在双层结构模型预测控制技术的基础上，提出集成能量与物质平衡的稳态计算方法，作为自动变负荷的核心技术，具有约束处理能力强、鲁棒性强和参数调节简便等优点，解决了空分装置智能优化控制和操作优化的非线性、强耦合、多变量、大时滞难题。

       3.效益分析

       1）量化经济效益

       运营成本节约：通过提高生产效率，减少资源浪费，降低成本。例如，空分装置先进控制（APC）技术能够优化空气分离过程，减少能源消耗，从而显著降低生产成本。建立了基于前馈控制的空分系统集中优化与分散控制技术，实现空分装置变负荷速率达到0.5%/min，提升运行经济效益2%～3%。整体技术达到国内领先、国际先进水平。

       原料消耗降低：通过智慧空分技术应用，在优化运行的同时，解放人员日常操作强度，让他们有时间有精力关注装置高效运行。同时利用智能化软件产品，通过模拟仿真与验证，确定最优运行工况，减少原材料消耗。

       降低人力消耗：通过智能控制、远控中心项目的建设，实现了一键变负荷、一键启停机操作，极大降低现场内操人员操作强度，集中控制实现了单人多套装置的远控，可减少现场操作工数量，降低装置人力消耗。

       增加收入：通过提高产品质量和一致性，增加客户满意度，进而提高市场份额和销售收入。例如，通过持续改进控制策略，确保最终产品的纯度高于行业标准，可以吸引更多的高端客户。

       减少停机时间：通过预测性维护和动态仿真技术，减少非计划停机时间，提高设备可用性。例如，压缩机动态仿真可以帮助企业在实际问题发生前采取预防措施，减少因故障导致的生产中断。

       2）解决行业难题：

       技术瓶颈突破：通过技术创新和智能化手段解决长期存在的技术难题。例如，操作员培训仿真系统（OTS）利用虚拟现实技术提供沉浸式培训环境，有效提升了操作员技能水平，降低了实际操作中的错误率。

       资源优化配置：通过数据分析和智能运营平台，优化资源配置，提高资源利用率。例如，工业流程装置智能运营平台通过实时监控和数据分析，帮助企业发现并解决能耗高的问题，提高能源利用效率。

       3）社会效益

       （1）赋能“双碳”目标：

       节能减排：通过精细化管理和技术优化，减少能源消耗和排放。例如，空分装置先进控制技术能够减少不必要的能源损耗，有助于降低企业的碳足迹。

       资源循环利用：通过提高资源利用率，促进循环经济的发展。例如，通过对生产过程的优化，可以实现废物的最小化处理和再利用。

       （2）推动“双链”融合：

       供应链协同：通过智慧气体远程控制中心与供应链伙伴共享实时生产数据，确保供应链顺畅。例如，通过提前预测需求变化，可以及时调整生产和发货计划，避免过度库存或缺货的情况。

       产业链升级：通过提供先进的技术支持和服务，促进整个产业链的升级和发展。例如，工业装置移动管家APP便于供应商和服务提供商快速响应客户需求，加强合作与沟通，推动产业链上下游协同发展。

       （3）促进区域经济发展：

       就业机会创造：通过提高生产效率和技术水平，创造更多的就业机会。例如，在某些欠发达地区，通过引入先进的技术解决方案，可以带动当地就业和经济增长。

       技术转移与扩散：通过技术交流和合作，促进先进技术在当地的应用和扩散。例如，智慧气体解决方案的成功案例可以作为模板推广至其他地区，推动整个区域的技术进步。综上所述，这些解决方案不仅能够帮助企业取得显著的经济效益，如成本节约、原料耗及人力耗降低、收入增加和生产效率提升等，还能够在节能减排、供应链协同、产业链升级以及促进区域经济发展等方面发挥重要作用，产生广泛的社会效益。随着这些技术的不断发展和完善，它们将在推动制造业转型升级方面发挥越来越重要的作用。