乙烯工廠的操作數(shù)據(jù)系統(tǒng)與智慧化管理

任永

(中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

智慧化管理是利用智能科學(xué)的理論、技術(shù)、方法和信息、通信及自動(dòng)化技術(shù)工具，通過(guò)智能感知、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)挖掘、專家系統(tǒng)等手段，實(shí)現(xiàn)企業(yè)核心業(yè)務(wù)智能化，經(jīng)營(yíng)管理、決策和服務(wù)智能化，資源調(diào)配和優(yōu)化利用智能化，實(shí)現(xiàn)信息流、資金流、物流的集成與融合，進(jìn)而提升企業(yè)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。為了挖掘“石化裝置實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)”帶來(lái)的價(jià)值，讓企業(yè)管理部門(mén)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)做出決策，實(shí)現(xiàn)企業(yè)智慧化管理，操作數(shù)據(jù)系統(tǒng)(ODS)應(yīng)運(yùn)而生。ODS是以實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于先進(jìn)信息技術(shù)和生產(chǎn)管理理念，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)視與分析，對(duì)裝置的運(yùn)行平穩(wěn)率、產(chǎn)量及能耗進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)，對(duì)班組的工作狀況進(jìn)行客觀、準(zhǔn)確而公平的考核，進(jìn)而成為企業(yè)智慧化管理的基礎(chǔ)平臺(tái)。

1 ODS工作原理

ODS是一個(gè)面向主題的、集成的、可變的、當(dāng)前的數(shù)據(jù)集合，支持企業(yè)對(duì)于實(shí)時(shí)的、集成的信息需求。ODS包括四個(gè)部分： 各個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)區(qū)、ODS數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、ODS信息視圖區(qū)、各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。ODS的原理如圖1所示。

圖1 ODS原理示意

從圖1中可以看出ODS數(shù)據(jù)緩沖區(qū)是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的第一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，各個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源中被抽取出來(lái)，裝載到ODS數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)。對(duì)于數(shù)據(jù)量大的數(shù)據(jù)源采用增量的方式抽取，對(duì)于變化更新頻率高的數(shù)據(jù)采用全量的方式抽取。ODS信息視圖區(qū)的數(shù)據(jù)從ODS數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中抽取，有選擇地集成各業(yè)務(wù)源數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和組織，用戶通過(guò)信息視圖區(qū)獲得相關(guān)的實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)。各業(yè)務(wù)系統(tǒng)與ODS信息視圖區(qū)可相互訪問(wèn)，能生成實(shí)時(shí)操作報(bào)表及查詢某一主題的近期全部信息。ODS數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和ODS統(tǒng)一信息視圖區(qū)的主要區(qū)別是數(shù)據(jù)抽取、清洗、轉(zhuǎn)換、加載的轉(zhuǎn)換規(guī)則和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式不同。前者一般只進(jìn)行簡(jiǎn)單的匯總、計(jì)算，或者從操作型數(shù)據(jù)庫(kù)中直接抽取而不進(jìn)行任何中間轉(zhuǎn)化；而后者則是完全按照主體的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，向用戶提供快速的報(bào)表展示和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢的功能。

2 ODS功能

根據(jù)乙烯工廠對(duì)信息管理和大數(shù)據(jù)處理的需求，同時(shí)兼顧實(shí)用性和可操作性，ODS 應(yīng)具備如下功能： 收集DCS 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；收集用于維護(hù)工廠的當(dāng)前及歷史數(shù)據(jù)和設(shè)備性能數(shù)據(jù)；提供有效及安全的過(guò)程數(shù)據(jù)存取方式，將過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)；提供用于排錯(cuò)和監(jiān)視的趨勢(shì)圖；提供用于工廠管理的流程圖和報(bào)表；具有在線自診斷，能檢查OPC通信是否故障；系統(tǒng)可擴(kuò)容。

對(duì)ODS的功能從分層角度劃分，其功能結(jié)構(gòu)可分為三層： 數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、顯示層，功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 ODS功能結(jié)構(gòu)示意

從圖2中可以看出，ODS有別于傳統(tǒng)的2層Client/Server架構(gòu)，采用3層的Browser/Server架構(gòu)，把事務(wù)處理邏輯模塊從客戶端的任務(wù)中分離出來(lái)，由中間應(yīng)用層來(lái)完成。應(yīng)用層的負(fù)荷被均衡地分配給Web服務(wù)器，從而減輕了客戶端的負(fù)荷壓力。系統(tǒng)所有報(bào)表及流程圖均通過(guò)Web用戶平臺(tái)方式進(jìn)行瀏覽。采用這種方式，靈活性強(qiáng)、界面友好、適用范圍廣、易于維護(hù)。

3 ODS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

以某乙烯工廠為例，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 ODS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意

從圖3中可以看出，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是ODS的基礎(chǔ)，它實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)支持分布式的結(jié)構(gòu)，設(shè)置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)主服務(wù)器、緩存服務(wù)器，從而降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷和防止因網(wǎng)絡(luò)故障引起數(shù)據(jù)丟失，保證數(shù)據(jù)的安全。

ODS通過(guò)兩級(jí)數(shù)據(jù)備份的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)各裝置的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)。各裝置設(shè)置緩存服務(wù)器與DCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器集成，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)主服務(wù)器從各裝置緩存服務(wù)器獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)歸檔。

ODS基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理，使以往工藝操作管理的許多難題迎刃而解。比如操作采樣頻率從原來(lái)1 h提高到30 s，超標(biāo)明細(xì)可記錄下每個(gè)超標(biāo)點(diǎn)的時(shí)間、超標(biāo)值，使班組的考核管理工作有了更細(xì)的依據(jù)，超標(biāo)次數(shù)普遍降低，操作平穩(wěn)率顯著提高。

ODS采用模塊化結(jié)構(gòu)，各個(gè)裝置、功能模塊可獨(dú)立設(shè)置，各個(gè)報(bào)表內(nèi)容可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行定義設(shè)置。在擴(kuò)展性方面，用戶只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)置，即可方便地把系統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)展到新的生產(chǎn)裝置上，不需要進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)。

ODS的程序運(yùn)行由兩部分構(gòu)成： 前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。后臺(tái)程序?yàn)橄到y(tǒng)的核心，每天定時(shí)運(yùn)行，從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取各裝置當(dāng)天的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并按倒班表的倒班時(shí)間統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)生成每天各個(gè)班的生產(chǎn)日數(shù)據(jù)，并將各個(gè)班的生產(chǎn)日數(shù)據(jù)保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)(SQL Server)中。前臺(tái)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)裝置各類報(bào)表的項(xiàng)目設(shè)定、系統(tǒng)管理以及裝置生產(chǎn)報(bào)表的查詢。

4 ODS智慧化管理

ODS可實(shí)現(xiàn)班組操作平穩(wěn)、物料平衡、物料能耗、裝置臺(tái)賬等統(tǒng)計(jì)計(jì)算功能及流程圖的瀏覽，企業(yè)生產(chǎn)管理人員在授權(quán)情況下，可通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)、查詢系統(tǒng)的各種實(shí)時(shí)和歷史信息，為企業(yè)的智慧化管理提供準(zhǔn)確無(wú)誤的信息。

4.1 操作平穩(wěn)率

操作平穩(wěn)率統(tǒng)計(jì)是對(duì)重要操作指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)視，在發(fā)現(xiàn)超出正常操作范圍時(shí)自動(dòng)記錄超標(biāo)時(shí)間，根據(jù)面積積分原理統(tǒng)計(jì)出超標(biāo)時(shí)間與超標(biāo)幅度造成的超標(biāo)影響值，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存。

根據(jù)裝置主要過(guò)程參數(shù)，結(jié)合不同過(guò)程參數(shù)對(duì)裝置影響程度以及實(shí)際操作超標(biāo)統(tǒng)計(jì)次數(shù)，統(tǒng)計(jì)計(jì)算出生產(chǎn)裝置的操作平穩(wěn)率。班組操作平穩(wěn)率考核流程如圖4所示。

考核數(shù)據(jù)的來(lái)源主要來(lái)自三個(gè)方面： 過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)和手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的計(jì)算主要在數(shù)據(jù)庫(kù)中利用虛擬位號(hào)的功能完成，計(jì)算結(jié)果被存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以位號(hào)形式被調(diào)用，還有些計(jì)算數(shù)據(jù)可以在客戶端的Excel中完成。

圖4 操作平穩(wěn)率考核流程示意

班組平穩(wěn)考核是以班組的日統(tǒng)計(jì)和月累計(jì)為基礎(chǔ)，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，分別對(duì)各個(gè)班組的操作狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)生成班組操作平穩(wěn)報(bào)表。這些報(bào)表反映了各班組當(dāng)班時(shí)裝置的運(yùn)行平穩(wěn)狀況。通過(guò)該報(bào)表，可對(duì)各班組操作水平進(jìn)行客觀公平的考核，達(dá)到降低能耗、提高產(chǎn)品合格率的目的。

4.2 物料平衡統(tǒng)計(jì)

班組物料管理，是自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各班組當(dāng)班時(shí)間內(nèi)的投入原料、產(chǎn)出產(chǎn)品量，進(jìn)行以裝置為單位的收率、損失、月累的自動(dòng)運(yùn)算，為上層應(yīng)用提供可靠的信息，實(shí)現(xiàn)班組的智慧化管理。數(shù)據(jù)主要基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，定時(shí)自動(dòng)采集，數(shù)據(jù)發(fā)布和報(bào)表生成，主要包括日?qǐng)?bào)、月報(bào)等。

4.3 物料能耗計(jì)算

物料能耗計(jì)算是對(duì)各能耗介質(zhì)進(jìn)行產(chǎn)出、消耗統(tǒng)計(jì)，確定裝置的加工量，根據(jù)運(yùn)算規(guī)則計(jì)算單耗，通過(guò)報(bào)表形式展示出來(lái)，包括日?qǐng)?bào)、月報(bào)等。

根據(jù)裝置每個(gè)班組的公用工程能耗消耗，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算每噸主產(chǎn)品的能量消耗，即單耗，這是對(duì)班組操作水平進(jìn)行考核的一項(xiàng)重要指標(biāo)，能有效促進(jìn)降低生產(chǎn)能耗。

4.4 工藝臺(tái)賬

工藝指標(biāo)臺(tái)賬以裝置為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，可查看所屬的裝置、指標(biāo)描述、儀表位號(hào)、單位、規(guī)定的操作范圍及定點(diǎn)時(shí)間的儀表讀數(shù)；自動(dòng)記錄關(guān)鍵儀表讀數(shù)，該讀數(shù)可按周期采集；超過(guò)操作范圍的數(shù)值可標(biāo)注醒目顏色，提示操作及管理人員關(guān)注。工藝臺(tái)賬數(shù)據(jù)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取，可查詢裝置一天的技術(shù)數(shù)據(jù)，也可追溯歷史數(shù)據(jù)。

根據(jù)用戶定義的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)(溫度、壓力、流量、液位等)自動(dòng)生成各裝置各單元的工藝臺(tái)帳，ODS自動(dòng)計(jì)算每個(gè)定義好的位號(hào)，每天內(nèi)的最大值、最小值、平均值等，同時(shí)具有趨勢(shì)查看功能。

4.5 工藝流程圖

ODS通過(guò)Web方式，發(fā)布生產(chǎn)裝置的工藝流程圖，具備權(quán)限的管理者通過(guò)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，查看裝置關(guān)鍵的過(guò)程參數(shù)指標(biāo)(溫度、壓力、流量、液位等)以及歷史趨勢(shì)，了解生產(chǎn)狀況。

5 結(jié)束語(yǔ)

ODS由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶定義的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)工作自動(dòng)化，使人力資源從重復(fù)的工作中和復(fù)雜的計(jì)算中解脫出來(lái)，使工藝管理人員有更多的時(shí)間用在分析數(shù)據(jù)、工藝優(yōu)化上，使考核工作具有高度的客觀性、準(zhǔn)確性和可靠性。

ODS中所有報(bào)表均有報(bào)表維護(hù)功能界面，有權(quán)限的操作或管理人員可根據(jù)實(shí)際工藝流程自行定義和配置報(bào)表的內(nèi)容；利用數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，還可將各個(gè)報(bào)表的數(shù)據(jù)讀入到Excel中，進(jìn)行分析和利用；導(dǎo)出的數(shù)據(jù)還可導(dǎo)入到數(shù)據(jù)挖掘軟件中，對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，為生產(chǎn)操作人員和企業(yè)管理者服務(wù)。

ODS是乙烯工廠實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化、智慧化管理的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)充分挖掘“石化裝置實(shí)時(shí)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)”的潛在巨大價(jià)值，讓企業(yè)生產(chǎn)管理者更多地基于信息數(shù)據(jù)做決策，提高了石化企業(yè)的智慧化管理水平，增強(qiáng)了石油化工企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]維克托邁爾舍恩伯格.大數(shù)據(jù)時(shí)代[M].杭州： 浙江人民出版社，2012.

[2]宋杰.面向多類型數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)構(gòu)建及ETL關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].沈陽(yáng)： 東北大學(xué)，2008.

[3]李明.ODS系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002(08)： 204-206.

[4]楊文川，郁文生，朱武杰，等.基于Web的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)原型的研究與實(shí)現(xiàn)(英文)[C]//第二十一屆中國(guó)數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(技術(shù)報(bào)告篇).重慶： 《計(jì)算機(jī)科學(xué)》雜志社，2004： 208-209.

[5]楊堅(jiān)剛.面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用[D].北京： 北京郵電大學(xué)，2007.

[6]陳志泊.數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘[M].北京： 清華大學(xué)出版社，2009.

[7]孟小峰，慈祥.大數(shù)據(jù)管理： 概念、技術(shù)與挑戰(zhàn)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2013(01)： 146-169.

[8]PEARL J. Data Mining with Graphical Models[D].Computer Science Dept.： Standford University，2000.

[9]MICHAEL J，CAREY， N O， MICHALIS P. Data Services[J].Communications of the ACM，2012 (06)： 87-89.

[10]李強(qiáng)，郁蕓，華東，等.現(xiàn)代數(shù)據(jù)管理技術(shù)綜述[J].福建電腦，2009(12)： 52-53.

[11]何英煒，陳志祥.基于Web的制造企業(yè)需求管理系統(tǒng)研究[C]//全國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)高層論壇暨制造業(yè)自動(dòng)化、信息化技術(shù)研討會(huì)論文集.北京： 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化分會(huì)，2005： 118-121.

[12]蔣軍.基于ERP的現(xiàn)代企業(yè)管理信息系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都： 西南交通大學(xué)，2002.

[13]馬關(guān)生，劉越.新的管理理念： 智慧管理[J].科技進(jìn)步與對(duì)策，2013(04)： 42-45.

[14]呂藝高.論機(jī)械管理與智慧管理[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2011(06)： 86-87.