油氣生產(chǎn)智能運維系統(tǒng)iPES-PE研究

王炳國，毛軍軍*，孫雙春，康立智，史小斌，周曉雪

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油氣生產(chǎn)智能運維系統(tǒng)iPES-PE研究

王炳國1，毛軍軍2*，孫雙春3，康立智3，史小斌3，周曉雪2

（1. 勝利石油管理局電力管理總公司；2. 北京雅丹石油技術(shù)開發(fā)有限公司，北京昌平，102200；3. 山東廣域科技有限責(zé)任公司）

目前油氣生產(chǎn)現(xiàn)場管理主要采用人工巡檢，基于這種傳統(tǒng)模式的巡檢方式存在信息采集效率低、真實性得不到保障且信息共享性差，對于巡檢目標(biāo)的異常狀態(tài)無法高效、準(zhǔn)確、實時的回傳技術(shù)人員進(jìn)行評價、決策工作；對油氣田生產(chǎn)運行管理造成了巨大經(jīng)濟(jì)效益隱患。本文結(jié)合業(yè)務(wù)目標(biāo)分析，從系統(tǒng)架構(gòu)、PC客戶功能設(shè)計和移動智能終端設(shè)計出發(fā)，構(gòu)建了油氣生產(chǎn)運維系統(tǒng)iPES-PE。該系統(tǒng)實現(xiàn)了系統(tǒng)管理、報警管理、任務(wù)管理、設(shè)備資產(chǎn)管理、巡檢管理、成本管理、人員管理、考核等功能應(yīng)用開發(fā)，切實幫助油氣生產(chǎn)用戶實現(xiàn)提高油氣田生產(chǎn)運維效率，降低運維成本等目標(biāo)。

油氣生產(chǎn)；巡檢；智能運維；移動智能終端

引言

油氣生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備及工藝流程巡檢管理要求極為嚴(yán)格?，F(xiàn)階段傳統(tǒng)模式的巡檢工作普遍存在信息采集效率低下、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確度不高、生產(chǎn)現(xiàn)場管控方式單一、巡檢工作考核不完備等諸多問題。針對傳統(tǒng)巡檢工作所面臨的問題，利用現(xiàn)代的移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和先進(jìn)的信息技術(shù)處理手段，建立健全油氣高效生產(chǎn)以及安全運維管理體系，開發(fā)研制高效、可靠的運維管理系統(tǒng)，科學(xué)規(guī)范地實施巡檢工作，對于提高數(shù)據(jù)采集的效率和準(zhǔn)確性，加強運維現(xiàn)場的管控力度，對于提高運維管理水平具有重要意義。

1 巡檢技術(shù)的現(xiàn)狀研究

目前行業(yè)采用的巡檢方式參差不齊，大多都是在傳統(tǒng)巡檢的基礎(chǔ)上，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高巡檢時效，巡檢監(jiān)管力度，并對巡檢數(shù)據(jù)提供分析匯總功能。

現(xiàn)有的巡檢技術(shù)主要有人工現(xiàn)場巡檢、采用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控以及飛行器、機(jī)器人、智能眼鏡巡檢等手段。但是這些巡檢方式使用成本高、范圍面比較窄、外在因素影響比較大，從而巡檢質(zhì)量難以得到保證。

2 業(yè)務(wù)分析及系統(tǒng)目標(biāo)

傳統(tǒng)的生產(chǎn)運維管理模式主要依靠人工現(xiàn)場巡檢，受限于巡檢工作量大、巡檢質(zhì)量和生產(chǎn)數(shù)據(jù)收錄的真實性無法保障，巡檢信息共享性差，人員管理成本高，特別是在巡檢時間、巡查路線和檢查內(nèi)容方面很難實現(xiàn)量化管理，且對于巡檢目標(biāo)的異常狀態(tài)無法高效、準(zhǔn)確、實時的同步回傳技術(shù)人員進(jìn)行評價、決策工作，對油氣生產(chǎn)運行管理造成了巨大經(jīng)濟(jì)效益隱患。

通過建立油氣高效生產(chǎn)以及安全智能運維管理體系，優(yōu)化油氣生產(chǎn)運維管理機(jī)制，以生產(chǎn)運維管理為出發(fā)點，從日常巡檢、調(diào)度工作流程入手，通過應(yīng)用服務(wù)器和移動巡檢終端的信息交互、共享，構(gòu)成一個高效運作的信息化有機(jī)體，將各項業(yè)務(wù)明晰的融入在智能運維管理系統(tǒng)的流程中，所有生產(chǎn)運維管理業(yè)務(wù)有據(jù)可依，科學(xué)高效的實現(xiàn)油氣生產(chǎn)運維管理等業(yè)務(wù)；促使業(yè)務(wù)管理水平的提高；形成行業(yè)生產(chǎn)智能運維專業(yè)化系統(tǒng)，切實幫助用戶提高油氣生產(chǎn)運維效率，優(yōu)化運維流程、降低運維成本等目標(biāo)。

通過建立健全油氣高效生產(chǎn)以及安全運維巡檢管理體系，提供一個科學(xué)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的管理平臺，切實幫助用戶實現(xiàn)維巡檢工作的無紙化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)運維數(shù)據(jù)采集的智能化、規(guī)范化、運維巡檢標(biāo)準(zhǔn)化、工作績效的量化管理；達(dá)到巡檢有計劃，過程有監(jiān)督，事后有分析的目的；最終幫助企業(yè)和用戶提高生產(chǎn)綜合管理水平。具體來講，應(yīng)該達(dá)到以下目標(biāo)：

1）完成巡檢無紙化模式的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的智能化、信息化；

2）提高巡檢工作的真實性、準(zhǔn)確性、時效性；

3）通過工況診斷和設(shè)備故障預(yù)警實時形成運維任務(wù)；

4）對安裝、維修、巡檢、緊急事項等任務(wù)進(jìn)行管理，形成遠(yuǎn)程會診與指揮調(diào)度；

5）資產(chǎn)設(shè)備的庫存管理、使用狀況評估，實現(xiàn)資產(chǎn)采購、調(diào)撥等智能化運營；

6）通過調(diào)度記錄和運維人員管理記錄，對運維人員的工作業(yè)績進(jìn)行量化考核；

7）對運維成本進(jìn)行核算、分析、評價；

8）標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)運維管理制度，優(yōu)化生產(chǎn)運維管理流程，提高管理水平；

9）運維巡檢管理標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)范化，達(dá)到減員增效的目的。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

油氣生產(chǎn)智能運維系統(tǒng)iPES-PE（Production Enhancement）依托移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、GPS衛(wèi)星定位技術(shù)、GIS地理信息技術(shù)、物聯(lián)識別技術(shù)及移動終端系統(tǒng)技術(shù)的交互融合，形成了以油氣智能生產(chǎn)運維業(yè)務(wù)為驅(qū)動下的系統(tǒng)平臺。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

油氣生產(chǎn)智能運維系統(tǒng)iPES-PE架構(gòu)主要圍繞系統(tǒng)層、平臺應(yīng)用層、移動終端展示層來構(gòu)建，系統(tǒng)層主要由系統(tǒng)應(yīng)用（云）服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)運維生產(chǎn)數(shù)據(jù)的接收、存儲及管理等；平臺應(yīng)用層主要為系統(tǒng)功能應(yīng)用提供基礎(chǔ)組件，包含可視化組件、應(yīng)用框架、服務(wù)框架、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)管理等，是實現(xiàn)油氣生產(chǎn)運維過程中的業(yè)務(wù)應(yīng)用；移動終端層主要由巡檢系統(tǒng)手持智能終端、RFID巡檢標(biāo)簽等組成，是實現(xiàn)巡檢過程實施和人機(jī)交互的重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 油氣生產(chǎn)智能運維系統(tǒng)iPES-PE總體架構(gòu)

3.2 業(yè)務(wù)流程

其中生產(chǎn)運維工單任務(wù)主要包括：

1）對設(shè)備進(jìn)行巡更巡檢；

2）通過工況診斷和設(shè)備故障預(yù)警實時形成運維任務(wù)；

3）對安裝、維修、巡檢、緊急事項等任務(wù)進(jìn)行管理，形成遠(yuǎn)程會診與指揮調(diào)度；

4）資產(chǎn)設(shè)備的庫存管理、使用狀況評估，實現(xiàn)資產(chǎn)采購、調(diào)撥等智能化運營；

5）通過調(diào)度記錄和運維人員管理記錄，對運維人員的工作業(yè)績進(jìn)行量化考核；

6）對運維成本進(jìn)行核算、分析、評價。

油氣生產(chǎn)智能運維系統(tǒng)iPES-PE業(yè)務(wù)應(yīng)用流程如圖2所示。

圖2 油氣生產(chǎn)智能運維系統(tǒng)iPES-PE業(yè)務(wù)應(yīng)用流程

4 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)采用PC端以及移動終端App為一體的應(yīng)用模式，以提高生產(chǎn)管理水平為目標(biāo)，集生產(chǎn)監(jiān)控、設(shè)備管理、生產(chǎn)運維，包括系統(tǒng)管理、報警管理、任務(wù)管理、設(shè)備管理、資產(chǎn)管理、巡檢管理、成本管理、人員管理、績效考核、數(shù)據(jù)挖掘等定制化專業(yè)應(yīng)用功能。主要功能架構(gòu)如圖3所示。

圖3 油氣生產(chǎn)智能運維系統(tǒng)iPES-PE功能架構(gòu)

4.1 PC客戶端功能

通過PC客戶端系統(tǒng)可完成工藝生產(chǎn)智能巡檢系統(tǒng)初始化、采集目標(biāo)項的設(shè)立、實時顯示巡檢信息及狀態(tài)、匯總統(tǒng)計日報及圖表分析等工作以及業(yè)務(wù)應(yīng)用功能的實現(xiàn)同時滿足實現(xiàn)與油氣生產(chǎn)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的無縫接。油氣生產(chǎn)智能運維系統(tǒng)平臺客戶端界面。如圖4所示。

圖4 油氣生產(chǎn)智能運維系統(tǒng)平臺客戶端界面

4.1.1 系統(tǒng)管理

實現(xiàn)運維系統(tǒng)的管理，主要包括系統(tǒng)角色、角色權(quán)限、組織機(jī)構(gòu)、用戶設(shè)置、日志管理、密碼修改等功能；通過此模塊可以對這些信息進(jìn)行增加、刪除、修改、查找等操作，通過實際需要不斷的作出正確的調(diào)整，更好的維護(hù)整個運維系統(tǒng)。如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)用戶操作界面

4.1.2 任務(wù)管理

按照生產(chǎn)運維類型或報警類型自動生成工單，工單生成之后按設(shè)定的工單流程逐級流轉(zhuǎn)，當(dāng)現(xiàn)場工作人員按調(diào)度人員制定的工單要求完成任務(wù)，最終形成整張工單的反饋報告回轉(zhuǎn)給調(diào)度人員，以便調(diào)度人員安排后續(xù)工作。如圖6所示。

圖6 巡檢任務(wù)工單應(yīng)用界面

4.1.3 設(shè)備管理

包括生產(chǎn)設(shè)備管理和物聯(lián)設(shè)備管理。生產(chǎn)設(shè)備管理主要是油氣生產(chǎn)設(shè)備全生命周期服役管理，即設(shè)計、安裝、使用、維護(hù)、調(diào)配、維修、報廢管理；物聯(lián)設(shè)備管理是在線組態(tài)、狀態(tài)監(jiān)測及診斷、基本校驗管理、快速回路檢查、報警監(jiān)視、安全操作管理、OPC開發(fā)、記錄審查等。如圖7所示。

圖7 物聯(lián)設(shè)備管理界面

4.1.4 資產(chǎn)管理

包括供應(yīng)商管理、設(shè)備臺賬、設(shè)備檔案、設(shè)備維修、設(shè)備報廢、設(shè)備技術(shù)狀況、設(shè)備調(diào)撥、查詢管理、設(shè)備數(shù)據(jù)導(dǎo)入、系統(tǒng)管理組成。此管理系統(tǒng)覆蓋經(jīng)營管理部門對固定資產(chǎn)的管理，將管理流程體系完全網(wǎng)絡(luò)化、流程化。對設(shè)備進(jìn)行綜合管理，達(dá)到全面規(guī)劃、合理配置、優(yōu)先選購、正常使用、安全運行、適時改造和更新。如圖8所示。

圖8 資產(chǎn)管理界面

4.1.5 報警管理

實現(xiàn)油氣生產(chǎn)智能運維系統(tǒng)監(jiān)控異常、工況異常、預(yù)警異常等報警信息的主動推送與結(jié)果查詢功能。當(dāng)有異常信息出現(xiàn)時，達(dá)到提醒用戶的目的，讓用戶對所關(guān)注的工況報警信息及時進(jìn)行處理。報警管理界面如圖9所示。

圖9 報警管理界面

4.1.6 人員管理

主要包括調(diào)度管理記錄和運維人員管理記錄；調(diào)度管理記錄指單位時間內(nèi)任務(wù)量統(tǒng)計，任務(wù)完成率統(tǒng)計、工作時間統(tǒng)計；運維人員管理記錄指單位時間內(nèi)任務(wù)量統(tǒng)計，任務(wù)完成率統(tǒng)計、維修任務(wù)工作時間統(tǒng)計、返修率統(tǒng)計、安全施工記錄、工作效率計算與排名。如圖10所示。

圖10 人員調(diào)度管理界面

4.1.7 績效考核管理

建立各項目標(biāo)指標(biāo)（比如考勤、巡檢質(zhì)量等）的考核標(biāo)準(zhǔn)及目標(biāo)，并依照此目標(biāo)配置相應(yīng)考核標(biāo)準(zhǔn)項及考核打分方式，系統(tǒng)自動據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)對考核涉及到的各部門人員進(jìn)行評分，最終形成評估報告。考核管理界面如圖11所示。

圖11 考核管理界面

4.1.8 成本管理

根據(jù)生產(chǎn)運維實現(xiàn)的目標(biāo)，在成本預(yù)測、成本決策、測定目標(biāo)成本的基礎(chǔ)上，進(jìn)行目標(biāo)成本的分解、控制分析、考核、評價的一系列成本管理工作。如圖10所示。

4.1.9 巡檢可視化

巡檢可視化是對巡檢分析的數(shù)據(jù)，采用曲線圖、柱狀圖、統(tǒng)計表等方式進(jìn)行終端呈現(xiàn)的功能應(yīng)用； iPES-PE具有自動巡檢任務(wù)的生成和高效的數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計功能，自動比對設(shè)備運行參數(shù)是否達(dá)標(biāo)，超標(biāo)設(shè)備自動報警提示，能有效提高巡檢班組的綜合管理水平。

4.1.10 數(shù)據(jù)挖掘

iPES-PE借助于數(shù)據(jù)挖掘手段，應(yīng)用可靠的灰度關(guān)聯(lián)分析、因素評價法、聚類分析、模糊綜合分析等挖掘模型算法結(jié)合生產(chǎn)業(yè)務(wù)模型，對生產(chǎn)運維巡檢過程產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)（原始數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)、平臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)）進(jìn)行剖析，發(fā)現(xiàn)各種影響因素與巡檢工作的內(nèi)在規(guī)律，實現(xiàn)設(shè)備工況診斷、運維成本核算等挖掘目標(biāo)；有效指導(dǎo)油氣生產(chǎn)運維工作的高效運行與安全管理。

4.2 移動終端功能

移動終端是巡檢系統(tǒng)重要的人機(jī)交互和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，是系統(tǒng)實現(xiàn)的核心和關(guān)鍵；移動終端包括手持PDA、手機(jī)APP、巡更棒等，終端上功能主要有巡檢人員身份認(rèn)證、巡檢任務(wù)下載、告警機(jī)制、巡檢線路查看、巡檢數(shù)據(jù)的管理、巡檢結(jié)果上傳等。

通過在生產(chǎn)現(xiàn)場的重要部位及巡檢路線上安裝ＲFID 巡檢標(biāo)簽，巡檢人員按設(shè)定好的巡視路線到達(dá)巡檢區(qū)域后，使用手持智能終端巡檢器到各巡檢點錄取信息，同時進(jìn)行錄取信息的回傳與交互應(yīng)用。移動終端操作界面如圖12所示。

圖12 移動終端操作界面

其中巡檢數(shù)據(jù)采集技術(shù)包括RFID射頻識別技術(shù)、條碼技術(shù)、磁條技術(shù)、NFC識別技術(shù)、IC卡技術(shù)、光學(xué)字符識別等；現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)可通過GPRS 或WI-FI 無線網(wǎng)絡(luò)方式、有線方式回傳采集數(shù)據(jù)至巡檢服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲。移動終端射頻識別技術(shù)如圖13所示。

圖13 移動終端射頻識別技術(shù)

4.3 Web云服務(wù)平臺

以安裝在云服務(wù)器上的iPES-PE系統(tǒng)為支撐平臺，與油田現(xiàn)有的設(shè)備信息采集與管理系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，形成一個統(tǒng)一的管理門戶，對油田的所有設(shè)備點運維工作、工作評價提供數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。

利用云平臺將基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)一步整合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、工作運維、網(wǎng)絡(luò)資源一體化管理，根據(jù)應(yīng)用需求按需自動交付，滿足應(yīng)用環(huán)境快速部署的需求，進(jìn)一步簡化運維工作，降低運營成本。云服務(wù)平臺如圖14所示。

圖14 云服務(wù)平臺

5 結(jié)束語

本文所研究的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的油氣生產(chǎn)智能運維系統(tǒng)能有效避免現(xiàn)場巡檢人員的僥幸心理，同時也能對巡檢人員進(jìn)行有效的監(jiān)督管理，調(diào)動巡檢人員的工作積極性，避免漏檢、人員不到位等情況，進(jìn)而大大降低事故的發(fā)生率?？梢詭椭脩魧崿F(xiàn)運維巡檢工作的無紙化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)運維數(shù)據(jù)采集的智能化、數(shù)據(jù)記錄規(guī)范化、運維巡檢標(biāo)準(zhǔn)化、工作績效的量化管理，通過數(shù)據(jù)支撐提升運維的分析與決策能力，而且采用自動化手段收集資產(chǎn)配置信息，實現(xiàn)對資產(chǎn)的精細(xì)化管理，可極大的提高巡檢的真實性、準(zhǔn)確性、全面性以及生產(chǎn)綜合管理水平。

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Oil & Gas Production Intelligent Operations System iPES - PE Study

WANG Bingguo1, MAO Junjun2*, SUN Shuangchun3, KANG Lizhi3, SHI Xiaobin3,ZHOU Xiaoxue2

（1. Shengli Petroleum Administration Bureau -Power Management Corporation; 2. Beijing Yadan petroleum technology development co., LTD., Beijing changping；102200; 3. Shandong Wide Area Technology Co., Ltd.）

At present, manual inspection is mainly used in oil and gas production field, which based on the pattern of the traditional way with low efficiency of information collection. Authenticity is not guaranteed and information sharing is poor. The abnormal condition of the inspection object cannot be sent back to the technical personnel with high efficiency, accuracy or in real-time for evaluation and solution, which caused a huge economical problem in the operation and management of oil and gas production. Combined with business objective analysis and start from the system structure, PC customer function design and mobile intelligent terminal design, the Oil & Gas Production Intelligent Operations System iPES-PE is set up. This system can realize the functions of system management, alarm management, task management, equipment asset management, patrol management, cost management, personnel management and assessment function etc., which can help the users to improve the operation efficiency in oil and gas production and reduce the cost in the operation and maintenance.

oi and gas production; inspection; intelligent operation and maintenance; mobile intelligent terminal

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.01.09

TE329

A

1672-9129(2017)01-0032-05

2017-01-06；

2017-01-19。

王炳國，男，勝利石油管理局電力管理總公司，首席專家，高級工程師，負(fù)責(zé)公司的重大項目的管理。毛軍軍（1990-），男，山西忻州人，現(xiàn)主要從事石油天然氣集輸、油田管道設(shè)計及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究。E-mail：maomjj@126.com