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依托FineReport平台打造炼化企业“大数据”平台
宋 扬
（中国石油大庆炼化分公司，黑龙江大庆，163000，13059046655）
摘要：随着各类数据采集系统在石化企业的普及应用，石化企业生产数据可通过DCS-MES接口方式实时上传至上层应用数据库，以此为基础各类大数据应用平台在炼化企业得到逐步应用。本文以中国石油大庆炼化公司开发实施生产协同系统为例，对如何实现炼化企业各类生产业务数据系统的协同、应用方案进行说明。研究基于现场工况感知，强化数据整合治理，解决“数据孤岛”问题，构建“大数据”时代炼化企业信息化转型的新思路。
关键字：生产运行协同；大数据；信息化；
Develop production collaboration system and build "Big data" platform for refining and chemical enterprises
XuZhenXing Songyang
（PetroChina Daqing Refining&Petrochemical Company，Daqin City，163000，13059046655）
Abstract: With the popularization and application of various data acquisition systems in petrochemical enterprises, the production data of petrochemical enterprises can be uploaded to the upper application database in real time through the DCS-MES interface, based on which various Big data application platforms are gradually applied in petrochemical enterprises. This article takes the development and implementation of a production collaboration system by PetroChina Daqing Refining and Chemical Company as an example to explain how to achieve collaboration and application solutions for various production business data systems in refining and chemical enterprises. Research on strengthening data integration and governance based on field condition perception, solve the problem of "data island", and build a new idea for refining and chemical enterprises' informatization transformation in the era of "Big data".
Keywords: production operation collaboration; Big data; Information technology;
1.前言
国家“十四五大数据产业发展规划”和 2035 年远景目标纲要中指出,要推动实施国家大数据战略,加快完善数字基础设施, 推进数据资源整合和开放共享,加快建设数字中国,更好服务我国经济社会发展和人民生活改善。由此，中国石油大庆某炼化分公司在企业信息化技术应用方面展开了深入研究，对生产管理相关的系统进行数据治理实现平台整合，为未来企业级“大数据”的实施建立基础。
2.研究背景
大庆某炼化公司在数字化转型智能化发展的进程中，各类生产管理系统因业务重点不同，存在着功能独立、兼容性差的问题。各子系统之间生产数据缺乏横向、纵向联系，集成应用效率不高，对各业务系统的整合优化研究日益紧迫。
根据公司基于对未来企业级“大数据”应用场景的研究建议，信息中心从资源共享和生产业务无缝对接角度出发，深入探讨研究现有系统功能，计划开发生产协同系统，目标是实现深化生产数据的综合分析，从根本上解决各类相关信息系统互不兼容的“数据孤岛”问题。系统依托MES系统对物料进厂数据、产品出厂数据、装置投入产出数据、库房罐区存量数据、价格测算数据、生产辅料数据、公用工程数据进行整合，形成一套可以完整的、动态的反映公司上、下游各装置生产流程的信息平台。
3.设计及实施过程
为了保证项目顺利实施达成预期目标，信息中心会同生产运行处、生产技术处和财务处共同成立生产协同系统攻关项目组，设置骨干技术人员负责项目开发、应用、推广工作，明确项目进度计划，历时一年半，顺利完成各阶段任务。
3.1设计开发阶段
按照公司在不同部门和不同系统的业务之间建立起紧密的联系和协作优化的发展思路，通过组织座谈、专题汇报等方式，深入基层部门了解需求。制定出项目详细设计方案。对现有生产日报数据与装置DCS真实数据进行逐一对比，建立了基础数据库。以炼油生产一部为试点开发装置详情界面，先后完成了炼油装置的详情界面、实时收率、能源消耗、装置绩效的开发。
3.2系统测试阶段
项目开发人员会同生产运行处、财务处组织研讨，提出了新的价格测算应用模式构想，装置财务价格测算由过去的周测算模式升级为日测算模式。项目开发人员会同生产技术处、组织各生产部三剂管理人员，对目前的三剂管理工作进行梳理，开发三剂管理模块，三剂投用由过去的月统计升级为日管理、三剂管理台账由过去的纸质报表升级为无纸化网络提报模式。
3.3应用推广阶段
通过组织培训会议、走访调研等方式向各生产部推广生产协同系统。对系统8个主要功能模块在基层单位使用情况进行摸底，同时根据用户反馈的意见，进一步优化程序算法和数据结构，加速网页展开效率由10秒左右缩减至3秒内，提升用户使用体验。同时开发接口并接入视频监控平台数据，研讨网格化现场作业管理方案，推动新的生产数据管理模式在日常生产管理工作中的应用。
3.4 总结提升阶段
截至2023年8月，平台运行累计超过8个月，后台数据库新增数据9000万条，系统开发代码30余万行，创建8个功能模块128幅网页。系统注册用户共计271人，活跃用户60余名，日平均访问量近400次，日访问峰值800余次，为管理人员实时获取生产信息，迅速决策生产方案提供了有力支撑。
4.系统功能
生产协同系统也可以有效的联动物料流程上各个相关部门，实现从生产计划→原料进厂→原料保存→原料加工→中间缓冲罐区→半成品深度加工→成品库存→计量出厂→财务结算全流程展示，对以上作业流程所涉及各个信息子系统的数据共享。以大庆炼化公司为例，生产协同系统对MES，ERP，APS（计划排产），三剂管理，装置绩效，计量管理，产品检验的进行了有效的集成应用。平台具体详细功能如下：
4.1“管理驾驶舱”功能。
在同一界面汇总原油日进厂量、两套常压装置的原油日加工量、炼油产品实时库存、重点装置实时平稳率、重点装置实时自控率、重点装置生产实时负荷、各检验点不合格数据。该功能可在生产指挥中心以大屏幕形式对主要全厂生产情况进行集中展示。
4.2实时收率分析功能。
实时收率模块是生产协同系统辅助日常生产管理的重要功能模块。该模块可自动生成装置实时平衡数据报表，报表内包含当日装置原料的实时投入量、月累计量、月计划量，以当日装置产品的实时产出量、实时产出收率、月累计量、月累计收率。
系统可对DCS采集的“真实数据”和公司物料平衡数据实现对比，可以在趋势图内同时查看最近7日DCS采集数据计算的“真实收率”曲线和公司物料平衡收率曲线，并加以对比分析。有助于公司管理人员了解装置生产运行情况，降低因人工平衡导致的生产数据误差。
4.3装置效益的实时计算功能。
装置效益模块数据是对收率、能耗、价格等多个功能模块数据的汇总。其中原料数据和产品数据源于实时收率模块，能源消耗数据源于公用工程模块，单价数据源于价格测算模型，并建立数据计算模型，用于配置侧线排序，物料属性。
该模块对装置实时投入产出数据、原料及产品价格差值进行计算后按日存储，形成历史趋势。管理人员可对历史效益情况进行同比、环比分析，也可与人力资源系统结合，对管理、操作人员的产出绩效进行评比，从而达到促进管理和技术水平的提升。
4.4仓储及出厂统计功能。
储运仓储模块实现对公司原料、半成品、产品进行状态展示，并开发与计量平台数据通信接口。便于管理人员统一管理储罐的移动路由、剩余空间、液位升降状态、储罐盈亏、出厂装车情况。
4.4.1 罐区数据汇总
罐区实时状态按产品形态、介质类型、产品名称进行分类。包含实时单罐罐量、相同介质总罐存、单罐安全罐量，相同介质罐区总安全存量、安全液位、实时液位等数据的展示，自动生成单罐罐量和相同介质总罐存最近30天的存量趋势图，便于查询管理。
4.4.2 罐区液位监测
罐区液位动态检测，按原料、成品、液态烃、燃料油进行分类。显示储罐的当前液位、30分钟、1小时等各时间段的液位差值，通过颜色标识液位升降，帮助罐区管理人员观察储罐液位状态，及早发现物料管路切换错误，降低因误操作导致的经济损失。
4.5能源消耗分析功能。
公用工程数据主要包含生成装置及辅助生产装置的水、电、蒸汽、仪表风等数据。系统对各生产装置的公用工程能源消耗数据进行了汇总。
系统与电力平台实现数据接口，实时采集全厂高压电表数据，改变了过去由装置操作人员手录数据的工作方式，缩短了现场操作人员的每天填报数据时间，提高工作效率并降低误报、漏报数据。水、气、风等能耗数据，由MES实时数据库PHD在装置DCS进行读取，并汇总至生产协同系统平台中，能源单价数据来源为价格测算分解模型提供数据，最终可形成一套完整的全厂能源消耗台账，辅助管理层开展节能增效工作。
4.6三剂数据统计功能。
三剂管理模块由统计人员建立三剂项目并生成三剂月计划。装置操作人员每日录入三剂消耗量、二级库入库量。由系统自动采集加工量数据，随后完成单耗数据、消耗数据、计划数据和二级库存的年、月、日的自动计算，以及月环比值、月同比值的偏差计算。该模块具备在月统计报表中展现单个三剂牌号的单耗与消耗量历史趋势，便于管理人员分析研究三剂投用效果。生产部门三剂消耗数据由过去的月统计，提升为日统计方式。实现对三剂成本变动的测算，加强三剂辅料管控手段，节流开源进一步降低装置加工成本。
4.7价格趋势分析和投产价格分解。
装置侧线价格分解是生产协同系统的核心模块。包括原料价格跟踪和产品价格测算两大功能，具体主要由原料价格录入模块、原料价格展示模块、炼油产品价格测算模型、化工产品价格测算模型、产品价格数据展示模块5部分组成。
原料价格作为财务价格分解模块的基础数据，需要财务部门每周录入一次数据。其中固定成本数据如水、电、气价格为每年录入一次。该模块展示原料的价格数据，生成近30日原料价格的波动趋势图，同时为装置测算提供基础数据。
过去装置成本测算采用周变动方式，而部分产品价格测算与装置当日收率、产量挂钩，在实际生产运行中部分产品价格为日变动。通过开发一个自动计算收率和产量的模型，与收率、产量挂钩的价格就可以根据当日的生产数据进行计算更新。生产部门以平台数据为基础进行测算和分析并指导生产优化，也为后面销售定价及出厂提供参考，该功能通过缩短价格测算周期的方式配合产品营销部门灵活制定出厂价格调整策略，有望为公司产品营销创造的利润。
4.8实现视频监控功能。
该模块功能由卫星地图和现场监控视频流两部分组成。可强化现场管理和缩短处置突发事件反应时间。
4.8.1 卫星地图和视频接口制作
使用PhotoShop软件编辑绘制卫星拍摄的高分辨率厂区画面，对地面以上的物料移动管路进行标注，按颜色对管道内介质加以区分。用户可在网页地图上点击各生产部区域进入详情界面，显示放大后清晰的装置俯瞰画面。利用.NET编程技术开发与视频监控平台的接口，引入现场监控摄像头的视频流画面。在装置俯瞰画面中对实际现场安置摄像头区域绘制浮标，用户通过点击浮标后弹出现场摄像头实时监控画面。
4.8.2 现场作业管理功能拓展
该系统开发与安全作业系统、生产报警系统实现共享的数据接口，可对现场的生产报警，气体检测报警进行图表和声光闪烁报警提示。具体现场作业可根据地图检测安全作业区域，检查作业区域周围设备是否有运转异常、气体报警等信息，在作业过程中实时监控，及时规避风险，加强对现场安全作业的管控和事件应急处理能力。
5.数据应用拓展
当前，许多信息化项目在生产企业实施中都存在“落地难”问题，项目推广前期展示PPT中显示的各种场景应用效果，与现场的基础建设情况，以及基层用户的实际需求严重不符，严重掣肘企业信息化建设开展和管理水平提升。生产企业信息化是对生产数据进行应用拓展，应数据整合、数据治理、数据挖掘三个阶段逐步展开，达到与生产实际相符的目的。
5.1数据整合阶段。
数据整合是把不同数据源的数据收集、整理、清洗,转换后加载到一个新的数据源。
以大庆炼化公司为例，生产协同系统整合各类生产系统20余个，包括关系型数据库Oracle、SQL Server、实时数据库PHD、视频流数据库等不同类型数据库。项目可研阶段对公司系统逐一摸底，了解相关系统的开发架构，后台数据库的表结构以及字段定义。对各类数据调取程序和关键函数加以分析、整理，寻找业务偏重点和与其他业务相关的共性数据，以此类数据为突破点，可使用JAVA或.NET等语言开发接口，实现各类系统数据应用的横向互通。从而避免因业务重心不同导致各类系统数据重复开发的问题，也减轻了基层用户面对重复数据的整理难度。
生产协同系统实现对MES、物料平衡、LIMS、计量平台、生产日报、三剂、财务、视频监控平台、生产报警等数据的整合。还可为公司审计管理、集团生产经营信息化综合工作平台，东北销售数据集成平台、总部MES等多个应用系统提供稳定数据源。
5.2数据治理阶段。
数据治理是数据资源的高效配置和利用。生产协同系统建设中重点考虑了如何最大发挥数据资作用。
5.2.1 电表采集数据治理案例
以磺酸盐装置为例，对装置电量消耗分配比例的自动测算进行研究。通过PHD实时数据确定装置使用高压电的机泵、风机等大型机组设备状态，获取设备启停、待机状态等信息，对多个装置同时使用一组电表时可通过状态信息数据，合理的对各装置电量消耗进行划分。得到更加精准装置月单耗累计结果，有效促进现场人员对设备运转状态、设备启停调整加强管理。
5.2.2 产品数据采集治理案例
以聚丙烯装置为例，实现产品产量自动计算方案。过去聚丙烯装置产量计量采用2组固体流量计和8组罐体雷达液位计的组合算法，由于固体流量计精度问题，该算法复杂并且需要值班人员在每天早班前用30分钟左右时间进行Excel作业才能完成，极易出现错误结果。通过借助6组聚丙烯粒料罐的上、下方三通阀位，下方闸阀阀位确定罐内聚丙烯粒料状态，利用相对静止的储罐精度较高的液位计，开发程序实现聚丙烯产量的自动计算，在提升产品产量数据准确性的同时，极大减轻了现场操作人员的工作强度。
5.3数据挖掘阶段
数据挖掘概念就是指利用算法从海量数据中挖掘出具有高价值信息并加以合理利用的过程。
生产协同系统工作的内容不仅局限于生产数据管理，同样适用于人员培训管理，管理人员及班组人员KPI考核等。例如在传统的炼化企业中员工技能培训系统、员工岗位考勤系统与个人荣誉奖惩系统通常作为人力资源系统的补充，与MES生产数据不具备任何关联性。但在生产运行协同系统中，可以通过数据共享的方式让两者数据关联起来并发挥作用。
以数据库共享的方式提取装置管理人员考勤数据，以在岗时间为关键数据节点，根据该管理人员在一定期限内的在岗时间形成数据集。同步数据至生产运行协同系统内可以获得同一时间段内，装置加工量，装置产品收率，装置平稳率，装置报警率，装置自控率，产品质量合格率等参数。经过大数据统计对该装置管理人员的在岗时间内以上数据进行加权分析，获得员工平均工作时间内对考核指标的平均数值。为不同装置管理人员在岗时间的工作效果对比提供数据支持。利用长期数据进行统计分析，有效提高班组间竞争，生产运行协同系统与班组分数、奖金结合，可有效刺激各班组以更积极的心态对待操作。
6.平台应用效果
6.1系统提升技术人员对生产事件的感知能力
系统以信息化手段对各类数据进行自动计算、存储、调用。以建立数据模型的方式，对实时的产量、收率、价格进行测算，加以分析、计算并生成结果。系统对装置关键部位数据的可以生成当前历史趋势的对比，辅助技术人员分析装置运行状况。摒弃了过去技术人员只能通过MES系统查看温度、压力、流量、液位等DCS信息了解现场操作情况的落后工作方式，提高对生产经营数据的分析效率，让技术人员有更加充裕的精力，投入到生产科研创效中 。
6.2系统为公司领导和职能部门提供决策依据
系统可对公司的生产经营情况，进行多种形式的智能分析和展示。把装置数据、三剂数据、能耗数据、价格数据、出厂数据、库存数据集成后，企业管理层可以在生产协同系统中从财务效益，装置状态、仓储压力、技术分析等多重角度观察生产经营状况。以一屏浏览全公司从原料入厂到产品出厂等信息的方式，助力企业实现高效生产运行管控。
6.3系统为企业级“大数据”应用研究提供可参考的解决思路。
系统促进跨业务、部门的数据融合，也对数据管理中编码规则、类型划分、共享使用、提报审批等工作，提出了新的想法。项目实施中验证了各类业务系统的数据迁移，数据集中方案的可行性。为公司进一步推进企业级数据库建设工作，实现数据共建共治共享，深入挖掘数据价值，打下了夯实的基础。
参考文献：
[1]郭超. 数据校正技术在石化企业中的应用研究[D]. 浙江大学, 2005.
[2]宋扬. 生产协同系统行业调研报告. 中国石油大庆炼化分公司, 2022.
[3]于子千. MES系统运维技术手册. 中国石油云南石化公司, 2019.
[4]孟萌 宋扬. 石化企业实施生产协同系统的应用研究，炼油与化工，2022，03：51~54.
作者简介：：
宋扬，男，2005年毕业于黑龙江八一农垦大学计算机科学与技术专业、大学本科学历、目前就职于中国石油大庆炼化分公司信息中心高级工程师。 | 
