王鴻捷

中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

0 前言

石油石化行業(yè)的工程建設(shè)與生產(chǎn)運(yùn)行,以高價(jià)值實(shí)物資產(chǎn)投入和持續(xù)生產(chǎn)為特點(diǎn),涵蓋油氣勘探與開(kāi)發(fā)、地面建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行的全過(guò)程,涉及冶金、制造、油氣生產(chǎn)等基礎(chǔ)工業(yè)和相關(guān)輔助行業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,以及國(guó)家提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的推動(dòng),為石油石化行業(yè)基于信息技術(shù)獲得“降本增效”提供了發(fā)展條件。

采用實(shí)體對(duì)象的全生命周期管理、智能油氣田建設(shè)等新的建設(shè)與管理手段,促進(jìn)油氣行業(yè)資產(chǎn)管理、安全管理、效益管理的新突破,離不開(kāi)全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化交付[1-11]。

數(shù)字化交付,目前業(yè)內(nèi)尚無(wú)權(quán)威的、被廣泛接受的理論定義。在GB/T 51296-2018《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GB/T 51296-2018)的“術(shù)語(yǔ)”中“數(shù)字化交付(digital delivery)”被定義為“以工廠對(duì)象為核心,對(duì)工程項(xiàng)目建設(shè)階段產(chǎn)生的靜態(tài)信息進(jìn)行數(shù)字化創(chuàng)建直至移交的工作過(guò)程,涵蓋信息交付策略制定、信息交付基礎(chǔ)制定、信息交付方案制定、信息整合與校驗(yàn)、信息移交和信息驗(yàn)收”。這是目前國(guó)家對(duì)于石化工廠中數(shù)字化交付最為明確的概念。

研究認(rèn)為,GB/T 51296-2018僅僅是ISO 15926 Industrial Automation Systems and Integration—Integration of Life-cycle Data for Process Plants Including Oil and Gas Production Facilities(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ISO 15926)或GB/T 18975《工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與集成流程工廠》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GB/T 18975))在石化工廠的實(shí)例化成果和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);但對(duì)于具有更多對(duì)象形式和業(yè)態(tài)形式的油氣田而言,則應(yīng)基于ISO 15926(或GB/T 18975),開(kāi)展針對(duì)性研究,實(shí)現(xiàn)該國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)在油氣田建設(shè)與生產(chǎn)運(yùn)行中的實(shí)例化,這一實(shí)例化成果,可針對(duì)智能油氣田的不同范圍、不同標(biāo)準(zhǔn)、不同投資模式、不同對(duì)象實(shí)體進(jìn)行指導(dǎo)和規(guī)范。同時(shí),這一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可指導(dǎo)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的具體操作邏輯與方法,但不能解決系統(tǒng)識(shí)別和系統(tǒng)規(guī)劃中企業(yè)級(jí)數(shù)字化交付體系的建立方法問(wèn)題[12-17]。

本文根據(jù)2017年中國(guó)石油建設(shè)工程有限公司西南分公司(以下簡(jiǎn)介CPECC西南分公司)提出的智能油氣田的業(yè)務(wù)鏈與數(shù)據(jù)鏈架構(gòu)模型,結(jié)合數(shù)字化工程實(shí)踐,詳細(xì)論述了數(shù)字化交付的原理、概念和作用,簡(jiǎn)要?dú)w納了制約其水平提高的主要因素,明確指出了基于數(shù)字化交付的數(shù)據(jù)生態(tài)與應(yīng)用生態(tài)建設(shè),是保障智能油氣田可持續(xù)發(fā)展的重要條件。

1 智能油氣田產(chǎn)業(yè)鏈和數(shù)據(jù)鏈的架構(gòu)模型

2017年末,CPECC西南分公司研究團(tuán)隊(duì)初步提出了一種數(shù)字化/智能化油氣田產(chǎn)業(yè)鏈和數(shù)據(jù)鏈的架構(gòu)模型,該架構(gòu)模型系統(tǒng)和全面地描述了以下關(guān)鍵邏輯關(guān)系。

1)井工程、地面建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行三個(gè)方面的業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)邏輯。

2)橫向產(chǎn)業(yè)鏈和數(shù)據(jù)鏈中,設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工及相關(guān)企業(yè)在地面建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈中的業(yè)務(wù)位置和數(shù)據(jù)交付關(guān)系[18-20]。

3)縱向數(shù)據(jù)鏈中,產(chǎn)業(yè)鏈層級(jí)和逐步向上分層交付的路徑和目標(biāo)。

4)集團(tuán)、板塊、油氣田、油氣田二級(jí)管理企業(yè)在橫縱數(shù)據(jù)鏈中的層級(jí)位置和核心管理工具(軟件平臺(tái))。

5)物聯(lián)網(wǎng)等用于生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集與管理的統(tǒng)建系統(tǒng),在該架構(gòu)模型中的位置。

2018年末,基于上述架構(gòu)模型和一系列數(shù)字化項(xiàng)目實(shí)踐,CPECC西南分公司進(jìn)一步細(xì)化了該架構(gòu)模型,將每一層級(jí)的核心技術(shù)和關(guān)鍵組件進(jìn)行了補(bǔ)充完善,再應(yīng)用于不同特點(diǎn)的數(shù)字化項(xiàng)目中,取得了良好的效果。

提出和細(xì)化這一架構(gòu)模型的根本目的,是找準(zhǔn)各參建企業(yè)在智能油氣田建設(shè)中的產(chǎn)業(yè)鏈和數(shù)據(jù)鏈位置,為高效規(guī)劃和發(fā)展本企業(yè)在這一新興領(lǐng)域的業(yè)務(wù),提供指導(dǎo)性布局和資源配置重點(diǎn)的確認(rèn)。

上述工作的持續(xù)創(chuàng)新和理論實(shí)踐的持續(xù)結(jié)合,既滿(mǎn)足了企業(yè)自身的發(fā)展要求,也為完整描述和系統(tǒng)定義數(shù)字化交付創(chuàng)造了有利條件。

2 數(shù)字化交付

2.1 基本原理

從廣義角度來(lái)講,在任意產(chǎn)業(yè)鏈和數(shù)據(jù)鏈節(jié)點(diǎn)之間發(fā)生的數(shù)據(jù)交換與傳遞都稱(chēng)為數(shù)字化交付,所有交叉節(jié)點(diǎn)形成的數(shù)字化交付鏈稱(chēng)為數(shù)字化交付矩陣。

從狹義角度來(lái)講,數(shù)字化交付是指數(shù)字孿生體的交付過(guò)程,其充分利用油氣田物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù),集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程,在虛擬空間中完成映射,從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過(guò)程。

2.2 數(shù)字化交付概念

基于產(chǎn)業(yè)鏈和數(shù)據(jù)鏈邏輯的智能油氣田數(shù)字化交付,分為橫縱交付兩條路徑。

數(shù)字化橫向交付,涵蓋工程建設(shè)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、制造、物流、倉(cāng)儲(chǔ)等所有企業(yè);按照業(yè)態(tài)模式和特定標(biāo)準(zhǔn),數(shù)據(jù)通過(guò)異構(gòu)軟件的協(xié)議接口實(shí)現(xiàn)跨企業(yè)、跨平臺(tái)的自動(dòng)交付。數(shù)字化橫向交付,是形成和推動(dòng)實(shí)體工程智能建造、實(shí)體工廠智能檢維修的基本條件;這一交付形式的成熟度,取決于以數(shù)字化設(shè)計(jì)為龍頭的產(chǎn)業(yè)鏈各企業(yè)在實(shí)體工程建設(shè)過(guò)程中的作業(yè)深度、管理精細(xì)度、橫向交付能力三大要素。

數(shù)字化縱向交付,是以數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化采購(gòu)、數(shù)字化施工、數(shù)字化生產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)務(wù)為基礎(chǔ),通過(guò)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)交付、數(shù)據(jù)使用、數(shù)據(jù)管理等環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)的縱向分層交付。數(shù)字化縱向交付,是形成不同企業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的先決條件,并且不同層級(jí)、不同職能的實(shí)體工程建設(shè)者和管理者,對(duì)縱向交付的數(shù)據(jù)使用與管理的訴求不盡相同,因而形成了基于不同層級(jí)、不同管理訴求的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和管理應(yīng)用(平臺(tái)或軟件)。

數(shù)字化交付,無(wú)論是橫向交付還是縱向交付,都基于特定的工程實(shí)體對(duì)象、數(shù)據(jù)范圍、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)規(guī)則等數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程來(lái)約束,并通過(guò)專(zhuān)用軟件工具(軟件平臺(tái)、軟件系統(tǒng)、中間件)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 數(shù)字化交付的作用

數(shù)字化交付的核心,是基于數(shù)據(jù)同源的原理,提升數(shù)據(jù)在實(shí)體工程建設(shè)和管理中的價(jià)值,使實(shí)體工程建設(shè)與生產(chǎn)運(yùn)行管理通過(guò)信息技術(shù)獲得更高的管理效益。通過(guò)數(shù)字化交付,可形成信息的發(fā)送、接收、使用的過(guò)程管控,促進(jìn)企業(yè)業(yè)務(wù)流與數(shù)據(jù)流融合,為企業(yè)之間的業(yè)務(wù)協(xié)同創(chuàng)造條件,業(yè)務(wù)協(xié)同造就更高效、更科學(xué)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程和智能化生產(chǎn)運(yùn)行管理基礎(chǔ)。

數(shù)字化交付在數(shù)字化設(shè)計(jì)等產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)內(nèi)部各專(zhuān)業(yè)之間,構(gòu)建了更高效、更優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)組織管理的生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

在產(chǎn)業(yè)鏈不同企業(yè)之間的數(shù)字化橫向交付,與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)+二維交付或后來(lái)的三維設(shè)計(jì)+二維交付不同,著眼于既滿(mǎn)足指導(dǎo)實(shí)體工程建設(shè)需求，又滿(mǎn)足工程建設(shè)數(shù)據(jù)孿生體形成的全專(zhuān)業(yè)三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)成果,在實(shí)現(xiàn)二三維協(xié)同設(shè)計(jì)+二三維關(guān)聯(lián)交付+模型輕量化以后,形成數(shù)據(jù)和信息的跨企業(yè)、跨平臺(tái)優(yōu)質(zhì)高效傳遞,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈后續(xù)企業(yè)基于異構(gòu)管理系統(tǒng)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和智能管理;并伴隨實(shí)體工程的建設(shè)過(guò)程,同步構(gòu)建與之對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)孿生體,推動(dòng)智能采購(gòu)、智能制造、智能倉(cāng)儲(chǔ)與物流、智能工地、智能檢測(cè)等工程建設(shè)各企業(yè)的智能管理業(yè)務(wù)發(fā)展;工程建設(shè)數(shù)據(jù)孿生體移交給業(yè)主,是智能檢維修、仿真模擬等生產(chǎn)運(yùn)行智能管理的重要輸入條件之一。

在數(shù)字化縱向交付體系中,對(duì)交付層級(jí)的劃分及其功能的清晰定義,使不同層級(jí)的縱向交付具備了明確目的,并就其依賴(lài)的IT工具提出了明確的技術(shù)要求和功能要求;在產(chǎn)業(yè)鏈各企業(yè)與智能管理應(yīng)用之間,以基于數(shù)據(jù)與信息的“采集、存儲(chǔ)、交付、應(yīng)用、管理”縱向?qū)蛹?jí)所構(gòu)建的數(shù)據(jù)鏈,使可視化管理、預(yù)決策優(yōu)化、人工智能成為可能,從而推動(dòng)企業(yè)或行業(yè)的智能管理;這一體系的建立和實(shí)踐,根本上消除了數(shù)據(jù)的“煙囪式”上傳、智能應(yīng)用各軟件系統(tǒng)分別調(diào)用數(shù)據(jù)所形成的信息孤島,為數(shù)據(jù)的“采集、存儲(chǔ)、交付、應(yīng)用、管理”相關(guān)的工具制造(軟件研發(fā))、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定、操作規(guī)程制定、管理制度配套等,提供了明確的布局和實(shí)施指南。

4 制約數(shù)字化交付技術(shù)水平提升的因素

根據(jù)上述定義及工程實(shí)踐,制約企業(yè)的數(shù)字化交付技術(shù)水平提升的主要因素可歸納為以下幾點(diǎn):對(duì)數(shù)字化交付價(jià)值的預(yù)期判斷,對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)和數(shù)字化施工技術(shù)的發(fā)展認(rèn)識(shí),數(shù)字化交付架構(gòu)模型的合理性與適應(yīng)性,數(shù)字化交付層級(jí)結(jié)構(gòu)的劃分合理性與適應(yīng)性,不同層級(jí)結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵工具以及關(guān)鍵工具制造過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù),數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)制定的復(fù)雜度與多維度,數(shù)字化交付操作規(guī)程編制與實(shí)施的可行性,數(shù)字化交付技術(shù)對(duì)原有組織、管理體系改變的可行性。

5 結(jié)論

智能油氣田數(shù)字化交付,一是指實(shí)體工程建設(shè)與運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)生在產(chǎn)業(yè)鏈各專(zhuān)業(yè)、各企業(yè)之間的橫向數(shù)字交付,通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)業(yè)和企業(yè)之間的橫向數(shù)據(jù)鏈的打通,可形成實(shí)體工程數(shù)據(jù)孿生體，推動(dòng)智能建造；二是指基于橫向產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)縱向多層級(jí)交付所形成的縱向數(shù)字化交付體系,是構(gòu)建企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)資產(chǎn)和支撐各層級(jí)智能應(yīng)用可持續(xù)的必要條件?；谔囟夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程的數(shù)字化交付,催生數(shù)據(jù)“采集、存儲(chǔ)、交付、應(yīng)用、管理”標(biāo)準(zhǔn)在橫向產(chǎn)業(yè)鏈和縱向數(shù)據(jù)鏈之間的工具制定與系統(tǒng)應(yīng)用。智能油氣田橫縱數(shù)字化交付體系,與交付技術(shù)、交付工具、交付標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程、配套制度一起,共同構(gòu)成了智能油氣田數(shù)據(jù)生態(tài)。

基于數(shù)字化交付體系,通過(guò)系統(tǒng)規(guī)劃和科學(xué)布局,可使企業(yè)提高對(duì)數(shù)據(jù)的調(diào)度能力;通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)與制度的建立,可使企業(yè)獲得持續(xù)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理能力;通過(guò)可持續(xù)的高效數(shù)據(jù)服務(wù),實(shí)現(xiàn)智能油氣田建造和智能運(yùn)營(yíng)的可持續(xù)。