流程工业中运营管理的数字化
前言：安全操作是流程工业最关心的问题
炼油厂和石化厂处理各种危险材料和工艺。其运营的 24/7 天性在安全性、合规性和可靠性方面提出了巨大挑战。尽管一直强调竞争力、产品质量和满足社会对稳定供应的要求，但每个工厂的首要关注点是以安全和环保的方式运营。
流程工业中的数字化：明确的前进方向
在过去的 5 到 10 年中，各种各样的利益相关者对工业 4.0 的特征产生了浓厚的兴趣，例如自动化、部署机器人、IIoT、区块链、云计算和 IT/OT 集成。领先的公司已经部署了具有强大数据管理系统、预防性和预测性分析、数字双胞胎等的自动化业务流程。 Shell、Exxon、BP、Reliance 和 Aramco 等公司已经以各种和/或集成的方式部署了这些类型的技术，以实现整体效益。例如，这些项目涉及的领域包括提高产量、灵活的利润改进机会 (PIO) 管理、以最低质量赠品满足所需的产品质量以及加工更便宜的原料。
许多自动化和/或数字化项目也已实施，以提高过程安全、工作场所安全、环境合规性、设备和操作可靠性、工厂完整性等。考虑到成本和收益，几乎每家工厂或公司都试图以谨慎的方式推进数字化的某些方面。
运营管理
加工厂的运营管理可以分为两个垂直方向：轮班操作和日间操作。通常，轮班操作按 24/7 时间表进行。轮班操作的目标是以安全和完美的方式执行所有活动。这个目标包括三个方面，即：
- 始终在定义的操作窗口内操作工厂和设备
- 按照规定的程序进行所有操作
- 按照从日常运营中收到的计划和指示运营工厂
在加工厂中，通常大约 40% 的旋转设备处于待机状态，其余设备处于运行模式。根据设备的状态，定义其“操作窗口”并且必须保持。同样，必须监视停机的工厂并将其保持在定义的停机状态。在关闭的工厂中，经常会看到色谱柱处于过压状态或储罐过满，从而导致不良事件。
对流程行业过去事故的快速回顾告诉我们，这种情况通常是由于在没有设定程序的情况下操作而出现的，或者有时是使用了错误的程序。
需要以书面形式向轮班操作人员提供适当的计划和指示，以避免沟通不畅。例如，在没有计划或说明的情况下，将油轮卸到错误的储存容器或将错误的产品发送给客户的情况并不少见。
日常运营的目标是对运营有一个中期的看法，并将其与业务计划保持一致。日间操作与技术和工程人员合作，确保定义正确的操作窗口并提供给轮班操作。他们还确保所有必需的程序都可用。日常操作的日常琐事之一是向班组提供生产计划和操作说明。
日间运营还关注面向资产的船员所需的能力，并制定了详细的计划来定义和发展这些能力。
除了轮班和日间作业，还有第三个角度：现场作业。站点运营的目标是对整个站点的所有计划和活动进行适当的管理和治理。组织中的各种员工和职能部门确保执行相同的操作，以便定义和实现站点或公司的总体目标。
图表由作者提供。
运营管理数字化
为了帮助实现轮班、日间和现场运营的所有目标，可以考虑对其管理的几个方面进行数字化。
数字化操作窗口
在传统操作中，操作窗口保存为 Microsoft Excel、Word 或 .pdf 文档中的文档。此类文件通常会在三个月到一年的某个时间间隔进行审查和修订。但工厂运行有一个操作窗口，该窗口以报警的形式嵌入到 DCS 中，预计班次操作将在该窗口内进行。
由于过程工厂在多种状态下运行，并且考虑到各种设备在任何给定时间处于不同状态，因此在数字平台下为所有设备和过程定义针对不同状态的操作窗口是有益的。该数字数据集部署在 IT 平台上，当与 DCS 实时有效集成时，可以确保轮班操作能够实时查看定义的操作窗口并相应地操作工厂。
霍尼韦尔、艾默生、横河和其他公司已经开发了这些类型的 IT 应用程序，它们可以保持数字操作窗口并与 DCS 集成。由壳牌、埃克森、艾默生和霍尼韦尔等几家公司推动的异常情况联盟分析表明，如果设备始终在定义的窗口内运行，可以避免大约 40% 的设备故障或降级。数字平台使班次操作能够持续了解正确的操作窗口并实时控制设备和工艺条件。
数字化程序和清单
轮班操作由标准操作程序 (SOP) 提供。几乎所有通常轮班执行的活动都以 SOP 的形式记录在案。很多时候，一些 SOP 有清单。这些 SOP 通常以 Word 或 .pdf 格式提供。此类 SOP 通常通过 IT 平台上功能强大的内容管理系统得到良好管理。轮班操作预计将打印输出并根据现场实践使用。清单一经填写，将被保存或扫描并上传到系统中。
有机会将 SOP 和清单数字化。可以为每台设备严格定制数字化 SOP 和检查表，以确保在任何轮班任务中避免使用错误的检查表或程序。
数字化运营计划和说明
操作指令通常通过写入工厂控制室可用的寄存器来传达。值班人员必须阅读相同内容并签字确认。
当操作计划和指令被数字化时，可以很容易地监控轮班人员如何遵循指令以及在执行指令或命令时遇到了哪些困难。可以针对换档指令分析各种事件和趋势，甚至可以在特定条件下“激活”指令，从而在上下文相关的情况下避免对人的依赖。
数字化能力框架
面向资产的员工能力会根据实践各种任务的机会数量而得到磨练。轮班任务通常涉及设备状态监测、设备转换、设备隔离和移交、设备启动和停止等。面向资产的工作人员也是现场第一批遇到紧急情况并采取适当行动的人。
在传统实践中，能力是根据参加的培训课程的数量、通过的测试数量、在培训模拟器上花费的小时数等来定义和衡量的。然而，在数字化能力管理框架中，可以衡量特定操作员遇到的机会数量，例如过滤器组反洗、分子筛床再生以及设备隔离和安全移交。可以数字化跟踪成功操作和执行错误的数量并用于改进。
数字化网站运营
如前所述，站点运营完全与管理和治理有关。它涉及定义和管理中心标准、程序、实践和政策。它包括业务协调；计划和调度；库存管理;物资管理;承包商管理；人力资源；合规性；客户、供应商和社区参与；安全;和许多其他专业领域。
数字化为提高现场运营的许多方面的效率提供了机会，特别是在生产计划和库存控制方面。数字化有助于质量控制和保证；成本控制;催化剂、化学品和其他材料的管理；承包商管理；等等。
为了提高安全性，可以将各种类型的过程安全信息数字化，例如 PFD、P&ID 和数据表。端到端数字化——由各种过程安全管理 (PSM) 流程的强大数据结构支持——将为组织带来近期和长期的利益。
数字化的其他好处
各种运营管理活动的数字化提供了巨大的好处。这里值得强调的其中之一是开发模型和执行分析的潜力。数字化数据可用于诊断、预防性和规范性分析、预测设备的剩余寿命、预测催化剂的运行时间、统计过程控制等。在许多情况下，正确完成数字化可以更好地了解流程能力和限制，从而进行更有效的规划。
工业技术