智慧管網(wǎng)對標策略研究

薛魯寧 李莉 陳鉆 崔秀國 侯學瑞

摘 要：本文在分析智慧管網(wǎng)建設關鍵技術的基礎上，結合對標管理的一般方法，提出了智慧管網(wǎng)對標的基本策略。智慧管網(wǎng)對標涵蓋管理和技術兩方面內(nèi)容，管理對標包括智慧系統(tǒng)的定義內(nèi)涵、發(fā)展戰(zhàn)略、建設目標、智慧化水平評價、企業(yè)組織架構改革、科研投入、投資收益以及標準體系等內(nèi)容；技術對標包括物聯(lián)網(wǎng)技術、數(shù)字孿生技術和知識庫建設技術3類通用技術和智能化提升技術。對于管理對標和通用技術對標以一般性對標和行業(yè)對標為主，輔以競爭性對標，對于智能化提升技術對標，以競爭性對標為主，輔以一般性對標和行業(yè)對標。

關鍵詞：智慧管網(wǎng)，對標，物聯(lián)網(wǎng)，數(shù)字孿生，知識庫

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2024.04.004

0 引 言

對標是一種科學的管理方法，其概念起源于美國施樂公司，其認為對標是持續(xù)不斷地將自己的產(chǎn)品、服務及管理實踐活動與最強的競爭對手或那些被公認為是行業(yè)領袖的組織進行對比分析的過程，目的是通過不斷地取長補短，最終在相關領域獲得競爭優(yōu)勢。對標是企業(yè)快速找到自身差距和改進措施的有效途徑，通過選擇行業(yè)優(yōu)勢企業(yè)開展對標學習，一方面可以找到困擾企業(yè)發(fā)展問題的解決方案，另一方面可以使企業(yè)發(fā)現(xiàn)原來沒有發(fā)現(xiàn)的差距，進而全面提升企業(yè)競爭力。因此對標已成為企業(yè)成長必不可少的管理工具。智慧管網(wǎng)建設目前整體上處于起步階段，有必要明確相關對標策略，通過系統(tǒng)開展對標工作，全面分析相關技術研究和應用情況，學習先進企業(yè)的相關管理實踐，為高質(zhì)量開展智慧管網(wǎng)研究和建設工作提供依據(jù)。

1 對標的一般方法

按照對標的對象，對標可以分為內(nèi)部對標、競爭性對標、行業(yè)對標和一般性對標[1]。

內(nèi)部對標是在企業(yè)內(nèi)部開展的，將業(yè)績突出的某一部門或者子公司作為標桿對象開展對標，使企業(yè)的最佳實踐做法能成為通用做法，以提升企業(yè)整體管理和技術水平。

競爭性對標是指對標與本企業(yè)有競爭優(yōu)勢的同類企業(yè)，是最有效的對標方法，優(yōu)點是可以快速高效地獲得本企業(yè)的短板和改進措施，缺點是除了產(chǎn)品信息之外，生產(chǎn)工藝、流程管理等關鍵信息獲取較為困難。

行業(yè)對標是與按照通用標準所劃分的行業(yè)中的優(yōu)勢企業(yè)開展對標，由于沒有直接的競爭關系，信息獲取往往較為容易，且獲取的先進實踐做法與本企業(yè)的相關性較強，也是一種常用的對標方法。

一般性對標是指對標與本公司業(yè)務不相關的企業(yè)，對標的具體內(nèi)容一般是宏觀層面的戰(zhàn)略、文化、組織架構等，或者專項對標，比如：工程項目管理。

按照對標的內(nèi)容，對標可以分為技術對標和管理對標。技術對標是對產(chǎn)品性能、生產(chǎn)工藝、技術實現(xiàn)成本等技術內(nèi)容開展對標，是企業(yè)微觀層面的對標。管理對標是對企業(yè)戰(zhàn)略、規(guī)劃、機構設置、管理體系、制度文化等內(nèi)容開展對標，是企業(yè)宏觀層面的對標。

對標的實施一般分為7個步驟，即前期準備、確定對標范圍和標桿單位、信息收集與分析、差距和適用性分析、制定優(yōu)化提升方案、實施改進和效果評估[2]。

（1）前期準備，該階段主要任務是建立對標工作小組，明確對標的具體工作目標和原則，制定工作計劃。

（2）確定對標范圍和標桿單位，明確開展對標的具體業(yè)務范圍，建立對標指標體系，確定對標的標桿企業(yè)。在這一階段，要根據(jù)對標業(yè)務范圍建立詳細的對標，為后續(xù)開展針對性數(shù)據(jù)和資料搜集奠定基礎。

（3）信息收集與分析，根據(jù)建立的指標體系，搜集相關標桿企業(yè)的信息，并與本企業(yè)開展對比分析，該階段可以通過文獻調(diào)研、專家咨詢、現(xiàn)場調(diào)研、技術交流等形式開展，必要時可以通過第三方咨詢公司協(xié)助開展。

（4）差距和適用性分析，根據(jù)搜集到的信息，對比公司現(xiàn)狀，從技術、管理等多個方面分析存在的差距，同時分析標桿企業(yè)采用的技術和先進做法對本公司的適用性。

（5）制定優(yōu)化提升方案，根據(jù)分析得出的差距和相關做法對本公司的適用性，制定本公司優(yōu)化提升方案，明確優(yōu)化內(nèi)容、采用的技術和管理手段、責任部門等。

（6）實施改進，根據(jù)優(yōu)化提升方案，開展本公司改進提升行動。

（7）效果評估，評估實施改進效果，明確是否達到對標目標，根據(jù)評估情況決定是否需要開展新的對標工作。該階段一般需要在實施改進一段時間后開展。

2 智慧管網(wǎng)建設的對標需求

隨著智能化技術的發(fā)展和在工業(yè)領域的推廣應用，目前在油氣管道行業(yè)智能化技術應用也越來越多，典型的如：管網(wǎng)仿真、無人機巡檢、智能工地、焊片智能識別等，以及深度學習越來越多地應用于各類感知信息分析計算。這些技術的應用，正逐步提升油氣管網(wǎng)的智能化水平，但與其他行業(yè)相比，智慧管網(wǎng)建設整體上處于起步探索階段，對于未來智慧管網(wǎng)功能特點、建設技術路線等，需要充分吸收已有智慧化系統(tǒng)（或部分具有智慧化功能的系統(tǒng)）的建設研究經(jīng)驗。因此，有必要開展對標研究，集成目前智慧化系統(tǒng)的最優(yōu)做法，最大限度降低未來建設技術風險，保障技術的先進性和可擴展性。具體對標需求包括以下幾項。

（1）智慧管網(wǎng)的概念、內(nèi)涵尚不明確，有必要通過對照其他行業(yè)或企業(yè)相關定義，給出智慧管網(wǎng)科學定義、應具備的功能、相對傳統(tǒng)管網(wǎng)的特征等內(nèi)容，統(tǒng)一對智慧管網(wǎng)的認識，明確智慧管網(wǎng)的建設目標。

（2）覆蓋管道全業(yè)務流程的智能化專項技術的應用尚未實現(xiàn)統(tǒng)一化和規(guī)范化。智慧管網(wǎng)的構建，涉及大型工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設、泛在感知體系建設、數(shù)字孿生體模型構建、知識網(wǎng)絡構建與知識庫等諸多專項技術，技術實現(xiàn)方式多樣，目前尚無統(tǒng)一的技術方案和技術規(guī)范，有必要開展全面對標，選取先進可靠、可擴展性強的技術實現(xiàn)方案。

（3）智慧化技術的適用性及效能和效益評價尚需進一步研究。無論是智能管道建設還是智慧管網(wǎng)的構建，會涉及大量的信息化和數(shù)字化技術，尤其是其他行業(yè)形成的諸多成熟的技術成果，是否可以用于指導智慧管網(wǎng)的構建，由于缺乏系統(tǒng)的對比和分析，目前尚不能對眾多智能技術在智慧管網(wǎng)構建上的適用性和有效性作出判定；另一方面，智能和智慧化技術的應用會造成大量投資，對于技術應用的投入產(chǎn)出比目前尚未開展系統(tǒng)的評估，從而不利于各項技術選用和優(yōu)化。

（4）智慧管網(wǎng)的建設，將使管道業(yè)務管理和運行模式發(fā)生根本變化，除涉及具體的技術研究之外，也需要建立配套的研究機構、管理體系等內(nèi)容，有必要參考其他行業(yè)已有經(jīng)驗，建立順應智慧管網(wǎng)建設需求的科研和管理體系。

3 智慧管網(wǎng)建設對標策略研究

智慧管網(wǎng)的對標策略應包括開展哪種類型的對標、標桿對象的選取和對標內(nèi)容的確定。根據(jù)目前智慧管網(wǎng)建設進展，智慧管網(wǎng)對標類型主要以一般性對標、行業(yè)對標和競爭性對標為主，由于智慧管網(wǎng)建設一般由公司統(tǒng)一部署，因此內(nèi)部對標內(nèi)容涉及較少。在對標內(nèi)容上，應該是以技術對標為主，兼顧管理對標。下文結合智慧管網(wǎng)的關鍵技術，提出智慧對標策略。

3.1 智慧管網(wǎng)建設關鍵技術及相關行業(yè)發(fā)展概述

（1）管道物聯(lián)網(wǎng)技術

根據(jù)國際電信聯(lián)盟（ITU）的定義，物聯(lián)網(wǎng)是通過二維碼識讀設備、射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡[3]。傳感器技術和網(wǎng)絡通信技術是物聯(lián)網(wǎng)技術的兩個核心技術。國家電網(wǎng)公司提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)（ubiquitous power Internetof Things，UPIoT）的理念，并將電力物聯(lián)網(wǎng)建設作為智能電網(wǎng)建設的重點工作。張曉華等[4]提出了包含物理層、感知層、網(wǎng)絡層、平臺層、應用層和交互層在內(nèi)的電力物聯(lián)網(wǎng)功能框架，并提出了依托電力物聯(lián)網(wǎng)打造智能電力物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)圈。目前管道物聯(lián)網(wǎng)建設尚未開展系統(tǒng)研究，陳朋超[5]提出以管道本體、管道線路及管道站場為對象，以業(yè)務場景為切入點，系統(tǒng)梳理了安全監(jiān)測技術的工程需求，剖析了油氣管網(wǎng)安全監(jiān)測面臨的挑戰(zhàn)與關鍵科學問題，提出管道本體精準檢測、管道線路智能監(jiān)測、管道站場多源監(jiān)測以及構建面向智慧管網(wǎng)的一體化智能監(jiān)測系統(tǒng)，為管道物聯(lián)網(wǎng)建設提供了重要參考。

（2）管道數(shù)字孿生技術

數(shù)字孿生（Digital Twin）以數(shù)字化的方式建立物理實體的多維、多時空尺度、多學科、多物理量的動態(tài)虛擬模型來仿真和刻畫物理實體在真實環(huán)境中的屬性、行為、規(guī)則等[6]。進入21世紀20年代以來，數(shù)字孿生已廣泛應用于十多個行業(yè)，除了在制造領域開展了較多的應用探索和實踐外，還在電力、醫(yī)療、鐵路、汽車、船舶、建筑等領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。陶飛等人[6]認為數(shù)字孿生技術落地應用應基于物聯(lián)網(wǎng)的虛實互聯(lián)與集成，云模式的數(shù)字孿生數(shù)據(jù)存儲與共享，大數(shù)據(jù)與人工智能的數(shù)據(jù)分析、融合及智能決策，基于虛擬現(xiàn)實（VR）與增強現(xiàn)實（AR）的虛實映射與可視化顯示等，并提出了包括物理實體、虛擬實體、服務、孿生數(shù)據(jù)和各組成部分間的連接在內(nèi)的五維模型。數(shù)字孿生體的建設要基于設計建造期數(shù)字化移交建立的靜態(tài)三維數(shù)字孿生體，對于運行期數(shù)據(jù)的加載和狀態(tài)評價，主要用于單體設備的故障診斷和健康監(jiān)測[7]，對于復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)，全系統(tǒng)數(shù)字孿生體的建設尚未有成熟案例。目前管道數(shù)字孿生體在中緬管道部分管段開展了相關研究和應用，通過數(shù)據(jù)收集、校驗及對齊，對管道建設期的設計、采辦、施工及部分運行期的數(shù)據(jù)進行恢復，對站場及管道的設備、建筑等構建數(shù)字三維模型，實現(xiàn)了管道可視化運行、設備拆解培訓、指導維檢修作業(yè)及應急搶險作業(yè)等。

（3）油氣管網(wǎng)知識庫建設技術

智慧系統(tǒng)最顯著的特點就是具備智能決策能力，知識管理水平的高低決定了智能決策水平。知識圖譜技術是目前知識庫建設熱點技術，其本質(zhì)是連接實體間關系的圖，即揭示實體之間關系的語義網(wǎng)絡[8]。知識圖譜的構建主要包括知識抽取與表示、知識融合和知識推理[9]，知識抽取是指自動化地從文本中發(fā)現(xiàn)和抽取相關信息，將非結構化數(shù)據(jù)轉換為結構化數(shù)據(jù)。知識融合是面向知識服務和決策的問題，以多源異構數(shù)據(jù)為基礎，在本體庫和規(guī)則庫的支持下[10]，通過知識抽取和轉換獲得隱藏在數(shù)據(jù)資源中的知識因子及其關聯(lián)關系，進而在語義層次上組合、推理、創(chuàng)造出新知識的過程。知識推理是指按照某種策略，根據(jù)已有知識推出新知識的過程，用于對知識圖譜進行補全和質(zhì)量檢測。蒲天驕等人[10]提出了基于NoDKG 思想的電力領域知識圖譜應用架構，提供了一種領域知識圖譜與現(xiàn)有專家數(shù)據(jù)庫有機融合的途徑。石油行業(yè)通過網(wǎng)絡爬蟲爬取大量油氣勘探開發(fā)相關的論文、成果和網(wǎng)頁，利用自然語言處理技術、深度學習和機器學習技術，將這些非結構化知識成果進行分類整理，并通過人工標注、自動抽取相結合的方式，收集大量的油氣勘探開發(fā)知識，基于油氣勘探開發(fā)業(yè)務的本體模型，構建了油氣上游綜合性的勘探開發(fā)知識圖譜庫，并基于知識圖譜庫和業(yè)務痛點，研發(fā)了產(chǎn)量預測、油氣藏類比、油氣層識別等油氣認知智能應用。

（4）專項智能化技術

除了物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生和知識管理技術外，與其他智慧化系統(tǒng)一樣，無人機巡檢、機器人巡檢、智能工地等跨行業(yè)通用技術的應用也是智慧管網(wǎng)建設的重要內(nèi)容，同樣也是開展對標工作的重要內(nèi)容。

3.2 智慧管網(wǎng)建設對標策略

通過廣泛開展行業(yè)調(diào)研，本文提出的智慧管網(wǎng)建設的對標策略可以用圖1來表示。

（1）對標內(nèi)容

智慧管網(wǎng)的對標內(nèi)容包括管理對標和技術對標。管理對標包括智慧系統(tǒng)的定義內(nèi)涵，發(fā)展戰(zhàn)略、建設目標、智慧化水平評價、企業(yè)組織架構改革、科研投入、投資收益以及標準體系等內(nèi)容。

技術對標包括物聯(lián)網(wǎng)技術、數(shù)字孿生技術、知識庫建設技術和智能化提升技術4個方面。物聯(lián)網(wǎng)技術方面包括企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設的整體架構、智能感知技術的應用、邊緣計算、云邊協(xié)同技術、網(wǎng)絡傳輸技術和系統(tǒng)安全保障；數(shù)字孿生技術包括數(shù)字孿生體的總體架構設計、三維可視技術、數(shù)字輕量化技術、數(shù)據(jù)治理技術和動態(tài)仿真技術；知識庫建設技術包括知識庫的總體建設架構、知識抽取、知識融合、知識推理和語言大模型的研究等；智能化提升技術包括智能工地建設、智能巡檢、無人值守、智能倉儲、遠程運維、輔助決策等技術。

（2）對標類型

在對標類型選取上，管理對標和物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、知識庫等智慧管網(wǎng)建設的關鍵通用技術應以一般性對標和行業(yè)對標為主，輔助以競爭性對標。管理對標可重點對標我國智能化鐵路的建設實踐，物聯(lián)網(wǎng)技術可重點對標國家電網(wǎng)公司，數(shù)字孿生技術可重點對標智能制造和電力系統(tǒng)，知識庫建設可重點對標電力領域和石油行業(yè)。智能化提升技術方面，由于具有一定的行業(yè)特點，應以競爭性對標為主，輔以行業(yè)對標和一般性對標。國外公司可重點對標加拿大TransCanada公司和En br idge公司，美國哥倫比亞管道集團、意大利SNAM集團等。

（3）對標手段

對標的手段應綜合采用文獻調(diào)研、技術交流、調(diào)研訪談、第三方咨詢等手段，全面獲取相關信息，同時應重點關注文獻調(diào)研的局限性。

（4）對標的組織管理

智慧管網(wǎng)建設對標，應按照本文第1節(jié)給出的對標步驟開展，在信息收集與分析后，重點開展行業(yè)差距及相關實踐的適用性分析，必要時可通過科研立項開展研究，形成智慧管網(wǎng)建設優(yōu)化提升方案。由于人工智能技術的快速發(fā)展，相關對標工作應持續(xù)開展，確保相關技術的先進性。

4 結論與展望

本文通過分析智慧化系統(tǒng)建設的關鍵技術，結合對標管理的類型和內(nèi)容，研究提出了智慧管網(wǎng)的對標策略，對于指導智慧管網(wǎng)的對標工作有參考意義。本文給出的對標內(nèi)容，需要結合具體對標任務進行細化，隨著新型感知技術、網(wǎng)絡傳輸技術、虛擬現(xiàn)實技術、大模型技術的創(chuàng)新發(fā)展，智慧管網(wǎng)建設的對標內(nèi)容也將逐步更新。

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