2021-09-07

基于数据挖掘技术的石化行业大数据平台案例

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一、 项目背景

1.企业简介

山东创恩信息科技股份有限公司(以下简称创恩信息)前身为中国万达集团流程与信息化管理部,在为万达集团石化、橡胶、贸易、地产、金融等多个产业板块提供信息化服务的过程中积累了丰富的经验、形成了专业的信息化人才队伍,于2016年1月注册成为信息科技企业,并下设创恩(北京)信息技术有限公司。

业务领域包括:企业管理咨询服务;技术开发、技术转让、技术咨询服务以及与该服务相关的客户支援服务;企业信息系统整体解决方案;研究、开发和生产计算机软件、信息系统和网络产品;从事信息系统和数据管理系统的安装以及信息系统的集成;销售公司自产产品,从事货物及技术的进出口业务,代理进出口业务;提供计算机技术培训;提供供应链金融服务等。

创恩信息是甲骨文、德勤、西门子等国际主流IT公司战略合作伙伴,在项目中能够得到众多深度合作伙伴的技术支持,使创恩信息在IT技术层面紧跟时代发展步伐,保证了IT理论及技术的先进性和可行性,助推每项工作完美交付。

目前创恩信息拥有软件产品证书10项,软件著作权14项,其中包括创恩关务管理系统、创恩地磅远程监控平台、创恩化工行业仓库管理系统、创恩电商预售平台等。创恩信息已经通过信息服务管理体系、环境管理体系、质量管理体系及职业健康安全管理体系等一系列认证,并于2019年通过了CMMI三级资质认证。创恩信息拥有ORACLE金牌合作伙伴、SAP银牌合作伙伴、西门子(中国)全面战略合作伙伴、UI path认证合作伙伴、安恒及绿盟信息安全产品授权代理商等资质。

2.项目痛点

(1)企业涉及业务系统多,数据量大、格式繁多;各业务系统之间,管理与数据互不联通。

(2)企业的数据积累无法转化为知识积累,现有系统对于数据的挖掘深度有限;生产操作、参数调整严重依赖个人经验。

(3)生产调整无法快速响应外部市场变化,造成经济效益损失;产品产率、质量在传统方法下,提升的空间有限。

二、项目实施

1.总体实施思路与架构

(1)预期目标

进行大数据平台框架的整体设计;建设大数据管理基础平台;建设装置工艺分析平台,开发工艺数据的关联分析应用,实现装置各点位间关联关系的分析;开发产品收率优化应用,提升产品收率。

(2)实施思路

以Hadoop技术为基础构建大数据基础平台,为海量数据的承载提供支撑。在此基础上进行装置工艺分析平台的开发,工艺分析平台的开发分为工程开发和算法开发。工程开发主要包括:需求设计、代码工程化实现以及生产环境部署等。算法开发主要包括:业务理解、数据采集与处理、特征工程、模型训练、模型评价、在线部署、工业验证。

(3)实施架构

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实施架构如图所示:源系统为与最底层,本案例的数据来源为MES、实施数据库以及LIMS系统;向上是数据采集与转换层,主要完成数据的采集、清洗与转换工作;大数据基础平台负责对数据进行管理、操作及查询;业务应用平台针对具体的业务流程、工艺,进行模型的建立,最后将计算分析结果进行可视化,并通过前端展现层展现给用户。

2.应用场景与技术方案

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(1)应用场景和领域

按照《工业智能白皮书(讨论稿)》图6中的标准划分,本案例的应用场景属于生产现场优化,通过设备运行参数的优化来提升制造工艺。未来可能向着深度学习的方向进一步靠拢。

(2)技术实施方案

l  大数据平台整体设计

①设计大数据平台整体框架。

②数据源、数据采集、数据存储和数据计算、数据分析和数据挖掘、智能应用和可视化展示。

③设计大数据平台技术框架。

④设计发展演进路线。

⑤提供软件与硬件可行建议。

l  大数据管理基础平台

①建设大数据管理基础平台。

②支持企业内部/外部数据的快速采集与集成、实现海量数据的存储和高效的数据处理,为分析和数据挖掘应用平台提供数据支持。

l装置工艺数据分析

基于大数据和机器学习技术,利用大量数据进行深层次的分析挖掘,找到问题关联因子,发现原因,建立解决方案,实现工艺参数相关性分析。

l催化裂化装置产品收率优化

以催化裂化装置的综合效益为最终优化目标,基于大数据平台历史库中采集的工艺运行、原材料、产出等数据,建立与考核指标关联的预测模型和控制策略,利用新的控制策略给出最优化的参数组合,保证装置运行的 “安”、“稳”、“长”、“满”“优”,实现公司的效益最大化。

三、实施效果

1.经济收益:

项目实施后,催化裂化装置汽油收率可达0.5%。汽油收率提升,柴油/油浆/烧焦量会有一定程度的下降。取历史数据均值计算,汽油收率每提升0.5%,柴油下降0.3%左右,油浆和烧焦量分别下降0.1%左右;能耗方面,按平均催化装置每吨原料加工消耗52千克标油,能耗增加2%,每吨原料加工能耗增加1.04千克标油计算;产量方面,按照装置140万吨/年的加工处理能力计算,每年可产生经济效益973.9万元。建立了汽油收率特征分析模型及优化操作指导模型,在两次工业验证中,催化装置汽油收率提升约0.3%。

2.管理和社会效益:

为装置操作人员提供装置特征信息显性知识输出,构建了知识积累平台,降低对工艺专家的依赖度。

促进各业务环节的信息共享及数据快速流转,提高决策的合理性和对变化快速反应能力。

响应了国家“中国制造2025”发展战略,为石化行业信息网络技术应用、创新变革提供了典型应用案例。