任永

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

智慧化管理是利用智能科學的理論、技術(shù)、方法和信息、通信及自動化技術(shù)工具，通過智能感知、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)挖掘、專家系統(tǒng)等手段，實現(xiàn)企業(yè)核心業(yè)務(wù)智能化，經(jīng)營管理、決策和服務(wù)智能化，資源調(diào)配和優(yōu)化利用智能化，實現(xiàn)信息流、資金流、物流的集成與融合，進而提升企業(yè)的社會經(jīng)濟效益。為了挖掘“石化裝置實時大數(shù)據(jù)”帶來的價值，讓企業(yè)管理部門基于實時數(shù)據(jù)做出決策，實現(xiàn)企業(yè)智慧化管理，操作數(shù)據(jù)系統(tǒng)(ODS)應(yīng)運而生。ODS是以實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于先進信息技術(shù)和生產(chǎn)管理理念，實現(xiàn)對裝置生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)的動態(tài)跟蹤監(jiān)視與分析，對裝置的運行平穩(wěn)率、產(chǎn)量及能耗進行記錄和統(tǒng)計，對班組的工作狀況進行客觀、準確而公平的考核，進而成為企業(yè)智慧化管理的基礎(chǔ)平臺。

1 ODS工作原理

ODS是一個面向主題的、集成的、可變的、當前的數(shù)據(jù)集合，支持企業(yè)對于實時的、集成的信息需求。ODS包括四個部分： 各個業(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)流的第一個存儲區(qū)，各個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源中被抽取出來，裝載到ODS數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺。對于數(shù)據(jù)量大的數(shù)據(jù)源采用增量的方式抽取，對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)，對數(shù)據(jù)進行分類和組織，用戶通過信息視圖區(qū)獲得相關(guān)的實時性數(shù)據(jù)。各業(yè)務(wù)系統(tǒng)與ODS信息視圖區(qū)可相互訪問，能生成實時操作報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)存儲的方式不同。前者一般只進行簡單的匯總、計算，或者從操作型數(shù)據(jù)庫中直接抽取而不進行任何中間轉(zhuǎn)化；而后者則是完全按照主體的方式進行數(shù)據(jù)的存儲，向用戶提供快速的報表展示和數(shù)據(jù)實時查詢的功能。

2 ODS功能

根據(jù)乙烯工廠對信息管理和大數(shù)據(jù)處理的需求，同時兼顧實用性和可操作性，ODS 應(yīng)具備如下功能： 收集DCS 實時數(shù)據(jù)；收集用于維護工廠的當前及歷史數(shù)據(jù)和設(shè)備性能數(shù)據(jù)；提供有效及安全的過程數(shù)據(jù)存取方式，將過程數(shù)據(jù)存儲到歷史數(shù)據(jù)庫；提供用于排錯和監(jiān)視的趨勢圖；提供用于工廠管理的流程圖和報表；具有在線自診斷，能檢查OPC通信是否故障；系統(tǒng)可擴容。

對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，由中間應(yīng)用層來完成。應(yīng)用層的負荷被均衡地分配給Web服務(wù)器，從而減輕了客戶端的負荷壓力。系統(tǒng)所有報表及流程圖均通過Web用戶平臺方式進行瀏覽。采用這種方式，靈活性強、界面友好、適用范圍廣、易于維護。

3 ODS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

以某乙烯工廠為例，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 ODS網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)示意

從圖3中可以看出，實時數(shù)據(jù)庫是ODS的基礎(chǔ)，它實現(xiàn)對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的采集和存儲。實時數(shù)據(jù)庫支持分布式的結(jié)構(gòu)，設(shè)置實時數(shù)據(jù)庫主服務(wù)器、緩存服務(wù)器，從而降低網(wǎng)絡(luò)負荷和防止因網(wǎng)絡(luò)故障引起數(shù)據(jù)丟失，保證數(shù)據(jù)的安全。

ODS通過兩級數(shù)據(jù)備份的方式，實現(xiàn)對各裝置的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)的采集、存儲。各裝置設(shè)置緩存服務(wù)器與DCS實時數(shù)據(jù)服務(wù)器集成，實時數(shù)據(jù)庫主服務(wù)器從各裝置緩存服務(wù)器獲取實時數(shù)據(jù)進行存儲歸檔。

ODS基于實時數(shù)據(jù)庫的生產(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1 h提高到30 s，超標明細可記錄下每個超標點的時間、超標值，使班組的考核管理工作有了更細的依據(jù)，超標次數(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)，各個裝置、功能模塊可獨立設(shè)置，各個報表內(nèi)容可根據(jù)實際需要進行定義設(shè)置。在擴展性方面，用戶只需進行簡單的系統(tǒng)設(shè)置，即可方便地把系統(tǒng)應(yīng)用擴展到新的生產(chǎn)裝置上，不需要進行編程開發(fā)。

ODS的程序運行由兩部分構(gòu)成： 前臺程序和后臺程序。后臺程序為系統(tǒng)的核心，每天定時運行，從實時數(shù)據(jù)庫中讀取各裝置當天的實時數(shù)據(jù)，并按倒班表的倒班時間統(tǒng)計，自動生成每天各個班的生產(chǎn)日數(shù)據(jù)，并將各個班的生產(chǎn)日數(shù)據(jù)保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(SQL Server)中。前臺程序?qū)崿F(xiàn)對裝置各類報表的項目設(shè)定、系統(tǒng)管理以及裝置生產(chǎn)報表的查詢。

4 ODS智慧化管理

ODS可實現(xiàn)班組操作平穩(wěn)、物料平衡、物料能耗、裝置臺賬等統(tǒng)計計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，可通過瀏覽器訪問、查詢系統(tǒng)的各種實時和歷史信息，為企業(yè)的智慧化管理提供準確無誤的信息。

4.1 操作平穩(wěn)率

操作平穩(wěn)率統(tǒng)計是對重要操作指標進行動態(tài)實時跟蹤監(jiān)視，在發(fā)現(xiàn)超出正常操作范圍時自動記錄超標時間，根據(jù)面積積分原理統(tǒng)計出超標時間與超標幅度造成的超標影響值，并在數(shù)據(jù)庫中保存。

根據(jù)裝置主要過程參數(shù)，結(jié)合不同過程參數(shù)對裝置影響程度以及實際操作超標統(tǒng)計次數(shù)，統(tǒng)計計算出生產(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)的來源主要來自三個方面： 過程實時數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)和手動輸入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的計算主要在數(shù)據(jù)庫中利用虛擬位號的功能完成，計算結(jié)果被存放在數(shù)據(jù)庫中，以位號形式被調(diào)用，還有些計算數(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)計和月累計為基礎(chǔ)，基于實時數(shù)據(jù)庫，分別對各個班組的操作狀況進行統(tǒng)計，自動生成班組操作平穩(wěn)報表。這些報表反映了各班組當班時裝置的運行平穩(wěn)狀況。通過該報表，可對各班組操作水平進行客觀公平的考核，達到降低能耗、提高產(chǎn)品合格率的目的。

4.2 物料平衡統(tǒng)計

班組物料管理，是自動統(tǒng)計各班組當班時間內(nèi)的投入原料、產(chǎn)出產(chǎn)品量，進行以裝置為單位的收率、損失、月累的自動運算，為上層應(yīng)用提供可靠的信息，實現(xiàn)班組的智慧化管理。數(shù)據(jù)主要基于實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，定時自動采集，數(shù)據(jù)發(fā)布和報表生成，主要包括日報、月報等。

4.3 物料能耗計算

物料能耗計算是對各能耗介質(zhì)進行產(chǎn)出、消耗統(tǒng)計，確定裝置的加工量，根據(jù)運算規(guī)則計算單耗，通過報表形式展示出來，包括日報、月報等。

根據(jù)裝置每個班組的公用工程能耗消耗，系統(tǒng)自動計算每噸主產(chǎn)品的能量消耗，即單耗，這是對班組操作水平進行考核的一項重要指標，能有效促進降低生產(chǎn)能耗。

4.4 工藝臺賬

工藝指標臺賬以裝置為單位進行設(shè)計，可查看所屬的裝置、指標描述、儀表位號、單位、規(guī)定的操作范圍及定點時間的儀表讀數(shù)；自動記錄關(guān)鍵儀表讀數(shù)，該讀數(shù)可按周期采集；超過操作范圍的數(shù)值可標注醒目顏色，提示操作及管理人員關(guān)注。工藝臺賬數(shù)據(jù)從實時數(shù)據(jù)庫中獲取，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(溫度、壓力、流量、液位等)自動生成各裝置各單元的工藝臺帳，ODS自動計算每個定義好的位號，每天內(nèi)的最大值、最小值、平均值等，同時具有趨勢查看功能。

4.5 工藝流程圖

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

5 結(jié)束語

ODS由計算機自動采集實時數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶定義的數(shù)學公式進行統(tǒng)計，實現(xiàn)統(tǒng)計工作自動化，使人力資源從重復(fù)的工作中和復(fù)雜的計算中解脫出來，使工藝管理人員有更多的時間用在分析數(shù)據(jù)、工藝優(yōu)化上，使考核工作具有高度的客觀性、準確性和可靠性。

ODS中所有報表均有報表維護功能界面，有權(quán)限的操作或管理人員可根據(jù)實際工藝流程自行定義和配置報表的內(nèi)容；利用數(shù)據(jù)導出功能，還可將各個報表的數(shù)據(jù)讀入到Excel中，進行分析和利用；導出的數(shù)據(jù)還可導入到數(shù)據(jù)挖掘軟件中，對大數(shù)據(jù)進行數(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“石化裝置實時生產(chǎn)大數(shù)據(jù)”的潛在巨大價值，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，增強了石油化工企業(yè)的核心競爭力。

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