鄧 燕 劉志芳 宮儉純 高樹鳳

（海洋石油工程股份有限公司）

“中國(guó)制造2025”的國(guó)家戰(zhàn)略方針要求加快海洋工程裝備的智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)， 智能化海洋石油平臺(tái)是海洋石油發(fā)展的必由之路。 目前海洋石油平臺(tái)已基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、 數(shù)字化、 可視化、網(wǎng)絡(luò)化和空間化，在此基礎(chǔ)上可通過(guò)人工智能、大數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)云等技術(shù)，對(duì)油氣田海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完成資源的實(shí)時(shí)調(diào)配、生產(chǎn)自動(dòng)運(yùn)行、故障預(yù)判與處理、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)海洋石油平臺(tái)的智能化運(yùn)行和管理。 筆者基于海洋石油平臺(tái)的現(xiàn)狀， 探討平臺(tái)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 海洋石油平臺(tái)智能化系統(tǒng)架構(gòu)

海洋石油平臺(tái)智能化系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示，智能化海洋石油平臺(tái)的基礎(chǔ)首先應(yīng)是構(gòu)建安全、可擴(kuò)展、靈活的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，將平臺(tái)海量歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、提取出來(lái)。 海洋石油平臺(tái)的數(shù)字化、 自動(dòng)化為大數(shù)據(jù)的獲取奠定了基礎(chǔ)，通過(guò)平臺(tái)現(xiàn)有的PCS、ESD 和FGS 系統(tǒng)，就可以收集大量的工藝過(guò)程數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以后還可以發(fā)展平臺(tái)智能巡檢機(jī)器人［1］，通過(guò)合理配置視頻監(jiān)控，照明設(shè)備予以輔助，智能巡檢機(jī)器人可以采集現(xiàn)場(chǎng)聲音， 對(duì)開關(guān)指示燈、狀態(tài)信號(hào)燈和儀表設(shè)備進(jìn)行圖像識(shí)別，對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫，與實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集的三大系統(tǒng)配合，做到全方位、全天候監(jiān)控，通過(guò)連續(xù)信息流掌控生產(chǎn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。

2 海洋石油平臺(tái)大數(shù)據(jù)信息化

平臺(tái)運(yùn)維數(shù)據(jù)采集完成后，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)信息化是智能化轉(zhuǎn)型必不可少的一步，中心平臺(tái)對(duì)油田群產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和整合，各平臺(tái)在本地局域網(wǎng)中完成數(shù)據(jù)的采集和簽發(fā)，數(shù)據(jù)傳輸給全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)供各作業(yè)公司和安全管理部門查詢使用，使類型多樣、地域不同的平臺(tái)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)信息共享，建立數(shù)據(jù)適配口，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的預(yù)處理、存儲(chǔ)和管理。 全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)需要通過(guò)建立智能化系統(tǒng)將數(shù)據(jù)分類歸納到不同的數(shù)據(jù)子集，檢查樣本數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，做到全方位監(jiān)控質(zhì)量是否滿足模型構(gòu)建需求， 是否存在缺失、異常，通過(guò)分析異常值變化規(guī)律，找出拐點(diǎn)信息并繪制出變化趨勢(shì)圖，利用大數(shù)據(jù)分析、計(jì)算機(jī)云等技術(shù)進(jìn)行整合分析與利用，整理并推論出有價(jià)值的信息和規(guī)律。

3 建立海洋石油平臺(tái)智能化專家系統(tǒng)

圖1 海洋石油平臺(tái)智能化系統(tǒng)的整體架構(gòu)

海洋石油平臺(tái)智能化系統(tǒng)是基于海洋石油平臺(tái)開發(fā)的專家系統(tǒng)， 建立包括檢測(cè)、 診斷、預(yù)測(cè)、決策和執(zhí)行功能的專家系統(tǒng)是海洋石油平臺(tái)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。 專家系統(tǒng)是以推理機(jī)和相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)為核心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)［2］，專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)是海洋平臺(tái)專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的存儲(chǔ)器，積累了豐富的工藝、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、配管、儀表、電氣、通信及防腐等方面的專業(yè)知識(shí)和信息，它包括共有理論知識(shí)、常識(shí)、特有的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)和操作手冊(cè)、 故障歷史和測(cè)量記錄、設(shè)備制造和設(shè)計(jì)參數(shù)、 平臺(tái)建造之初的設(shè)計(jì)文件、平臺(tái)后期改擴(kuò)建信息、專業(yè)經(jīng)驗(yàn)、理論知識(shí)及平臺(tái)建造安裝維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。 通過(guò)知識(shí)庫(kù)將經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)、維修和技術(shù)人員寶貴的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)保存下來(lái)， 即使這些人員調(diào)離現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)崗位，留存在知識(shí)庫(kù)中的專業(yè)知識(shí)還能傳承下來(lái)，繼續(xù)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)維保，避免這些寶貴的專業(yè)處理實(shí)踐知識(shí)流失。 專家系統(tǒng)對(duì)所獲得的信息進(jìn)行編輯， 形成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存入計(jì)算機(jī)而形成知識(shí)庫(kù)，知識(shí)庫(kù)既有所有平臺(tái)的通用知識(shí)，也有專屬某一平臺(tái)的專用知識(shí)，可以建立通用知識(shí)庫(kù)和專用知識(shí)庫(kù)。 通用知識(shí)庫(kù)在后續(xù)平臺(tái)智能化過(guò)程中可以擴(kuò)展使用。 推理機(jī)根據(jù)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，從知識(shí)庫(kù)中選擇匹配成功的可用規(guī)則，并通過(guò)可用規(guī)則修改數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容，直至推理出問(wèn)題的結(jié)論，并通過(guò)建立與推理機(jī)相適應(yīng)的領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)，生成模型系統(tǒng)， 并擴(kuò)展為實(shí)用系統(tǒng)——工藝流程管理系統(tǒng)、設(shè)備管理信息系統(tǒng)和設(shè)備故障診斷系統(tǒng)。 工藝流程管理系統(tǒng)根據(jù)平臺(tái)生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，能及時(shí)甚至于早期就發(fā)現(xiàn)工藝偏差，分析偏差產(chǎn)生的原因、可能導(dǎo)致的潛在工藝危害，提供相關(guān)設(shè)計(jì)操作維護(hù)信息， 采取相應(yīng)保護(hù)措施和安全措施，對(duì)處理過(guò)程和結(jié)果存儲(chǔ)，進(jìn)行專家?guī)彀咐e累。 設(shè)備管理信息系統(tǒng)可以對(duì)所有海域的海洋平臺(tái)的在線、離線設(shè)備進(jìn)行日常巡檢管理、劣化傾向管理、故障處理管理、工單管理、備品備件管理、出入庫(kù)管理和設(shè)備檔案管理。 設(shè)備故障診斷系統(tǒng)根據(jù)平臺(tái)設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)來(lái)分析感知設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在運(yùn)行隱患，當(dāng)特征值出現(xiàn)能耗異?；蚍逯禃r(shí)，參考設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)規(guī)則、設(shè)備特征信號(hào)的屬性來(lái)判斷設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。 根據(jù)設(shè)備故障類型規(guī)則，通過(guò)對(duì)特征信號(hào)屬性的信息融合，判斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障，診斷出設(shè)備是哪一類型故障， 哪個(gè)部件出現(xiàn)了故障，故障嚴(yán)重等級(jí)程度， 應(yīng)采取的維修保養(yǎng)措施等，并預(yù)測(cè)設(shè)備由于自然磨損或者其他機(jī)械和人為原因發(fā)生的變化及變化趨勢(shì)，由傳統(tǒng)的預(yù)防性維修轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)知性智能維修， 預(yù)測(cè)是否需要配件，通過(guò)設(shè)備管理信息系統(tǒng)查詢配件是否有備件，并出具詳細(xì)的維修工單。

4 建立海洋石油平臺(tái)工藝、設(shè)備的模型及運(yùn)行規(guī)則

海洋石油平臺(tái)屬于易燃易爆危險(xiǎn)環(huán)境，工藝過(guò)程既有物理變化也有化學(xué)反應(yīng)， 復(fù)雜多變，高溫高壓，工藝流程長(zhǎng)，耦合度高，建模復(fù)雜。 建立適合海洋石油平臺(tái)工藝、設(shè)備的模型及運(yùn)行規(guī)則是整個(gè)專家系統(tǒng)重點(diǎn)研究的部分。 對(duì)于一些難以用數(shù)學(xué)模型建模的問(wèn)題可以考慮用語(yǔ)義形式表達(dá)，能更有效地表達(dá)專家控制技能和經(jīng)驗(yàn)，方便處理常規(guī)控制方法和故障處理方法難以解決的不確定對(duì)象的控制和故障解除問(wèn)題。 專家系統(tǒng)將各種監(jiān)測(cè)方式獲取的生產(chǎn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息、工藝狀態(tài)信息和各類設(shè)備運(yùn)行信息經(jīng)相應(yīng)的信息分析方法處理后以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，專家?guī)熘械哪Ｐ妥詣?dòng)調(diào)入需要分析的數(shù)據(jù)，根據(jù)模型的特征進(jìn)行處理提取，并將提取的特征值存儲(chǔ)在專家?guī)熘?，?duì)平臺(tái)工藝、設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行多狀態(tài)多維度監(jiān)測(cè)評(píng)定，通過(guò)特征信號(hào)的屬性判斷出當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)是否異常，出現(xiàn)特征值異常或警戒峰值時(shí)需分析判斷生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備是否出現(xiàn)問(wèn)題，調(diào)用平臺(tái)設(shè)計(jì)文件、案例庫(kù)，結(jié)合模擬軟件，自動(dòng)選擇出合適的處理流程，還可以模擬流程處理的過(guò)程，預(yù)見處理結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化流程方法，找出最優(yōu)的處理方案。 每次處理的結(jié)果也存入案例庫(kù)中，案例庫(kù)是專家進(jìn)行決策的數(shù)理參考和理論支撐，平臺(tái)成功處理案例存儲(chǔ)在專家系統(tǒng)內(nèi)部一個(gè)專門的案例庫(kù)中，提供給專家系統(tǒng)進(jìn)行決策。 針對(duì)平臺(tái)數(shù)學(xué)模型復(fù)雜、多變、非線性及滯后等特點(diǎn)，可以采用最相鄰算法、歸納引導(dǎo)策略、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊邏輯算法及遺傳算法等檢索匹配算法進(jìn)行檢索［3，4］。參照相似案例選擇解決該異常問(wèn)題的處理方法。 在分析、篩選的基礎(chǔ)上， 專家系統(tǒng)還可以建立預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，通過(guò)數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系、模型和先進(jìn)算法，預(yù)測(cè)判斷出設(shè)備、流程的變化，將分析的過(guò)程和結(jié)果可視化。 每一次問(wèn)題的處理都形成一個(gè)閉環(huán)知識(shí)庫(kù)， 對(duì)同類問(wèn)題處理相關(guān)特征值進(jìn)行比較，得到趨勢(shì)圖，再綜合工藝流程、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)及維護(hù)檢修記錄等狀態(tài)變化信息，反向修正運(yùn)行模型，通過(guò)數(shù)據(jù)累積，不斷優(yōu)化模型［5］。 通過(guò)日積月累的數(shù)據(jù)不斷自我學(xué)習(xí)對(duì)模型進(jìn)行修正完善，升級(jí)調(diào)整優(yōu)化，達(dá)到及時(shí)準(zhǔn)確評(píng)判平臺(tái)生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行趨勢(shì)的目的。 隨著模型處理存儲(chǔ)越來(lái)越豐富， 處理方法越來(lái)越成熟，專家系統(tǒng)對(duì)工藝設(shè)備、流程故障判斷和處理會(huì)越來(lái)越準(zhǔn)確，時(shí)間會(huì)越來(lái)越短。

5 結(jié)束語(yǔ)

建立智能化海洋石油平臺(tái)是一個(gè)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，以物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算及大數(shù)據(jù)等信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為支柱。 海洋石油平臺(tái)智能化也是一項(xiàng)需要四海平臺(tái)參與，陸地終端支持，逐步推進(jìn)， 由一系列目標(biāo)高度一致又相互獨(dú)立執(zhí)行的任務(wù)組成的系統(tǒng)工程， 是既需要依靠專業(yè)知識(shí)又需要各類專家經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)的綜合性系統(tǒng)， 既需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撝危?又需要參與人員的創(chuàng)造性和發(fā)散性思維。 海洋石油平臺(tái)在智能化過(guò)程中不僅要考慮系統(tǒng)的功能性、完整性，同時(shí)還要考慮系統(tǒng)的通用性、擴(kuò)展性和兼容性。 在不遠(yuǎn)的將來(lái)，海洋石油四海區(qū)域還可以借助廣接入、 大寬帶、 低時(shí)延5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋操作控制與管理的全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)辦公室與現(xiàn)場(chǎng)裝置語(yǔ)音、 圖像及視頻等遠(yuǎn)程終端互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)海洋石油平臺(tái)的智能操作與控制。