淺談未來(lái)油田調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張?zhí)m兵

（江漢石油管理局清河采油廠采油服務(wù)二區(qū)生產(chǎn)辦調(diào)度室，湖北 武漢 430000）

石油生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜且與其他系統(tǒng)有著高關(guān)聯(lián)度的系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)外使用的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)不能高智能化的針對(duì)不同的問(wèn)題生成不同的解決方案讓用戶滿意，決策者經(jīng)常不得不調(diào)整計(jì)劃或調(diào)度方案來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。未來(lái)的石油生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)可以從用戶過(guò)去所做的調(diào)整中學(xué)習(xí)[1]，能夠?qū)λ惴ㄟM(jìn)行調(diào)整和組合，以達(dá)到最大的效率。還可以對(duì)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)，以降低成本，并基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和調(diào)度。

一、機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)制

實(shí)際工作生產(chǎn)中，嵌入在調(diào)度系統(tǒng)中的算法通常不會(huì)生成用戶可以接受的計(jì)劃或調(diào)度。單一的算法的不足以滿足多目標(biāo)的規(guī)劃和調(diào)度問(wèn)題。目前的系統(tǒng)很難實(shí)時(shí)為任何問(wèn)題提供合理且可接受的解決方案。新的研究計(jì)劃應(yīng)致力于提高調(diào)度系統(tǒng)在日常使用生成解決方案的能力，這個(gè)過(guò)程需要大量的實(shí)驗(yàn)工作。關(guān)于機(jī)器學(xué)習(xí)方法在計(jì)劃和調(diào)度中的適用性，已有一些方法，如“死記硬背”、基于案例的推理、誘導(dǎo)方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分級(jí)機(jī)系統(tǒng)等[2]，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)提高調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)化的能力，提高生產(chǎn)調(diào)度效率。

二、規(guī)劃調(diào)度引擎和算法庫(kù)的設(shè)計(jì)

未來(lái)的石油調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)劃或調(diào)度引擎，以使用戶能夠?qū)λ惴ㄟM(jìn)行調(diào)整和組合，以優(yōu)化效率。系統(tǒng)中的計(jì)劃或調(diào)度引擎通常包含算法過(guò)程庫(kù)。算法過(guò)程庫(kù)包含了綜合調(diào)度規(guī)則、移動(dòng)瓶頸技術(shù)、局部搜索技術(shù)、分支定界程序、數(shù)學(xué)編程等。一個(gè)過(guò)程可能適合于一種類(lèi)型的實(shí)例或數(shù)據(jù)，而另一個(gè)過(guò)程可能更適合其他類(lèi)型的實(shí)例。未來(lái)的調(diào)度引擎和算法庫(kù)的設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)用戶的自助選擇，允許用戶分析實(shí)例數(shù)據(jù)并確定算法參數(shù)，并行設(shè)置算法，串聯(lián)設(shè)置算法，以及整合算法。用戶可以選擇一個(gè)過(guò)程并指定適當(dāng)?shù)钠鋮?shù)的級(jí)別（例如，縮放參數(shù)、選項(xiàng)卡列表的長(zhǎng)度等）?？梢栽O(shè)置多臺(tái)計(jì)算機(jī)或處理器并行使用，還可以設(shè)置程序一方的輸出作為另一方的輸入來(lái)進(jìn)行串聯(lián)使用。此類(lèi)調(diào)度系統(tǒng)具有一定的靈活性。

三、可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在過(guò)去的二十年里，我們看到了一大批工業(yè)和學(xué)術(shù)界的計(jì)劃和調(diào)度系統(tǒng)。一些這些系統(tǒng)是特定于應(yīng)用程序的，其他系統(tǒng)是通用的。在實(shí)施中特定于應(yīng)用程序的系統(tǒng)往往比通用系統(tǒng)做得更好。但是，特定于應(yīng)用程序的系統(tǒng)通常很難修改并適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。通用系統(tǒng)通常模塊化程度更高。然而，這種系統(tǒng)的任何定制通常都需要大量的投資。經(jīng)驗(yàn)表明系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)非常耗時(shí)而且昂貴。為了降低成本，應(yīng)努力保持系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高度模塊化。如果模塊設(shè)計(jì)精良，足夠靈活，可反復(fù)使用?？紤]到促進(jìn)和標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃和調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，有必要對(duì)現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

面向?qū)ο笙到y(tǒng)通常圍繞兩個(gè)基本實(shí)體進(jìn)行設(shè)計(jì)，即對(duì)象和方法。對(duì)象是指各種類(lèi)型的實(shí)體或概念。最明顯的是工作和機(jī)器或活動(dòng)和資源，計(jì)劃或日程表也是一個(gè)對(duì)象，用戶界面組件也是對(duì)象，例如按鈕、菜單和畫(huà)布。對(duì)象類(lèi)型之間有兩種基本關(guān)系，即IS-A關(guān)系和HAS-A關(guān)系。對(duì)象通常攜帶靜態(tài)信息（稱(chēng)為屬性）和動(dòng)態(tài)信息（稱(chēng)為狀態(tài)）。一個(gè)對(duì)象可以有幾個(gè)屬性，這些屬性是與該對(duì)象關(guān)聯(lián)的描述符。一個(gè)物體可能處于多種狀態(tài)中的任何一種。例如，機(jī)器可能正忙、空閑或故障。方法通過(guò)一個(gè)或多個(gè)運(yùn)算符在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。運(yùn)算符用于操作與對(duì)象和可能導(dǎo)致對(duì)象狀態(tài)的變化，即事件。另一方面，事件也可能觸發(fā)運(yùn)算符。不同對(duì)象的狀態(tài)序列可以用狀態(tài)轉(zhuǎn)換或事件圖來(lái)描述，這樣的事件圖可以表示運(yùn)算符和事件之間的鏈接。操作員可能被認(rèn)為是在軟件中實(shí)現(xiàn)方法的方式。任何給定的運(yùn)算符都可以是幾種方法的一部分。方法的應(yīng)用對(duì)象通常觸發(fā)事件。將方法應(yīng)用于對(duì)象可能導(dǎo)致信息從一個(gè)對(duì)象傳輸?shù)搅硪粋€(gè)對(duì)象，這樣的信息傳遞是通常被稱(chēng)為消息。消息表示信息（或內(nèi)容）通過(guò)一種方法從一個(gè)對(duì)象（如日程表）傳輸?shù)搅硪粋€(gè)對(duì)象（如用戶界面顯示）。系統(tǒng)在概念上是面向?qū)ο蟮?，這意味著系統(tǒng)的每一個(gè)概念和每一個(gè)功能都是一個(gè)對(duì)象或一個(gè)對(duì)象的方法（無(wú)論它是在數(shù)據(jù)庫(kù)還是知識(shí)庫(kù)中，算法庫(kù)、計(jì)劃或調(diào)度引擎或用戶界面）[3]。

四、基于Web的計(jì)劃和調(diào)度系統(tǒng)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的單用戶獨(dú)立系統(tǒng)已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)上可用?；旧嫌腥N基于Web的系統(tǒng)：信息存取系統(tǒng)，信息協(xié)調(diào)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。在信息訪問(wèn)系統(tǒng)中，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、電子數(shù)據(jù)交換或其他電子系統(tǒng)來(lái)檢索和共享信息。這個(gè)服務(wù)器充當(dāng)信息存儲(chǔ)庫(kù)和分發(fā)中心。信息流向多個(gè)方向流動(dòng)，服務(wù)器可以同步和管理信息。

在信息處理系統(tǒng)中，服務(wù)器可以處理信息并將此處理的結(jié)果返回給客戶機(jī)?；赪eb的計(jì)劃和調(diào)度系統(tǒng)是信息處理系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)的交互系統(tǒng)。因?yàn)榭蛻舳朔?wù)器互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，規(guī)劃或調(diào)度系統(tǒng)，即其數(shù)據(jù)庫(kù)、引擎和用戶界面，必須進(jìn)行調(diào)整。擁有能夠使計(jì)劃和調(diào)度系統(tǒng)在Web上可用的服務(wù)器有諸多優(yōu)勢(shì)：首先，輸入輸出接口（用于圖形顯示）可由本地主機(jī)支持，而不是通過(guò)遠(yuǎn)程站點(diǎn)的服務(wù)器。其次，服務(wù)器和本地客戶機(jī)可以處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和操作，可減輕服務(wù)器站點(diǎn)并為本地用戶提供管理數(shù)據(jù)庫(kù)。第三，多個(gè)服務(wù)器可以在大型解決方案上協(xié)作以解決復(fù)雜調(diào)度問(wèn)題。

結(jié)論：未來(lái)的石油調(diào)度系統(tǒng)可以通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)制，以及調(diào)度引擎和算法庫(kù)的設(shè)計(jì)、可重構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、基于Web的計(jì)劃和調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)才實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化，這將大大提高我們油田系統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度效率，減少不必要的人力物力資源浪費(fèi)，優(yōu)創(chuàng)“智能油田”。