劉 洋，李 浩，祖 超，朱春田，孟祥武

(1.中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司，北京 110101；2.北京郵電大學(xué))

0 引言

石油化工設(shè)計(jì)是一個(gè)由多專(zhuān)業(yè)協(xié)同完成的龐大工程，按照實(shí)施階段可以大致分為：可研和方案設(shè)計(jì)階段（項(xiàng)目前期）、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段、詳細(xì)設(shè)計(jì)階段、項(xiàng)目實(shí)施及運(yùn)維階段。通常，項(xiàng)目前期也可以稱(chēng)為項(xiàng)目的立項(xiàng)階段，包括方案研究、預(yù)可研和可研的編制等，主要解決擬建項(xiàng)目在市場(chǎng)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等方面的可行性，為了使項(xiàng)目建設(shè)得到批準(zhǔn)。項(xiàng)目前期工作具有周期短，需求變化快的特點(diǎn)，如何構(gòu)建能為前期工作提供有效支持的信息系統(tǒng)是當(dāng)前石化設(shè)計(jì)企業(yè)普遍需要面對(duì)的問(wèn)題[1-4]。本文中，我們以中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司某前期部門(mén)的決策支持系統(tǒng)為例，從系統(tǒng)的整體構(gòu)架、裝置數(shù)據(jù)庫(kù)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總表、報(bào)表生成系統(tǒng)四個(gè)模塊的開(kāi)發(fā)角度對(duì)石化前期信息系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行介紹,本項(xiàng)實(shí)踐對(duì)于我國(guó)石化設(shè)計(jì)企業(yè)前期工程的數(shù)字化和信息化具有較強(qiáng)的參考意義。

1 整體構(gòu)架

與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段不同，前期工作中的大量的設(shè)計(jì)決策并不是靠精確的工藝計(jì)算，而是依靠工程師的經(jīng)驗(yàn)和歷史近似數(shù)據(jù)做出的判斷。但由于各種原因，前期工作更多使用電子文件及紙質(zhì)打印文件作為歷史數(shù)據(jù)的載體，信息顆粒度過(guò)大、文件易損壞、容易出現(xiàn)信息丟失等問(wèn)題，并且缺乏對(duì)數(shù)據(jù)的快速檢索和查找能力，直接影響石化前期工作質(zhì)量。可以看出，對(duì)于石化前期工作，數(shù)據(jù)的保存和使用方式是問(wèn)題的核心所在，而解決問(wèn)題的第一步是構(gòu)建一個(gè)能保存石化前期設(shè)計(jì)所需要數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)[5,6]。同時(shí)，出于對(duì)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性、安全性、易用性等問(wèn)題的考慮，本系統(tǒng)采用B/S構(gòu)架進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2 裝置數(shù)據(jù)庫(kù)

石油化學(xué)裝置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，但長(zhǎng)期以來(lái)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)嚴(yán)重異構(gòu)化問(wèn)題降低了歷史數(shù)據(jù)的可用性和數(shù)據(jù)價(jià)值。在本研究，我們中實(shí)現(xiàn)了完整的從數(shù)據(jù)上傳→數(shù)據(jù)保存→數(shù)據(jù)使用的完整工作流程（圖1），通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化模板實(shí)現(xiàn)了對(duì)工藝裝置概況、原料性質(zhì)、產(chǎn)品性質(zhì)、物料平衡、操作條件、催化劑、公用工程、三廢排放、主要設(shè)備、裝置投資，的格式規(guī)范化，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入每個(gè)工藝裝置所對(duì)應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，提高了石化裝置設(shè)計(jì)的可復(fù)用性，讓前期設(shè)計(jì)工作從主要依賴經(jīng)驗(yàn)判斷，轉(zhuǎn)為更多根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行決策，提升了設(shè)計(jì)的可靠性，并讓裝置設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)真正成為了企業(yè)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

圖1 煉化裝置數(shù)據(jù)庫(kù)工作流程

針對(duì)前期設(shè)計(jì)人員的實(shí)際需要，工藝裝置數(shù)據(jù)可以按照所屬項(xiàng)目（圖2）或裝置類(lèi)型（圖3）進(jìn)行劃分，同一個(gè)項(xiàng)目可以包括多個(gè)裝置，通過(guò)樹(shù)形結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目→裝置類(lèi)型→裝置，可以項(xiàng)目為單位對(duì)裝置數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)，并查看一個(gè)項(xiàng)目中包含哪幾種類(lèi)型的裝置。

圖2 決策支持系統(tǒng)：工藝數(shù)據(jù)查詢界面-按裝置劃分

圖3 決策支持系統(tǒng)：工藝數(shù)據(jù)查詢界面-按項(xiàng)目劃分

同時(shí)，為了對(duì)不同項(xiàng)目同類(lèi)型裝置的數(shù)值進(jìn)行比對(duì)分析，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了提供了同類(lèi)型數(shù)據(jù)比對(duì)功能，并用可視化圖表進(jìn)行輔助分析（圖4）。決策支持系統(tǒng)能夠?qū)λx中的項(xiàng)目裝置數(shù)據(jù)集，如原料性質(zhì)、物料平衡等中存在于多于個(gè)裝置中的性質(zhì)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行數(shù)值比對(duì)，支持決策者的分析與決策，從而提高了石化設(shè)計(jì)前期工作的效率。

圖4 決策支持系統(tǒng)：工藝裝置數(shù)據(jù)比對(duì)界面（按裝置劃分）

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總表

技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總表（圖5），是技術(shù)參數(shù)的匯總集合，本系統(tǒng)將技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總表的數(shù)據(jù)按照裝置品種（如乙烯、聚丙烯、乙二醇等）分類(lèi)存儲(chǔ)，通過(guò)查找與所輸入規(guī)模參數(shù)最為接近的歷史數(shù)據(jù)對(duì)象，計(jì)算出規(guī)模系數(shù)，然后根據(jù)規(guī)模系數(shù)根據(jù)原技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總表中數(shù)據(jù)進(jìn)行重新運(yùn)算，用所算出的新數(shù)值生成新的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總表，用于單裝置預(yù)可研、工程項(xiàng)目產(chǎn)品方案選擇和公用工程條件估算。需要注意的是技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總表中定員，占地等相關(guān)的一些項(xiàng)目不參與運(yùn)算，投資的數(shù)值生成則還與專(zhuān)門(mén)的算法有關(guān)。另一方面，不同裝置的規(guī)模輸入條件也有所差別，如乙二醇裝置是計(jì)算EO/EG 當(dāng)量來(lái)尋找最為適合的裝置數(shù)據(jù)。

圖5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總表局部截圖

同時(shí)根據(jù)所選擇的裝置產(chǎn)品種類(lèi)，本系統(tǒng)會(huì)從市場(chǎng)分析模塊中調(diào)取該品種產(chǎn)品的市場(chǎng)報(bào)告文件，并提供了將市場(chǎng)報(bào)告與生成的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總表一起下載的功能（圖6）。

圖6 決策支持系統(tǒng)：技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總表生成模塊界面

4 報(bào)表生成系統(tǒng)

在前期總流程優(yōu)化中，現(xiàn)在行業(yè)中多使用Aspen PIMS等線性規(guī)劃軟件，但由于這些軟件多為單獨(dú)開(kāi)發(fā)的商業(yè)軟件，缺乏能將生成的結(jié)果自動(dòng)轉(zhuǎn)化為我們實(shí)際工作所需要的各種圖表的接口。每次模擬完成后工程人員都要手動(dòng)畫(huà)圖并從PIMS 的輸出結(jié)果（包括Excel、Access、網(wǎng)頁(yè)等形式）中逐個(gè)摘取裝置名稱(chēng)、物料名稱(chēng)、物料量，并手動(dòng)計(jì)算物料比例，過(guò)程繁瑣，極其影響效率。針對(duì)以上問(wèn)題，我們自主開(kāi)發(fā)了以讀取PIMS 輸出結(jié)果數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成圖表的報(bào)表生成系統(tǒng)（圖7），可以讀取PIMS 結(jié)果數(shù)據(jù)并自動(dòng)生成總流程相關(guān)、公用工程相關(guān)、投資與財(cái)務(wù)相關(guān)、方案對(duì)比四大類(lèi)28種常用圖表。

圖7 報(bào)表生成系統(tǒng)

總流程優(yōu)化平臺(tái)報(bào)表生成系統(tǒng)已被應(yīng)用于超過(guò)60 個(gè)實(shí)際煉化項(xiàng)目的前期工作當(dāng)中，使過(guò)去可能要花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)的繪圖操作可以在幾秒鐘內(nèi)完成，大幅度提高了工作的速度和質(zhì)量。報(bào)表生成系統(tǒng)于2017年6月8日通過(guò)國(guó)家版權(quán)中心認(rèn)證，被授予軟件著作權(quán)證書(shū)。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于石化工程的前期階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)所提供的支持應(yīng)該首先集中在對(duì)歷史數(shù)據(jù)的保存和利用、標(biāo)準(zhǔn)模板的建立和使用，以及在這些基礎(chǔ)上的快速成表成圖，數(shù)據(jù)分析，輔助決策等功能上。目前的研究已經(jīng)證明了本路線的可行性及實(shí)效性，而接下來(lái)的工作還將集中在對(duì)歷史數(shù)據(jù)的收集和根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行的功能開(kāi)發(fā)上，并且希望可以在完成數(shù)據(jù)整理和集成后取得進(jìn)一步的進(jìn)展。