基于海洋石油工程项目的生产过程智能化管理系统研究.pdf

现代计算机Modern Computer第 29 卷 第 12 期2023 年 6 月 25 日基于海洋石油工程项目的生产过程智能化管理系统研究姜晗，王群，李希光，宋永强*，王民东（海洋石油工程（青岛）有限公司数字化中心，青岛 266000）摘要：随着近年来数字技术的发展，海洋石油工程类企业亦处于数字化转型的关键时期，为了节省人力成本和推广无纸化操作，基于海洋石油工程建造项目的生产过程对相关工程管理方面进行了智能化系统的研究，提出并设计了一套完整的海洋石油工程生产管理一体化数据平台系统，通过该系统能显著提高各环节数据采集的效率和精确度。并利用大数据技术对生产过程进行分析和指导，提高了生产管理效率和智能化信息化水平。另外还对构建统一的工程技术类企业云平台提出了展望和分析。对生产过程智能化平台的研究可以实现海洋石油工程项目全过程的数字化管理，提高项目各环节准确性的同时节省大量人力成本，降本增效，提质创优。关键词：海洋工程；信息化；大数据；工程管理；人工智能文章编号:10071423（2023）12007206DOI:10.3969/j.issn.10071423.2023.12.013收稿日期：20230227修稿日期：20230417作者简介：姜晗（1992），男，山东青岛人，硕士研究生，助理工程师，研究方向为计算机视觉工程应用；王群（1994），男，山东临沂人，硕士研究生，研究方向为油气田开发技术；李希光（1994），男，山东东营人，硕士研究生，研究方向为海洋石油工程建造技术；*通信作者：宋永强（1981），男，硕士研究生，工程师，研究方向为海洋石油工程技术应用，Email：；王民东（1986），男，山东临沂人，大专，技师，研究方向为焊接工艺优化0引言随着近些年数字化的发展，各行各业都尝试利用数字化技术来改善工作流程、提高工作效率、节省工作成本。海洋石油工程企业在经营生产的过程中产生的各类报表繁杂，数据量庞大，因此在工程项目中对大量数据统一便捷管理成为了企业的迫切需求。目前广泛采用的方法仍然是在生产各个流程中人工制作和维护相关的Excel数据库，不统一情况突出，重复性工作量大且容易出现人为错误，影响了工作效率和成果。实现数据的统一便捷管理，需要满足数据输入的时效性和正确性，流程的固定性和数据读取的高速性。另外，随着人工智能大数据分析技术的发展，信息管理系统不再仅是一个线上集中的数据库，而是具备数据纠错、智能分析等辅助决策功能的系统。因此，通过智能化生产管理信息系统采集处理和分析数据非常重要。在工业4.0的大背景下，我国制造生产企业的数字化发展迅速，涌现出较多生产管理ERP系统。然而，目前存在的系统其行业针对性不强，无法解决特定企业的相关需求，且缺乏有效的辅助决策功能。本文对中国海洋石油工程企业的主要工作项进行梳理，提出了一种全面的智能化管理方案，在提高流程准确度的前提下利用人工智能算法对工程项目计划和数据的综合分析进行了辅助决策。经过论证，本文方法能够显著提高生产管理效率，降低人工成本，减少流程性问题的出现1。1整体架构设计1 1.1 1模块设计模块设计海洋石油工程企业主要负责钢结构加工生产以及海洋石油平台的建造。管理手段主要还是以人工处理纸质表格为主，信息化水平不高，未形成流水线化工作。因此构建生产管理一体化平台需要分为以下几个模块：（1）物料的管理：通过信息化平台对物料出 72姜晗等：基于海洋石油工程项目的生产过程智能化管理系统研究第12期入库和使用情况进行全时段监控跟踪，保证物料管理责任到人到点。（2）设备管理：项目过程中的设备出工、收工、租赁情况进行全时段监控，保证设备情况一目了然。（3）人员管理：本系统通过物料和设备情况的反馈，可以将责任落实到人，便于人员绩效考评和人力分配管理。（4）流程计划管理：需要将项目进度和施工计划提前制定和匹配好，于系统上公示，施工计划变更和调整都可以在一体化平台完成，有利于项目的进度管理，也便于项目管理各部分人员及时获得消息。（5）消息提醒：项目参与人员能够实时了解整个项目的进度情况和物料设备的使用情况。能够自动化地进行报时提醒，并通过消息系统对其进行设置。（6）项目文件管理和标准数据库查询：将项目文件、过往项目经验和公司专家数据集中管理，便于参与人员随时查阅。（7）工单进度管理：大多数实体工作流程都会有电子二维码，采用二维码标签在数据库中能自动跟踪工作进度和汇报工作效率。对于工单的管理是通过项目管理者在线下单，进度则是通过权限系统查询，便于各级管理掌握进度情况，发送调度指令。（8）权限设置：不同的项目参与者拥有不同的查阅权限，通过权限分组派发使得参与人员更有针对性地了解自己的任务，也提高了项目管理的保密性。（9）智能算法模块：对已有的数据进行综合分析，并给出相应的智能辅助决策信息。适用于数据纠错和计算用户需求指标。综上，系统的主要目的在于利用一体化平台，完成针对海洋工程企业生产建设的全流程管理，生产责任追溯和落实到人，员工绩效体现直观，项目进度清晰，由此可促进各部门的信息共通，提高管理效率和管理水平，激发工作积极性。本系统具备智能性、共享性、准确性和安全性的特征。1 1.2 2流程模型流程模型以企业车间为例，对各模块流程模型进行设计。图1显示了主要部门与一体化平台的数据流向关系，可以涵盖整个项目管理的全过程。数据中心施工人员仓储采购财务质量检测车间制造设计图 1数据流向关系（1）项目文件流程：将项目文件集中置于数据中心以方便参与人员按需求调阅。包括项目图纸：由设计部门录入、升版及跟踪完成情况；对应料单：由设计部门和生产施工单位上传需求，自动推送至采购和财务部门，收到消息可审批执行亦可驳回申请并将意见反馈给提报方；安装单元的三维模型：由各施工单位相关人员上传便于施工人员查阅。对于这些信息的查阅需要通过系统的权限功能予以区分，不同部门、不同项目的相关人员只能查阅限定文件，保障了系统的安全性。图2展示了文件的相关人员管理逻辑。除图中所示，任何一个阶段的相关人员均可导出相应的报表文件，省去了手动维护表格文件的过程。本模块利用 MongoDB 来处理文件管理，MongoDB是一种基于分布式文件存储的数据库，与MySQL等传统关系型数据库相比更适合大批量文件的处理和管理。服务器用户设计计划数据管理图纸、料单、升版、变更日、周、月计划录入施工文件计划整理调阅反馈图 2文件管理逻辑（2）设备管理流程：设备管理模块由设备管理人员维护，主要包括设备的状态（维修、是否 73现代计算机2023年使用、使用部门和负责人、空闲等）、设备的负责人、设备主要用途和参数等。施工相关人员在系统上可以查询设备状态并提交申请单，交由负责人审批，设备使用完毕后填写反馈单交还原部门或填写转交单转移设备至其他部门，此过程均需要通过设备管理负责人审批。图3是设备管理示意图，通过系统平台追踪了设备状态，信息一目了然，提高了信息共享能力，也避免了设备工具的丢失和责任划分困难，便于施工和设备管理。系统平台设备管理员生产协调设备信息录入审批需求查询调用申请消息反馈、线下交付图 3设备管理逻辑（3）人员信息管理流程：基于海洋石油工程分包商较多、人员流动性较强的特点，设计为系统对其进行统一管理，目前对于工人的进入和流出是根据分包商报上来的 Excel 表格统计的，针对这类人群的特点，会出现许多前后信息不一致、更新迟滞、信息不全等现象。在现场检查也无法快速查询人员的情况。而利用本系统则可以统一便捷地对人员信息进行统计录入和查询。人员信息包括但不限于人员姓名、施工资质证书、工作时长等。图4展示了人员管理的示意图。系统分包人员分包管理人员信息模板导入施工管理现场扫码查询二维码生成批量管理图 4人员管理示意图具体工作流程主要是分包商下载模板填好人员变更信息，导入系统，系统自动为每个员工生成二维码作为帽签，现场通过手机端扫码即可得到员工的信息。人员信息在系统里也可以按照各种条件查找并导出相应报表。人员信息可由一级管理在系统内设置。人员信息还包括人员绩效的记录，使管理人员能够全方位地掌握施工的细节。（4）权限设置和三级管理：对于本平台的用户而言主要分为三级，每一级下根据不同的项目和不同的部门也有不同的权限。三级管理是为了提高本系统的可拓展性和灵活性，使程序的模式不再固定，而是可以根据需要由用户自行调整。三级的最高一级是安排者，负责设置工厂化流程，可以新增、删除、更改流程，也可以对流程的名称和负责人进行设置。通过系统设置好工作流程模型，发布出去。二级管理则会收到相应的工作任务和消息通知，最后监督和协调生产人员工作，最低的一级是主要施工人员，主要对任务进行底层数据输入和消息反馈。表 1三级管理信息表参与成员一级管理二级管理三级管理功能权限具体施工信息由施工者扫码输入作为负责人对流程的相关数据进行整理新建流程设置流程节点和负责人、数据分析负责数据具体施工数据输入批量数据的导入导出数据的综合管理分析（5）施工流程管理：计划负责人每周进行计划量的发布，同时发布的还有单管的相关信息文件置于系统内。总的三级管理员在系统中设置管线预制的工作流程及其负责人，可设置为“物料领用”“下料”“组对”“组对检查”“焊接”“外观检查”“送喷涂”。该流程需要有一个二级管理人员负责全过程的数据整理统计。每一项工序则都有一个负责人进行具体施工和数据填报。这里在管线预制用到了二维码标签，从物料领用开始，对每一个单管的重要管件张贴二维码，每一项工序前需要一级管理员扫码填报交接信息和管件位置，工序结束后扫码提交完工单。工单会自动推送给下一个工序的负责人根据管件位置来交接，直到工序完工。通过系统实现了人员的施工流程规范化，提高了效率。图5显示了管线预制阶段的一个综合流程，74姜晗等：基于海洋石油工程项目的生产过程智能化管理系统研究第12期具体施工步骤由施工者扫码自动记录进系统，其他操作均由相关负责人在系统中配置填报和发布。流程中如果出现变更和错误，则会暂停目标单管的进行，并将问题推送给相关负责人，直到负责人在系统中填报解决才能继续流程，所有行为均将记录到系统数据库并可以随时查询。系统也会记录每项工作的时间，为大数据分析绩效和计划制定提供了大量的基础数据。系统数据库各个步骤均可查询施工者资料、负责人资料、单管进度、管件位置、整体进度、工序时间、各类资料，以及相关报表的导出。人员资料图纸料单模型计划流程设置制定长期任务形成任务包短期施工计划形成小工包依据流程设置负责人法兰管理变更管理质检放行组对领料下料焊接二维码生成二维码生成录入录入录入大工单录入扫码贴码扫码填报扫码填报扫码质检读取大工单配置小工单系统记录图 5工序流程管理示意图（6）消息推送流程：消息推送主要在于提醒工作人员及时处理需求。工作流系统自动移交，自动发送消息提醒。当某一个工序工作出现问题时，问题情况会在其工序内由发现者填写，发布的同时系统会自动将消息广播给相关人员并将工作流上移至流程上游或者移至相关负责人处。（7）计划流程：通过系统算法训练出一个，依据这些解给出的计划方案相比于人工设置会更为合理。因此，负责计划制定的用户可以在系统中很方便地调取相关数据作为参考。首先，计划负责人输入每日或每周的计划量，自定义各个工作项目，消息会推送到各个工序的负责人，工序负责人无需处理数据库，系统记录的工作量会直接显示在系统中，使用户对工作效率对比计划一目了然，也更容易发现影响工作效率的问题所在。1 1.3 3系统功能系统功能综上分析，系统的主要功能可以归纳为5个技术模块和1个拓展接口。（1）消息通信广播功能模块；（2）进度管理功能：即不同权限下对各类报表导入导出功能；（3）工作流控制功能：包括工作流指针、指针跳转、工作流模型编辑等；（4）大数据分析、数据挖掘功能；（5）数据库编辑功能：通过系统可以直接变更数据库结构，以更具灵活性。数据中心功能拓展接口：以备开发更多实用程序，丰富一体化平台。1 1.4 4开发技术分析开发技术分析系统需要服务器端开发和客户端开发，客户端又分为手机端和PC端，PC采用Web程序的形式更易于拓展和使用。因此，利用Java作为主要的编程语言，使用SpringBoot框架开发服务器端程序，Vue框架开发Web前端。系统有大量的数据 处 理 与 存 储 要 求，因 此 选 用 MongoDB 和MySQL数据库，前者主要处理非结构数据文件，后者主要处理结构化数据。缓存技术采用Redis，利用Websocket开发消息推送功能。UI部分采用ajax+css开发的动态效果。2算法和系统构建2 2.1 1智能智能规划算法的建立规划算法的建立目前海洋工程公司的施工计划是根据过往经验人工制定，计算和估计具有随机性，且人力工效参考以往的数据人工分析计算，时间成本与人力成本都比较高。平台利用了大数据分析技术作为基础，针对海洋工程公司的特点实现了一套自动编制计划和自动分析工效的智能算法，以提高施工规划的效率和合理性。传统的计算方法分为两种：（1）通过过去的数据，不断计算和更新人均工作量，再根据计划当天的出工人数计算出当天的计划量。（2）跟据大项目下发的计划量，计算每周或每天的计划量，进而跟据以往的工位工效推算出每天的各工种上工人数。在以上两种算法中，无论是人均工作量（工位工效）的计算还是整体的大项目计划（依据综合工效计算的整个大项目的整体计划）制定是一个非常重要的问题。可以通过神经网络来进行深度学习2，学习的材料即系统内存储的海量数据，不断训练从而不断地更新工效数据。另外，影响工期按时完成的突发性事件较多，如原料供应不及时、图纸下发不及时和人力资源 75现代计算机2023年跟不上等。针对这些问题，通过对不断增长的过往数据和不断优化的训练模型，可以逐步得到考虑更为全面、更为精确的综合工效。2 2.2 2原始数据的智能化录入原始数据的智能化录入目前的数据库维护是通过施工管理人员总结当日工作量，绘制Excel图表上传到项目数据库中。该方法主观性较大且时效性不强，需要提供一种尽可能多的数据自动客观上传。在本系统中实现了多种自动上传：一是施工前扫码与施工后扫码，系统记录时刻差，记录该工序的工作时间，为综合数据分析提供了真实有效数据。二是在车间内尝试配置ZigBee等传感器用于数据传输和管件定位。当终端扫码时，会自动与ZigBee通信，从而对扫码位置进行计算并记录，即一旦扫码必然会记录位置，通过位置可追查管件位置，从而避免丢件丢管现象产生。三是由于有施工人员管理，工效数据可以非常细化，对应到每一个工人，提高了数据的精确性。图 6ZigBee模块图 7车间模型ZigBee 是一项新型的无线通信技术，适用于传输范围短、数据传输速率低的一系列电子元器件设备之间。该项技术尤为适用于数据流量偏小的业务，可尤为便捷地在一系列固定式、便携式移动终端中进行安装，与此同时，ZigBee无线通信技术还可实现GPS功能3。以ZigBee技术组网和定位有如下优点：（1）定位精度高：公司定位在原有ZigBee协议栈基础上进行升级优化，使定位精度达到 3米，局部定位精度1米，充分满足工厂对工人实时定位的需求。（2）数据安全：ZigBee技术独有的128 k加密算法，抗干扰能力强，可防止数据的泄露和无线信号的干扰。（3）节能低功耗：公司识别卡在协议上对电池使用作了优化，使定位卡的电池更加耐用。电池的工作时间可以达到一年以上，同时低功耗对人体的辐射也很低，相当于手机万分之一。（4）免布线：产品在项目实施过程中只需要把电源线部署到设备安装位置即可，不需要额外的其他布线，省去大量的布线成本，更便于日常的维护、排障。（5）全双工通信：公司产品在通信商上采用全双工通信，实现了发射端和接收端的双向互动的通讯方式，确保数据在上传和下发的过程中信号能有效接收。（6）海量地址空间：扩展了控制的地址，高达6.4万个地址，在一些大型工厂项目中，不受节点的限制。2 2.3 3系统构建系统构建服务层主要在公司中心机房搭建系统运行所需要的硬件资源，包括应用服务器、数据存储以及ZigBee等传感器的安装部署。中间层建设主要在公司中心机房应用服务器上部署相应的 Web 应用服务以及数据库等支撑系统运行的软件环境，数据库部分可利用本公司的PCMS系统无需另行开发。网络层建设主要依托现有公司及所属单位网络资源，包括路由器以及防火墙等，无需新增建设内容，支撑系统数据传输。应用层建设主要是开发Web 版本和 APP版本的报表系统，是实现报表填报、汇总、分析以及展现等功能的载体。应用层主要是建设支撑系统操作的终端，包括电脑、手机以及平板等。本系统可与PCMS进行有效兼容，PCMS提供众多可二次开发接口，是一个成熟强大的数据中心，通过智能化的方法对基础数据进行收集并结合PCMS系统的数据库可以实现本平台的功能。除此之外，对PCMS系统还要进行权限和流程化的升级，增加管理人员的数据管理职责 76姜晗等：基于海洋石油工程项目的生产过程智能化管理系统研究第12期并提供相应权限，使系统的自由度提高，并可沿用至其他车间甚至其他工程领域。2 2.4 4应用效益分析应用效益分析（1）提高数据填报、汇总工作效率，改变现有数据填报及数据汇总业务流程，实现基础数据自动填报、汇总数据自动计算，以确保汇总数据准确性。同时，可减少一线人员基础数据填报工作量以及管理人员汇总数据人工计算工作量，提高工作效率。且通过了智能化技术，提高了基础数据的真实性和准确性，为生产管理提供了良好的基础。（2）建立报表填报统一数据标准，在公司范围内建立报表统一模板，统一数据填报标准，在系统的任何一个步骤，均可以查询到施工的所有信息，并跟据管理需求导出相应报表，管理人员可及时掌握各单位生产经营情况，简化了管理人员的制表流程，提高了管理工作效率。（3）通过成熟的跟踪技术，避免了工序生产资料丢失情况。（4）实现部门之间数据共享。通过关联数据集中管理、集中分析，实现数据资源在部门间快速共享，且避免了同一数据重复填报。通过系统数据可以非常客观地反映生产问题，也反向激励了工作人员高效工作，对工作质量的提高有所裨益。（5）本系统由于三级权限的设置和用户自主设计流程功能的实现，提供了非常高的自由度，不同的车间可以用同一套系统，相应的管理人员可以不断调整生产流程，委派相应的人员进行工作。因此系统普适性极强，可以迁移应用于其他工程企业，助推海洋石油工程公司信息化智能化转型，并作为工程领域的标杆建立数据中心同时助推其他工程企业发展。3结语本文主要设计了一套海洋石油工程企业生产信息一体化平台，其中包括了物联网硬件部分的搭建使用。通过信息化平台，可以大力提高管理效率，降低管理成本，使工作更具流程化和科学性。利用了大数据智能分析技术来改善人力资源管理和计划管理的水平。经过论证，本文方法能够有效提高生产制造企业的管理水平。参考文献：1 苏慧灵.智能制造企业多层动态成本控制体系_省略_LP_IT_ABCM 协同融合视角 J.财会通信，2020，16（4）：166170.2 杨军志.基于BIM与人工智能技术结合的智慧建筑综合管理平台 J.智能建筑与智慧城市，2020（2）：1014.3 曹安逸.智能建筑弱电系统信息化建设 J.数字通信世界，2019（8）：74.Research on intelligent management system of production processbased on offshore oil engineering projectJiang Han,Wang Qun,Li Xiguang,Song Yongqiang*,Wang Mindong（Digital Center of Ocean Oil Engineering Co.,Ltd.,Qingdao 266000,China）Abstract:With the development of digital technology in recent years,offshore oil engineering enterprises are also in the critical period of digital transformation.In order to save labor costs and promote paperless operation,intelligent systems have been studied for relevant engineering management based on the production process of offshore oil engineering construction projects,and acomplete set of integrated data platform system for offshore oil engineering production management has been proposed and designed,the system can significantly improve the efficiency and accuracy of data acquisition in all links.Big data technology is usedto analyze and guide the production process,which improves the efficiency of production management and the level of intelligent information.In addition,the prospect and analysis of building a unified engineering technology enterprise cloud platform are also presented.Research on the intelligent platform of the production process can realize the digital management of the whole process of offshore oil engineering project,improve the accuracy of each link of the project,save a lot of human costs,reduce costs and increaseefficiency,and improve quality and create excellence.Keywords:oceanographic engineering;promotion of information technology;big data;project management;artificial intelligence 77