石油裝備制造業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

舒 松，何新洲，杜 力，喻 會

（長江職業(yè)學(xué)院，武漢 430074）

0 引言

由于物聯(lián)網(wǎng)本身是通過海量的多種類型傳感器的互聯(lián)實(shí)現(xiàn)的，每一個傳感器本身都是信息源，不同類型的傳感器能夠捕獲到不同的信息內(nèi)容[1]。

而且，傳感器所捕獲的數(shù)據(jù)具備實(shí)時性，能夠按照一定的時間周期對信息進(jìn)行不斷的更新。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在石油裝備制造業(yè)之中擁有較為廣闊的應(yīng)用前景[2]。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在石油裝備制造業(yè)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在石油裝備制造業(yè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下兩方面：

1.1 FRID系統(tǒng)制訂精準(zhǔn)節(jié)拍

作為自動識別技術(shù)的一種，F(xiàn)RID射頻識別技術(shù)無需人工操作以及直接接觸，只需利用射頻信號便可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)對象的準(zhǔn)確識別，同時取得有關(guān)數(shù)據(jù)資料，這在較為惡劣的工作環(huán)境下尤其適用[3]。

FRID射頻識別技術(shù)最大的優(yōu)勢在于可以在同一時間完成數(shù)個處于高速運(yùn)動狀態(tài)的目標(biāo)對象的準(zhǔn)確識別，操作簡單快捷。

將FRID射頻識別系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，一方面，可以為石油裝備制造業(yè)的業(yè)務(wù)流程制定精準(zhǔn)節(jié)拍[4]；另一方面，為實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵組件的嚴(yán)密安全追蹤提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

不管基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的FRID系統(tǒng)是通過何種構(gòu)架方式實(shí)現(xiàn)的，其技術(shù)基礎(chǔ)依然是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種網(wǎng)絡(luò)傳播方式的融合，將物體信息進(jìn)行準(zhǔn)確的傳遞。

而且，在物聯(lián)網(wǎng)上，傳感器定時采集到的信息需要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳播，為了確保數(shù)據(jù)傳播的正確性與及時性，還需要通過各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議才能夠?qū)崿F(xiàn)。

本身除了能夠通過傳感器和網(wǎng)絡(luò)獲取并且傳播數(shù)據(jù)之外，其本身也具有一定的數(shù)據(jù)智能處理能力[5]。不僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)物體的智能控制，而且還能夠?qū)鞲衅髋c智能處理器進(jìn)行融合，從而實(shí)現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)的分析和處理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過互聯(lián)網(wǎng)以及信息傳感設(shè)備，按照一定的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)物與物之間、物與人之間以及人與人之間的相互連接的網(wǎng)絡(luò)[6]。

具體而言，物聯(lián)網(wǎng)包括了感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層三個層次的內(nèi)容?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的FRID系統(tǒng)應(yīng)用基本原理如圖1所示。

隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，石油裝備制造業(yè)生產(chǎn)模式也相應(yīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變，從之前的按庫存生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榘从唵窝b配或者是按訂單設(shè)計(jì)的模式，產(chǎn)品生產(chǎn)方式的精益化程度逐步提升，這樣，跟蹤、控制包括原材料、零部件以及最終產(chǎn)品就變得尤其重要，從另外一個角度來說，物料及質(zhì)量追蹤也是ERP系統(tǒng)的重要工作之一。FRID射頻識別技術(shù)對信息的采集采取的是非接觸的方式，可以最大限度的確保所收集到的數(shù)據(jù)資料的準(zhǔn)確性、及時性以及可靠性，對于促進(jìn)石油裝備制造業(yè)作業(yè)流程的改進(jìn)及管理水平的提升均具有重要的意義[7]。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的FRID系統(tǒng)應(yīng)用基本原理

借助FRID射頻識別系統(tǒng)可以確保對產(chǎn)品跟蹤追溯的順利實(shí)現(xiàn)。每個零件均需要獲得FRID技術(shù)的標(biāo)識，以便于在關(guān)鍵的物流鏈環(huán)節(jié)被讀寫器進(jìn)行識別，之后由更高一級的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)對其進(jìn)行采集和處理，并根據(jù)實(shí)際需求決定是否將額外的數(shù)據(jù)同時寫入。FRID射頻識別系統(tǒng)對各個環(huán)節(jié)的追蹤和控制就是借助這一系列的信息而得以實(shí)現(xiàn)的。在實(shí)際操作過程中，需要以FRID標(biāo)簽中的相關(guān)信息為主要依據(jù)來開展加工活組裝線上的分段加工操作；設(shè)備獲得繼續(xù)加工操作的準(zhǔn)許的前提條件是以加工圖為依據(jù)對組件進(jìn)行準(zhǔn)確識別，同時生產(chǎn)及質(zhì)量數(shù)據(jù)得到認(rèn)可。

諸如FRID標(biāo)簽或者智能標(biāo)簽等現(xiàn)代數(shù)據(jù)載體可以自組件上實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品使用期限信息的長時間保存，即使數(shù)年之后，依舊可以開展跟蹤追溯。當(dāng)前，部分石油裝備制造企業(yè)已經(jīng)引入了智能FRID射頻識別系統(tǒng)，其中比較具有代表性的是北京高新技術(shù)企業(yè)之一的北京石油機(jī)械廠，該企業(yè)長期以來始終致力于數(shù)字化及信息化建設(shè)，借助FRID射頻識別技術(shù)促進(jìn)企業(yè)研發(fā)信息化、制造信息化以及管理信息化的有效集成[8]，并積極致力于ERP系統(tǒng)的應(yīng)用探索；東歐石油公司—羅馬尼亞石油工業(yè)技術(shù)公司Rompetrol，為對石油產(chǎn)品進(jìn)行有效保護(hù)和管理，在燃料車上應(yīng)用了FRID封條；加拿大Nabors公司引入FRID射頻識別技術(shù)來對全國范圍內(nèi)的油氣井田鉆機(jī)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和管理。

將FRID射頻識別技術(shù)與ERP系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，能夠?yàn)樯a(chǎn)過程及其物流制定精準(zhǔn)節(jié)拍，二者之間有效協(xié)調(diào)，一方面，可以在一定程度上補(bǔ)充ERP系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方式，另一方面，對于ERP系統(tǒng)物流及信息流的有效集成發(fā)揮著極為關(guān)鍵的促進(jìn)作用，同時為確保ERP系統(tǒng)功效的充分實(shí)現(xiàn)提供有力保障。

1.2 在油田井下管桿柱內(nèi)植FRID標(biāo)簽

油田井下管柱、桿柱等工具主要應(yīng)用于油田鉆井、采油、修井以及注水等作業(yè)環(huán)節(jié)，一直以來，對于油田井下管柱及桿柱等工具的管理都是采取的人工干預(yù)方式，產(chǎn)品入庫、倉儲保管、物料發(fā)放、檢查檢驗(yàn)、下井、維護(hù)維修以及設(shè)備報廢等各個環(huán)節(jié)都需要通過人工的方式進(jìn)行數(shù)次的數(shù)目清點(diǎn)、辨認(rèn)標(biāo)記以及記錄等，這種識別產(chǎn)品的方式效率極低，甚至有些時候根本不能準(zhǔn)確的辨別，特別是在對油田井下作業(yè)過程中的管柱、桿柱等工具進(jìn)行服役狀況評估方面，難度較大。FRID射頻識別技術(shù)具有非接觸式的信息采集方式，并有電子標(biāo)簽充當(dāng)移動信息載體，這樣，可以確保油田井下管柱、桿柱等工具作業(yè)及管理需求的最大限度的滿足。

對于以油田井下管桿柱及井下工具生產(chǎn)為主營的石油裝備制造企業(yè)而言，從油田現(xiàn)場作業(yè)的實(shí)際情況出發(fā)，利用作為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的FRID無線射頻識別技術(shù)，通過在油田井下管桿柱中植入電子芯片，每根油田井下管桿柱就具備了一份專屬的電子身份證件，從而為油田井下管桿柱管理的信息化的實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，RFID電子標(biāo)簽植入油田井下管桿柱如圖2所示。

圖2 RFID電子標(biāo)簽植入油田井下管桿柱示意圖

需要特別指出的是，要對石油行業(yè)的特殊性予以全面考慮，確保油田井下管桿柱中植入電子芯片不會對油田井下管桿柱及工具的正常使用造成不利影響，不僅如此，還要注意電子芯片安裝的牢固性，確保其不會隨著油田作業(yè)的推進(jìn)以及物流環(huán)節(jié)的變化而出現(xiàn)從管桿柱中脫落的問題；油田作業(yè)環(huán)境十分惡劣，面臨著電磁、高壓、高溫以及振動等因素的影響，因此還要注意芯片信息的安全性，防止其丟失或出錯。依托于FRID無線射頻識別技術(shù)，在油田井下管桿柱及工具中植入電子芯片，開展信息化管理系統(tǒng)的研發(fā)工作。在油田井下管桿柱及工具中植入充當(dāng)油田井下管桿柱及工具的信息載體的電子芯片，也可以稱其為移動電子標(biāo)簽，意味著在產(chǎn)品信息化的實(shí)現(xiàn)，而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品管理信息化的重要前提就是產(chǎn)品信息化。

只有實(shí)現(xiàn)了油田井下管桿柱及工具管理的信息化，才可以更加有效的對產(chǎn)品從入庫到最終報廢的相關(guān)環(huán)節(jié)實(shí)施更加有效的監(jiān)控。這一監(jiān)控的過程實(shí)際上是基于LE-RLPCAA定位模型實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)LE-RLPCAA定位模型的基本原理，我們可以得到相似度矩陣：

刻畫的是點(diǎn)i在信號空間之中所處的區(qū)域的具體位置，通過該數(shù)值我們能夠判定油田井下管桿的具體位置，同時根據(jù)上述信息，我們可以建立起基于借點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的位移公式：

物理空間的位移矩陣為：

隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用規(guī)模以及影響范圍的逐步擴(kuò)大，對于石油裝備制造業(yè)而言，依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)促進(jìn)石油裝備制造業(yè)產(chǎn)品的信息化的順利實(shí)現(xiàn)成為未來發(fā)展的必然趨勢，對石油裝備制造業(yè)管理信息化的全面實(shí)施創(chuàng)造有利條件，不僅如此，在油田生產(chǎn)設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、資產(chǎn)管理、倉儲管理以及跟蹤追溯等方面均具有重要意義，為現(xiàn)代化數(shù)字油田的建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

2 結(jié)束語

總而言之，石油裝備制造業(yè)向石油勘探及開發(fā)提供所需要的技術(shù)、工具及裝備等方面的支持，對石油行業(yè)的發(fā)展發(fā)揮著不可或缺的重要作用。隨著全球范圍內(nèi)對石油能源需求量的不斷增加，世界各國都對石油能源的開發(fā)予以了高度的關(guān)注，原油價格也是一路飆升，這就對石油裝備制造業(yè)提出了更高的需求，同時也對石油裝備制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用。

受現(xiàn)代化信息技術(shù)迅猛發(fā)展的影響，石油裝備制造業(yè)也開展了信息化建設(shè)，其生產(chǎn)的自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化水平不斷提升，現(xiàn)代化信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的影響范圍越來越廣，尤其是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益普及，使得信息傳輸及共享等問題得到了很好的解決，信息在控制及決策方面的基礎(chǔ)性地位更加突出。

石油裝備制造業(yè)屬于技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，對產(chǎn)品市場競爭力進(jìn)行衡量的一大重要指標(biāo)就是先進(jìn)和落后兩大定義，只有在石油裝備制造業(yè)的每個環(huán)節(jié)中充分融合現(xiàn)代化信息技術(shù)，才能從根本上提升石油制造業(yè)的市場競爭優(yōu)勢。

對于石油裝備制造業(yè)而言，實(shí)現(xiàn)信息化的一條有效途徑就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從當(dāng)前行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r以及顯示需求分析，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在石油裝備制造業(yè)中擁有者極為寬闊的發(fā)展空間，物聯(lián)網(wǎng)時代，為中國的石油裝備制造業(yè)提供了發(fā)展良機(jī)。

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