工业4.0

作为工业4.0的核心，工业领域的智能化变革却面临诸多挑战。一方面，在企业内，生产运营仍然存在诸多问题，例如：1、如何进一步将AI技术、大数据技术等应用到生产过程中，从而大幅度地提高生产效率、降低生产和建设成本；2、如何应对老龄化，确保老一代工人所掌握的控制、运营和维护方面的知识得以传承，以及如何适应新一代工人知识结构体系变化；3、如何快速响应外部环境变化，实现柔性化生产制造；4、如何摆脱传统控制器厂家的制约，保障生产者的Know-how知识产权得以保护。另一方面，针对生产现场的智能化改造，1、如何打通信息孤岛，实现不同厂家专有系统之间的互联、互通、互操作；2、如何将智能融入到工业生产的过程控制中，实现生产效率质的提升。这些问题仍处于探索当中。工业生产企业的管理者们希望新的技术能够帮助他们应对这些挑战，传统工业控制架构也需要与时俱进，拥抱AI、大数据分析、物联网等新技术，面向工业智能时代建立新的工业控制体系架构，充分发挥新一代信息技术的赋能效应，提升制造业高端化、智能化、绿色化发展水平，实现企业的业务增长和发展。

人工智能产业链的主要包含三个核心环节基础技术、人工智能技术和人工智能应用。其中，基础技术主要包括数据平台、数据存储以及数据挖掘等，人工智能技术包括语音识别、自然语言处理、图像识别和生物识别等，人用智能应用有工业4.0、无人驾驶汽车、智能家居、智能金融、智慧医疗、智能营销、智能教育以及智能农业等。 人工智能的基础技术主要依赖于大数据管理和云计算技术，经过近几年的发展，国内大数据管理和云计算技术已从一个薪新的领域逐步转变为大众化服务的基础平台。而依据服务性质的不同，这些平台主要集中于三个服务层面，即基础设 施即服务（laas）、平台即服务（Paas）和软件即服务CSaas）。

电气设备的智能化、无人化是目前行业发展的趋势，也是实现工业4.0的基础。参考能源局行业标准NB/T42044--2014《3.6kV~40.5kV智能交流金属封闭开关设备和控制设备》的相关标准，结合电厂运维情况，研究实现开关倒闸操作的远方程序化、自动化，可以减少操作人员配置:研究如何实现开关柜本体智能化的自诊断功能，可使设备检修更具有针对性，防止过修或失修，可以减少维护成本。 京能(锡林郭勒)发电有限公司位于锡林郭勒草原腹地，地理位置偏远，交通极为不便，且冬季长达6个月，低温可达-40C，工作条件差，人员成本高。如何有效减少人力投入，提高人员效率，降低运营成本，对企业自身发展十分必要和迫切，这在客观上要求电气设备特别是中压开关柜具备智能化、本质安全等特点，达到解放人力，提高设备可靠性与智能化水平的目的。 目前电厂配电系统中，智能化功能仅实现了遥测、遥控、遥信功能，即对开关柜综保数据、开关分合远控的功能:而在倒闸操作中，仍采用两名操作员依据操作票就地手动操作:在开关柜维护中，还未实现本质上的精益点检与状态检修，在现有技术上进- - 步减少操作人员配置、提高自动化水平，仍有很大的研究空间。 电厂的中压开关停送电工作量大，存在伤人风险，不利于本质安全。新型中压开关DCS远程可视停送电系统只需要运行人员在远方操作模式下，输入相应命令，开关设备自动、顺序执行倒闸操作，实现就地无人化，减少人力投入，提高操作人员效率，有效降低运营成本:另一方面，通过电动智能控制单元可以实现操作顺序程序化，全面防止人员误操作及疏忽，充分保障安全;最后，通过不同监测手段，对开关内部运行参数进行智能分析，通过可视化的数据及智能化的诊断结果做到设备运行状态的实时掌握，变定期维护为状态检修。

放眼世界，中国、美国、德国、日本等主要工业国家均出台国家顶层战略，加快推动工业数字化转型，强化工业核心竞争力，构筑新竞争优势。美国多年来持续并强化布局先进制造业，在2011年发布《先进制造业伙伴计划》、2012年提出《国家制造业创新网络计划》、2014年成立工业互联网联盟（IIC）、2018年提出《关键与新兴技术国家战略》，为加快数字化技术在制造业的应用，在2020年更新《关键和新兴技术清单》、2021年提出《无尽前沿法案》并将IIC更名工业物联网联盟、2022年发布《2022国家先进制造业战略》，试图通过先进制造技术的突破引领工业数字化发展，持续扩大工业领域的核心竞争优势。德国率先提出工业4.0概念，在2010年提出《高技术战略2020》、2014年发布《高技术战略2025》、2016年发布《数字战略2025》，为持续扩展人工智能等数字化技术领域，在2019年发布《工业战略2030》和《人工智能战略》修订版、2021年发布《德国新数字化战略》。

电力在第二次工业革命后几乎支撑了目前所有的工业生产，是工业3.0和工业4.0的基础，更是“中国制造2025”的保障。这就使得电力基础设的安全显得尤为重要，而电力系统的“发输变配用”各个环节，都可能成为网络攻击的目标。

本项目以建设“低碳环保、技术领先、世界一流的数字化电站”、“一键启动，无人值守、全员值班的信息化电站”为目标，燃气热电在建厂规划阶段就定员全厂30人，生产运行人员定员12人，每值3人，这在现有的电厂模式下是不可能的，尤其是机组启停阶段是操作量大、风险点多、安全要求高，必须有一套全程自动且安全可靠的自动系统（APS）才可以在如此少的人员配置下完成工作。现有的APS技术大多是基于主机启停来设计的，化学制水、辅机启动、锅炉上水等均需要人工完成，造成人员需求较多，值班人员操作量大，常常连续好几个小时满负荷的操作，容易出现误操作和注意不到位的情况。而且现有的APS断点较多，到断点时需要人工参与确认，这样容易导致各系统间协调不好，影响启动过程，延长启动时间。所以设计一套从辅机启动开始直到二拖一并网完成的全过程无断点APS非常有必要。在互联网+、工业4.0等新技术引领科技发展的今天，电厂的智能化已经势在必行，作为生产单位，发电生产系统的智能化才是根本，这就需要我们尽可能将生产过程智能化的实现，也就是将规程的操作要求和人员操作中的思维过程实现程序化，让APS系统全程自动的实现。三菱M701F4机组为国外进口机组，对该类机组的国内基本处在常规应用阶段，本项目的研究需要多处调用三菱的控制程序，可以促进国内对引进机组的深化应用。

联合国工业发展组织(UNIDO)是联合国体系中的一个专门机构，具有独特的使命，致力于促进和加强可持续工业发展。面对我们今天共同面临的多重全球危机，这一使命变得比以往任何时候都更为重要。放眼我们周围的世界，我们面临的挑战显而易见。我们所处的世界是一个充满战争和冲突的世界——一个有十亿人每晚饿着肚子上床睡觉，仍在与贫困和营养不良作斗争的世界。一个资源匮乏、清洁水资源供应不稳定的世界。一个“全球南方”国家受到气候变化的影响尤其显著，而最贫困人口受到的打击最为严重的世界。一个发展中国家仍在努力从2019冠状病毒病（COVID-19，以下简称“新冠”）疫情的影响中完全恢复过来的世界。此外，发达国家和发展中国家之间的贫富差距日益扩大。我们生活在一个相互依存的世界中，一切都相互关联。我们必须认识到，我们共享同一个地球，对全球发展负有责任，因为全球发展最终会影响我们所有人。如果今天主要居住在工业化国家的10%的最富裕人口拥有90%的财富，并且我们当中20%的人要对80%的全球排放和环境污染负责，那么我们作为一个世界的合作方式就存在问题。因此，我重申：工业化国家负有特殊责任，即团结的责任。他们必须履行他们的许多发展承诺。我们应该共同更加强烈地要求工业化国家实现国内生产总值(GDP)0.7%的发展支出目标。我们需要的是一套新的全球责任道德准则，以及对我们的增长模式、全球化和可持续发展模式进行反思。因此，我们需要在富国和穷国之间以及在工业化国家、发展中国家和新兴经济体之间实现利益的公平平衡。我们拥有技术、知识和投资资源来有效应对日益加剧的全球性挑战。但光有知识还远远不够。“全球南方”国家需要拥有发展的视角。做到这一点的先决条件是人人都可获得可持续能源，因为能源是一切发展的基础。此外，发展中国家不断增长的人口需要体面的工作，而工业部门可以提供这些工作！我们需要对可持续工业发展和技能培训进行长期投资，尤其需要对真正的全球伙伴关系和团结进行长期投资，以给全球数以亿计的青年人口一个充满希望的未来。世界必须立即行动起来，为了我们的共同利益和共同的未来，世界必须共同行动起来。

首先，面向工业4.0的智能系统，介绍了CPS的概念和内涵本质，分析了当前工业控制系统存在的不足，指出建立信息物理模型才是实现新一代智能系统的核心技术。其次，介绍了燃煤电厂利用生产大数据构建锅炉燃烧模型，利用该模型实现燃煤机组在不同煤种、不同负荷，乃至机组设备劣化后的控制参数调整，取得超乎想象的降低煤耗的成功案例。最后，阐述了CPS与控制系统的关系，CPS应用架构，指出类似于DCS是第三次工业革命的核心技术形态，CPS将是第四次工业革命的核心技术形态，CPS在未来工业领域的应用将具有高度普适性。

工业4.0研究院分析显示，电网行业具有价值较高、技术要求不复杂等特点，非常适合作为数字孪生体应用的先导性场景。发电厂和配电厂的数字孪生化目前正加速形成全局和全生命周期的应用。