輸油流程操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

滿萬祥，蘇永剛，張玉龍，賈爭波 (中石油長慶油田分公司第二輸油處，陜西 咸陽 745000)

輸油流程操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

滿萬祥，蘇永剛，張玉龍，賈爭波 (中石油長慶油田分公司第二輸油處，陜西 咸陽 745000)

提出了一種基于B/S結(jié)構(gòu)的輸油工藝流程操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)解決方案，并運(yùn)用JAVA編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了流程自主繪制、動(dòng)態(tài)模擬、作業(yè)票管理以及培訓(xùn)與考核等功能。系統(tǒng)將理論知識學(xué)習(xí)與考試、操作模擬練習(xí)與考試、現(xiàn)場流程操作模擬與作業(yè)票生成3大模塊進(jìn)行有機(jī)集成，為提高員工輸油理論知識與操作技能水平，強(qiáng)化輸油工藝流程切換的現(xiàn)場管理，防止流程誤操作提供了支撐。該系統(tǒng)已在長慶油田某輸油處得到了實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了其合理性。

輸油工藝流程操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)；B/S結(jié)構(gòu)；JAVA編程技術(shù)

隨著油田集輸系統(tǒng)的數(shù)字化程度不斷提高，用好管好數(shù)字化也成為了一個(gè)重要課題。一方面要加強(qiáng)對工藝流程切換操作的監(jiān)管，另一方面要進(jìn)一步強(qiáng)化員工培訓(xùn)。而目前傳統(tǒng)的工藝流程模擬軟件已不能滿足這些需要：一是傳統(tǒng)軟件的任何變更都需要專業(yè)程序員操作，不便于由管理人員根據(jù)自身工藝流程情況自主配置流程圖；二是大部分模擬系統(tǒng)都是客戶端/服務(wù)器(C/S)型結(jié)構(gòu)，眾多的客戶端不利于維護(hù)，也不便于跨區(qū)域、跨平臺的大面積應(yīng)用；三是傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)可擴(kuò)展性不強(qiáng)，新增輸油場站無法自主配置，新的培訓(xùn)任務(wù)無法自主添加；四是傳統(tǒng)培訓(xùn)系統(tǒng)無法應(yīng)用到現(xiàn)場流程切換操作的過程監(jiān)管中，不能實(shí)現(xiàn)流程作業(yè)票的申報(bào)、審批、執(zhí)行及反饋的電子化管理。

針對傳統(tǒng)培訓(xùn)系統(tǒng)在上述幾個(gè)方面的不足，為了更好適應(yīng)發(fā)展需要，筆者研究的輸油流程操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)重點(diǎn)從以下角度加以改進(jìn)：首先，以模塊化的構(gòu)建方式[1]，并采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念，提高系統(tǒng)的易用性、高效性和可擴(kuò)展性；其次，系統(tǒng)以B/S結(jié)構(gòu)開發(fā)，解決跨區(qū)域、跨平臺的問題；再次，通過研究傳統(tǒng)的圖形化組態(tài)軟件編程模式，結(jié)合輸油站工業(yè)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，利用模塊化編程思路和圖形化的組態(tài)[2]方法，開發(fā)具有“搭積木”式的工藝自控流程圖編輯界面，可以使不同輸油場站的用戶登入系統(tǒng)后，自主進(jìn)行本場站流程的繪制，并根據(jù)實(shí)際情況啟用不同的流程圖，滿足不同輸油工況下的流程狀態(tài)需要；最后，系統(tǒng)圍繞輸油流程模擬這一核心功能，擴(kuò)展出流程作業(yè)票的動(dòng)態(tài)管理、流程操作模擬練習(xí)、流程操作模擬考試、輸油理論知識練習(xí)及考試等功能，形成一個(gè)集現(xiàn)場生產(chǎn)過程監(jiān)管與員工培訓(xùn)考核為一體的輸油流程操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

輸油流程操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)是基于B/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)系統(tǒng)，如眾多B/S結(jié)構(gòu)的軟件系統(tǒng)一樣，也具有前臺界面顯示區(qū)域和后臺數(shù)據(jù)處理區(qū)。后臺使用Java語言開發(fā)。Java開發(fā)的軟件系統(tǒng)支持與運(yùn)行環(huán)境和開發(fā)平臺無關(guān)，這充分保證了系統(tǒng)的可移植性、安全性、可伸縮性和可復(fù)用性。前臺使用Flex開發(fā)。Flex是一種強(qiáng)大而流行的RIA技術(shù)，是滿足開發(fā)RIA的企業(yè)級程序員而推出的表示服務(wù)層和應(yīng)用程序框架[3]，可以運(yùn)行于現(xiàn)有的Java EE或.Net平臺上，從表現(xiàn)層來解決用戶體驗(yàn)和數(shù)據(jù)集成方向的問題。在此基礎(chǔ)上，為了降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，保持系統(tǒng)的向后兼容性、可集成性和可擴(kuò)展性，系統(tǒng)采用基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)和架構(gòu)，同時(shí)采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，大大的提高了系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)的效率，并體現(xiàn)了架構(gòu)的合理性和可拓展性。為了便于建設(shè)、維護(hù)和進(jìn)化，系統(tǒng)采用分層架構(gòu)限制子系統(tǒng)間的依賴關(guān)系，使系統(tǒng)以更松散自由的方式耦合。

1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)采用基于J2EE的體系結(jié)構(gòu)，J2EE是一個(gè)基于組件的，以應(yīng)用服務(wù)器為核心的多層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)[4]。這種多層結(jié)構(gòu)簡化了開發(fā)、配置和維護(hù)企業(yè)應(yīng)用的過程。系統(tǒng)采用“零客戶”即Browser模式，充分發(fā)揮Internet技術(shù)在廣域網(wǎng)上的優(yōu)勢。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1圖所示，它由應(yīng)用服務(wù)層、表示層、數(shù)據(jù)中心3個(gè)層次組成，核心部位在于應(yīng)用服務(wù)層。

1)應(yīng)用服務(wù)層 應(yīng)用服務(wù)層是業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的核心支撐層，它又可分為業(yè)務(wù)對象層、公共服務(wù)層和Spring容器。業(yè)務(wù)對象層包含了具體的功能模塊，如業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)模塊、考試模塊、基礎(chǔ)信息管理模塊以及系統(tǒng)管理模塊等等，它與公共服務(wù)層，Spring容器進(jìn)行直接的互動(dòng)交換。

2)表示層 即前臺顯示的系統(tǒng)界面層，用戶通過表示層，訪問服務(wù)層的數(shù)據(jù)，服務(wù)層響應(yīng)后，根據(jù)表示層的需求，提供數(shù)據(jù)，并以一定的邏輯關(guān)系顯示出來。用戶可以通過不同的界面和通訊方式接入系統(tǒng)。對于Window操作界面的用戶，通過HTTP/SOAP協(xié)議訪問應(yīng)用服務(wù)層的業(yè)務(wù)功能。

3)數(shù)據(jù)中心 系統(tǒng)主要采用SQL Server2008強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，統(tǒng)一由應(yīng)用服務(wù)層的對象持久化服務(wù)模塊來完成，從而屏蔽了具體數(shù)據(jù)庫的特性；系統(tǒng)屬性文件、XML文件和日志文件等存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)。

1.3系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)根據(jù)功能設(shè)計(jì)可劃分為5大模塊，分別是操作輔助、練習(xí)模式、考試管理、基礎(chǔ)信息管理、系統(tǒng)管理等。

1)操作輔助 操作輔助模塊主要實(shí)現(xiàn)了流程作業(yè)票的動(dòng)態(tài)模擬生成、審核、管理以及打印等操作。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用了職責(zé)分工模式，實(shí)現(xiàn)了流程作業(yè)票生成過程的有序化，即根據(jù)權(quán)限的不同，做到分工明確。由操作員生成流程切換作業(yè)票，管理干部進(jìn)行審核，操作員完成實(shí)際切換后，對執(zhí)行情況進(jìn)行反饋，從而實(shí)現(xiàn)了流程切換作業(yè)過程的電子化監(jiān)管，電子作業(yè)票強(qiáng)化了流程作業(yè)過程的可追溯性。

2)練習(xí)模式 練習(xí)模式主要實(shí)現(xiàn)了用戶的理論練習(xí)、操作模擬練習(xí)、知識點(diǎn)的互動(dòng)交流、自主模擬測驗(yàn)以及小型的交流平臺。其中理論練習(xí)中，習(xí)題均以知識點(diǎn)的形式出現(xiàn)，知識點(diǎn)下層分布著不同種類的習(xí)題，用戶可以根據(jù)自己的需求，進(jìn)行選擇練習(xí)。另外用戶還可對已經(jīng)考過的試卷進(jìn)行自主測驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)自己的不足，進(jìn)行彌補(bǔ)。操作模擬練習(xí)與操作票的生成使用相同的流程圖，這樣的設(shè)計(jì)便于員工直接在虛擬環(huán)境中，熟悉現(xiàn)有的流程切換操作，同時(shí)共享流程圖，確保了信息同步，減輕了服務(wù)器的負(fù)載，提高了系統(tǒng)的性能?；A(chǔ)知識的互動(dòng)交流，采用小型論壇的設(shè)計(jì)模式，用戶可進(jìn)行發(fā)帖、回帖等操作。

3)考試管理 主要包括習(xí)題管理、考題管理、考卷生成、考試信息的設(shè)置，以及考后閱卷、評分、統(tǒng)計(jì)等一系列操作管理。其中習(xí)題與考題的管理包括添加和修改，考題與習(xí)題之間的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化等。題目的類型也是多樣化的，涵蓋了圖片題和非圖片題兩大類，通過圖片與文字描述，能針對現(xiàn)場情況設(shè)置情景分析題等，題型有單選題、多選題、填空題、簡答題、流程模擬操作題等。考卷的生成采用百分制，選題的方式有2種，分別為隨機(jī)選題與固定選題?？荚囆畔⒃O(shè)置指在生成新的試卷后，對需要參見考試的人員信息、時(shí)間信息以及及格分?jǐn)?shù)線進(jìn)行初始化設(shè)置，從而指定固定的時(shí)間段，固定的人員參加考試。這樣的考試功能設(shè)計(jì)保證了考試組織工作的自主、靈活、公平、公正。

4)基礎(chǔ)信息管理 基礎(chǔ)信息管理為流程圖的加載、運(yùn)行以及用戶練習(xí)提供可靠的基礎(chǔ)保障。其中輸油站流程圖定義實(shí)現(xiàn)了用戶自主繪制和更新流程圖的功能。系統(tǒng)能夠分別設(shè)定流程切換模擬環(huán)境下的設(shè)備初始狀態(tài)以及練習(xí)與考試模式下的設(shè)備初始狀態(tài)，即分別針對同一個(gè)流程圖設(shè)置不同初始化開關(guān)屬性等，這樣的設(shè)計(jì)，不但實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)模擬與考試練習(xí)的分離，而且從系統(tǒng)優(yōu)化上來講，節(jié)約了資源。

5)系統(tǒng)管理 系統(tǒng)管理主要涵蓋了用戶管理模塊、部門管理模塊、權(quán)限管理模塊以及系統(tǒng)日志等系統(tǒng)配置方面的功能。用戶管理模塊采用樹形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，分層管理體系，使用戶管理變得方便、高效。權(quán)限管理模塊以權(quán)限的動(dòng)態(tài)變更為設(shè)計(jì)思想，利用角色與用戶雙授權(quán)的方式，從而有效的滿足了系統(tǒng)中用戶權(quán)限的變更需求。系統(tǒng)日志的記錄，方便了系統(tǒng)管理員對用戶登入系統(tǒng)的情況進(jìn)行查看、監(jiān)督、統(tǒng)計(jì)，進(jìn)一步的提高了系統(tǒng)的安全性。

2 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

2.1系統(tǒng)運(yùn)行的硬件環(huán)境

系統(tǒng)服務(wù)器端建立在windows操作系統(tǒng)上，鑒于數(shù)據(jù)的多樣性和復(fù)雜性，因此要求服務(wù)器端CPU2*四核E5-2650，內(nèi)存至少在16G以上。因?yàn)榇嬖诹鞒虉D的加載以及初始化，所以對客戶端的要求：顯示器分辨率設(shè)置為大于等于1280*800，內(nèi)存至少2G，CPU 2.4G以上。

2.2系統(tǒng)運(yùn)行的軟件環(huán)境

1)服務(wù)端 數(shù)據(jù)庫，SQL Server2008 r2；服務(wù)器，Tomcat 6.0；JDK1.6.0。

2)客戶端 操作系統(tǒng)，Window20032008XP平臺操作系統(tǒng)，瀏覽器要求Internet Explore6以上，建議使用Internet Explore8。

3 應(yīng) 用

3.1適用范圍及行業(yè)

由于設(shè)計(jì)方面強(qiáng)大的兼容性以及可擴(kuò)展性，輸油流程操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)有著廣泛的用途。它不僅適用于原油或成品油集輸系統(tǒng)的流程操作模擬、員工理論知識培訓(xùn)、操作技能培訓(xùn)以及考核等工作，而且通過對系統(tǒng)流程的動(dòng)態(tài)配置，還可以在燃?xì)?、化工、電力、給排水等與工藝流程操作有關(guān)的行業(yè)進(jìn)行拓展應(yīng)用。

3.2系統(tǒng)的具體應(yīng)用

1)流程的動(dòng)態(tài)配置應(yīng)用 流程動(dòng)態(tài)配置的實(shí)現(xiàn)，拓展了該系統(tǒng)的應(yīng)用層面。它不僅適用于輸油管理，而且適用于各種存在工藝流程操作的行業(yè)，如燃?xì)狻⒒?、電力、給排水等。①流程的動(dòng)態(tài)新建。即用戶可以根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要，對本企業(yè)所涉及到的流程圖進(jìn)行繪制、標(biāo)注，并自定義名稱。②流程的初始化操作。在新繪制的流程圖中，設(shè)置設(shè)備的開關(guān)屬性，對應(yīng)于該流程圖中，顯示出該設(shè)備的初始化屬性。③流程的更新，包括流程圖的更新以及流程圖中設(shè)備狀態(tài)的更新，都可根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行自主的設(shè)置。

2)流程作業(yè)票的電子化管理 流程作業(yè)票是針對標(biāo)準(zhǔn)流程作業(yè)下所填寫的規(guī)范化的操作憑據(jù)。一個(gè)完整的流程作業(yè)票，它應(yīng)該具有預(yù)令、擬票、審票、接受正令、正令執(zhí)行與反饋5個(gè)步驟[5]。這5個(gè)步驟對于流程作業(yè)票的生成是至關(guān)重要的，任何一步都不容許出現(xiàn)錯(cuò)誤或者缺失。然而傳統(tǒng)的作業(yè)票是使用手寫的方式，首先，手寫操作票的方式?jīng)]有統(tǒng)一的規(guī)范，即使有表格的限制，也做不到標(biāo)準(zhǔn)語句的規(guī)范，這必然導(dǎo)致同一個(gè)流程作業(yè)會(huì)出現(xiàn)不同的表達(dá)方式。其次手寫的流程作業(yè)票，隨著時(shí)間的推移，操作票很容易丟失或者毀壞，即使保存完好，也不便于進(jìn)行搜索查找，這樣給工作帶來了麻煩，也給生產(chǎn)添加了負(fù)擔(dān)?！拜斢土鞒滩僮髂M培訓(xùn)系統(tǒng)”使用標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)票電子管理，從根本上杜絕了手寫票存在的問題。①使用操作流程圖的方式，用戶按照標(biāo)準(zhǔn)流程作業(yè)在流程圖中進(jìn)行操作，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成流程操作記錄。每一步操作的表達(dá)方式，都具有一定的規(guī)范性和統(tǒng)一性。②采用系統(tǒng)化的管理方式[6]，對于已經(jīng)生成好的流程作業(yè)票，系統(tǒng)將其整理歸檔。用戶可以根據(jù)操作票的操作部門、操作開始時(shí)間、操作結(jié)束時(shí)間等特征對其進(jìn)行查詢和管理。③嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)票錄入程序，崗位員工接收預(yù)令(一般由當(dāng)前值班干部發(fā)出預(yù)令)，擬票(根據(jù)預(yù)令，在流程圖中進(jìn)行模擬操作，生成操作記錄)，審票(值班干部根據(jù)操作記錄判斷操作正確性，進(jìn)行審核)，接受正令(審核通過后，崗位員工選擇開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間，并進(jìn)行流程操作匯報(bào))，正令執(zhí)行與反饋(根據(jù)流程操作票中的操作記錄進(jìn)行正令執(zhí)行，并將實(shí)際操作情況反饋到系統(tǒng)中)。這樣在每一個(gè)環(huán)節(jié)都層層把關(guān)，確保了流程操作的規(guī)范性、準(zhǔn)確性，進(jìn)而大大的降低了因?yàn)榱鞒套鳂I(yè)失誤而導(dǎo)致的安全問題。

3)員工培訓(xùn)的應(yīng)用 在油氣生產(chǎn)過程中，崗位員工的理論水平與操作能力都直接關(guān)系到安全生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)，一個(gè)小小的操作失誤，就有可能釀成顛覆性的事故，守住一個(gè)細(xì)小的環(huán)節(jié)，就有可能振救眾多的生命，這要求管理者理論結(jié)合實(shí)踐開展員工培訓(xùn)，要在實(shí)踐中滲透理論，在理論中體現(xiàn)實(shí)踐[7]。輸油流程操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)以理論學(xué)習(xí)結(jié)合模擬流程操作的練習(xí)，并滲透知識的互動(dòng)交流，干部員工能夠在一個(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)之中進(jìn)行學(xué)習(xí)探討，這為員工水平的整體提高奠定了良好的基礎(chǔ)。①理論學(xué)習(xí)中，以知識點(diǎn)的形式歸類不同專業(yè)技能方面的題目，包括單選題、填空題、簡答題、多選題、圖形題等多種題型。用戶可以根據(jù)自身情況，進(jìn)行各種題目的練習(xí)。習(xí)題內(nèi)容密切結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際而設(shè)置，同時(shí)涵蓋《集輸工》全套知識題庫，從而體現(xiàn)了理論結(jié)合實(shí)踐的設(shè)計(jì)理念。②模擬操作練習(xí)中，用戶根據(jù)自己所在場站的工藝流程進(jìn)行練習(xí)，結(jié)合自身的不足，對不熟悉的流程進(jìn)行操作模擬練習(xí)，進(jìn)而強(qiáng)化對實(shí)際流程操作步驟的掌握，加深流程操作理論知識的印象，在實(shí)踐中鞏固理論。③健全的考核機(jī)制，促進(jìn)更有針對性的培訓(xùn)。該系統(tǒng)的考核體制是：從題庫中抽出有代表性的理論題或者模擬操作題生成試卷，設(shè)定考試信息(包括考試人員、考試開始時(shí)間、考試結(jié)束時(shí)間、及格分?jǐn)?shù)等)，考試結(jié)果分析(以柱狀圖的形式展現(xiàn)出本次考試的成績統(tǒng)計(jì)，直觀有效的展現(xiàn)本階段培訓(xùn)的效果)。④知識的互動(dòng)交流模塊，發(fā)布經(jīng)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤操作、理論知識要點(diǎn)，或者把好的思路、經(jīng)驗(yàn)、方法、意見及建議發(fā)布到網(wǎng)上，供員工進(jìn)行查閱交流，在整個(gè)企業(yè)形成一個(gè)技術(shù)交流的網(wǎng)絡(luò)平臺。

4 結(jié) 語

通過分析生產(chǎn)實(shí)際需求，提出了輸油流程操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的研發(fā)目標(biāo)，設(shè)計(jì)開發(fā)了集員工培訓(xùn)、流程模擬操作、動(dòng)態(tài)流程配置、流程作業(yè)票電子化管理為一體的流程模擬操作培訓(xùn)系統(tǒng)，并通過在長慶油田某輸油處的實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了系統(tǒng)的合理性與實(shí)用性。通過該系統(tǒng)，員工可以深刻體會(huì)到流程操作的原理，明確整套工藝流程的具體結(jié)構(gòu)及分布概況，從而更好的去履行崗位職責(zé)。另外系統(tǒng)所提供的綜合型培訓(xùn)，能夠強(qiáng)化員工基本功訓(xùn)練，拓寬知識面，鞏固員工對知識點(diǎn)的掌握，這能夠?yàn)槠髽I(yè)的持續(xù)發(fā)展提供更有力的基礎(chǔ)保障。

[1]馮蘭萍，朱禮軍，蔣亞東.一種模塊化本體構(gòu)建方式研究[J].現(xiàn)代圖書情報(bào)技術(shù)，2012(6):58-64.

[2]陳江亭，羅三定.圖形化組態(tài)的數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).科技廣場[J],2010(3):104-107.

[3]向模軍.基于Flex的RIA應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究[J].信息與電腦，2010(2):101-102.

[4]劉曉華.J2EE企業(yè)級應(yīng)用開發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2003.

[5]李煜.標(biāo)準(zhǔn)流程作業(yè)的信息化[J],中國電力企業(yè)管理，2007(6):60-61.

[6]楊仙.淺談關(guān)于弱電智能系統(tǒng)化的管理方式[J],無線互聯(lián)科技，2013(4):77-79.

[7]陳紅.職工培訓(xùn)中理論與實(shí)踐關(guān)系的處理原則[J],成人教育,1994(7):35.

2013-06-20

滿萬祥(1962-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事原油集輸系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行及數(shù)字化與科技管理工作。

張玉龍(1985-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)與管理方面的研究工作；E-mail:alongrown@163.com。

TP393

A

1673-1409(2013)28-0029-04

[編輯] 洪云飛