導(dǎo)讀：隨著油氣生產(chǎn)業(yè)務(wù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，對油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能力提出了新的需求，研發(fā)具備業(yè)務(wù)屬性、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等新技術(shù)支撐能力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)油田全業(yè)務(wù)聯(lián)結(jié)、全閉環(huán)管理，成為趨勢。本文對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行了架構(gòu)設(shè)計(jì)及功能設(shè)計(jì)，簡述了平臺的能力與優(yōu)勢，并對應(yīng)用效果進(jìn)行了分析。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用，連通了基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)字化應(yīng)用，提升了油田一體化運(yùn)營和協(xié)同管理水平。1引言

當(dāng)前，信息技術(shù)引領(lǐng)的新一輪科技革命正以前所未有的方式對社會變革的方向起著決定性作用。黨的十九大報(bào)告提出要推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，建設(shè)數(shù)字中國、智慧社會。石油行業(yè)也在積極應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，大力推進(jìn)低成本油氣生產(chǎn)物聯(lián)系統(tǒng)建設(shè)工作，逐步實(shí)現(xiàn)經(jīng)營決策分析智能化、生產(chǎn)組織扁平化和運(yùn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)依托于SCADA系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)，傳統(tǒng)SCADA系統(tǒng)為通用型產(chǎn)品，不具備業(yè)務(wù)屬性，系統(tǒng)能力重點(diǎn)在于自動(dòng)化監(jiān)視與控制，為保證可靠性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)拓展性差、集成能力低，導(dǎo)致其無法進(jìn)行多系統(tǒng)集成交互，形成眾多系統(tǒng)孤島，無法實(shí)現(xiàn)連鎖聯(lián)動(dòng)、閉環(huán)控制。油氣生產(chǎn)業(yè)務(wù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型對油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能力提出了新的需求，研發(fā)具備業(yè)務(wù)屬性、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等新技術(shù)支撐能力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)油田全業(yè)務(wù)聯(lián)結(jié)、全閉環(huán)管理，成為趨勢。2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺概述

隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)浪潮席卷全球，驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)加速變革。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的發(fā)展，逐漸成為制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的重要載體，也正成為領(lǐng)軍企業(yè)競爭的新賽道、全球產(chǎn)業(yè)布局的新方向、制造大國競爭的新焦點(diǎn)。與此同時(shí)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的重要手段應(yīng)運(yùn)而生。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是互聯(lián)網(wǎng)科技發(fā)展之下，為實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)和智能制造而搭建起來的一個(gè)重要平臺，是生產(chǎn)端催生的數(shù)字化轉(zhuǎn)型工具，其出發(fā)點(diǎn)在于如何支撐企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的優(yōu)化和變革。即本質(zhì)是通過構(gòu)建精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、高效的數(shù)據(jù)采集互聯(lián)體系，推動(dòng)機(jī)器、物料、系統(tǒng)、產(chǎn)品、人員等參與主體各類要素信息的泛在感知、云端匯聚、高效分析和科學(xué)決策。在油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)感知、集成、分析與決策，實(shí)現(xiàn)對流程的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，形成各類生產(chǎn)活動(dòng)的智能化閉環(huán)。3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1總體架構(gòu)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的本質(zhì)是工業(yè)云平臺，基于應(yīng)用需求，搭建對工業(yè)數(shù)據(jù)采集、存儲、分析和應(yīng)用的模塊體系，實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)輔助的生產(chǎn)功能。其核心由基礎(chǔ)設(shè)施層（IaaS）、平臺層（PaaS）、應(yīng)用層（SaaS）三層組成，再加上端層、邊緣層，共同組成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基本架構(gòu)。如圖1所示。圖1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的總體架構(gòu)3.2功能架構(gòu)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺按照我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展思路與建設(shè)基本原則，結(jié)合油氣領(lǐng)域業(yè)務(wù)實(shí)際需求，平臺系統(tǒng)功能架構(gòu)分為中臺服務(wù)功能、PaaS層功能、基礎(chǔ)服務(wù)功能、算法服務(wù)功能、可視化組件服務(wù)功能、報(bào)表組件服務(wù)功能、工作流組件服務(wù)功能七大功能，如圖2所示。圖2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺功能架構(gòu)3.3數(shù)據(jù)流程

數(shù)據(jù)流程包括數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)訂閱、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用、服務(wù)、管理、網(wǎng)關(guān)等各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)交互關(guān)系設(shè)計(jì)。（1）井口無線儀表設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入平臺實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；（2）間、站通過有線加無線的方式將數(shù)據(jù)傳送至生產(chǎn)監(jiān)控平臺的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；計(jì)量站、聯(lián)合站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)由DCS系統(tǒng)通過光纖傳輸至生產(chǎn)監(jiān)控平臺的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；（3）報(bào)表、應(yīng)用數(shù)據(jù)經(jīng)過稀釋，抽提至關(guān)系數(shù)據(jù)庫（如生產(chǎn)數(shù)據(jù)，由分鐘級抽稀至日數(shù)據(jù)）；（4）A2、A5、A8系統(tǒng)定時(shí)訪問生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)提取至A2、A5、A8系統(tǒng)；（5）A11生產(chǎn)管理子系統(tǒng)通過OPC客戶端獲取數(shù)據(jù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)流程圖如圖3所示。圖3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)流程圖3.4部署架構(gòu)

根據(jù)油氣生產(chǎn)數(shù)字化現(xiàn)狀和未來智能化建設(shè)需求，在一系列的安全防護(hù)體系下，設(shè)計(jì)三層架構(gòu)的云平臺部署方案，即采集與控制層、數(shù)據(jù)平臺層、監(jiān)控與管理層。如圖4所示。采集與控制層：在生產(chǎn)網(wǎng)側(cè)，以采油/采氣廠為單位，部署云平臺采集服務(wù)，從生產(chǎn)現(xiàn)場獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)平臺層：搭建虛擬化平臺、磁盤陣列，部署數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲，生產(chǎn)網(wǎng)和辦公網(wǎng)之間采用物理隔離。監(jiān)控與管理層：在辦公網(wǎng)側(cè)，搭建虛擬化平臺，部署云平臺系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理等功能。圖4平臺部署架構(gòu)4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺功能設(shè)計(jì)

4.1中臺服務(wù)功能

中臺服務(wù)主要包括基礎(chǔ)設(shè)施云、云平臺管理、大數(shù)據(jù)與人工智能應(yīng)用、應(yīng)用開發(fā)工具組件等。通過容器編排、服務(wù)目錄與應(yīng)用商店，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的統(tǒng)一注冊與應(yīng)用功能的統(tǒng)一配置，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)敏捷開發(fā)與快速交付。技術(shù)服務(wù)中臺服務(wù)的主要價(jià)值如圖5所示，包括：（1）應(yīng)用市場：通過自動(dòng)化方式解決業(yè)務(wù)部署、升級維護(hù)以及資源需求的多樣化。（2）服務(wù)目錄：高效管理并支持所有基礎(chǔ)能力接口，提供統(tǒng)一、完整的服務(wù)鑒權(quán)以及通用解決方案。（3）容器編排：提供自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡以及一鍵服務(wù)擴(kuò)容、縮容、HA等能力。（4）敏捷交付：集成開發(fā)、測試與運(yùn)維一體的敏捷交付模式。圖5中臺服務(wù)4.2PaaS層功能

平臺基于Docker容器方式進(jìn)行部署，主要?dú)w類為應(yīng)用服務(wù)器、業(yè)務(wù)接入能力、業(yè)務(wù)引擎、業(yè)務(wù)開放平臺等。PaaS層功能架構(gòu)包含容器鏡像倉庫功能、集群管理功能、網(wǎng)絡(luò)管理功能、存儲管理功能、應(yīng)用管理功能、監(jiān)控告警功能、日志功能、微服務(wù)支持、安全管理等。這些功能實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺的各種資源，并將這些資源通過API開放給SaaS層用戶。如圖6所示。圖6PaaS功能架構(gòu)4.3基礎(chǔ)服務(wù)功能

基礎(chǔ)服務(wù)功能提供多種工具，可以通過使用單個(gè)或多個(gè)工具，實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)應(yīng)用?；A(chǔ)服務(wù)功能架構(gòu)包含十大組成部分，分別是：智能報(bào)表、資產(chǎn)管理、系統(tǒng)管理、實(shí)時(shí)流計(jì)算、人工智能、二次開發(fā)、視頻管理、智能設(shè)備、流程圖、應(yīng)用集成?？芍苯舆M(jìn)行數(shù)據(jù)分析、設(shè)備管理，支持無代碼自定義參數(shù)列表、報(bào)表、流程圖畫面等，極大地提高了平臺的便利性、易用性，縮短了操作時(shí)效。如圖7所示。圖7基礎(chǔ)服務(wù)功能4.4算法服務(wù)功能

算法服務(wù)主要是人工智能技術(shù)組件：基于圖像識別、語音識別、文本分析、知識圖譜、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)應(yīng)用組合，構(gòu)建可視化的數(shù)據(jù)處理與建模分析工具，為采油生產(chǎn)智能應(yīng)用提供開箱即用的能力，如產(chǎn)量遞減分析、水合物生產(chǎn)計(jì)算等。主要的模型包括：井和場站機(jī)理模型、井筒積液模型、敏感性分析、壓力溫度剖面、生產(chǎn)優(yōu)化、液體延管線分布、數(shù)據(jù)校正、模型管理、工作流開發(fā)環(huán)境、結(jié)果呈現(xiàn)、模型數(shù)據(jù)存儲及大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、產(chǎn)量預(yù)測、模型數(shù)據(jù)分析、工作流預(yù)制、自定義分析、產(chǎn)水類型識別。如圖8所示。圖8算法服務(wù)模型4.5可視化組件服務(wù)功能

可視化工具組件主要基于相關(guān)工具組件，實(shí)現(xiàn)以油藏、單井、地面、聯(lián)合站、轉(zhuǎn)油站、組織機(jī)構(gòu)等業(yè)務(wù)對象為基礎(chǔ)的一鍵式信息綜合查詢與展示，可以自定義選擇所需要查看的成果內(nèi)容?；谇岸俗远x配置，適用于PC、PAD及各類手機(jī)移動(dòng)端顯示。如圖9、圖10所示。圖9可視化組件服務(wù)圖10可視化多終端使用效果4.6報(bào)表組件服務(wù)功能

自定義報(bào)表工具：基于智能管理中心平臺提供智能綜合報(bào)表服務(wù)，采用企業(yè)級Web報(bào)表工具實(shí)現(xiàn)自定義報(bào)表?；谀壳皥?bào)表系統(tǒng)成果，通過拖拽方式完成報(bào)表設(shè)計(jì)，靈活設(shè)置公式及報(bào)表格式，快速搭建固定報(bào)表、自由報(bào)表、交叉報(bào)表、分組報(bào)表、匯總報(bào)表等數(shù)據(jù)可視化效果。（1）企業(yè)報(bào)表平臺一款簡單、高效、智能的報(bào)表工具，可快速搭建的企業(yè)級Web報(bào)表平臺；對平臺中數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)通過一定的編輯、定義、選取，得到數(shù)據(jù)報(bào)表。根據(jù)需求，定義報(bào)表，可定義月報(bào)、日報(bào)以及小時(shí)報(bào)三種類型的報(bào)表，報(bào)表列內(nèi)容、報(bào)表種類、報(bào)表統(tǒng)計(jì)形式均支持自定義編輯等。報(bào)表列自定義的展現(xiàn)形式如Excel，自定義內(nèi)容包括列名、列值、該列數(shù)據(jù)顯示形式、保留的小數(shù)位數(shù)等；當(dāng)報(bào)表中顯示的列值需要進(jìn)行計(jì)算時(shí)，在添加時(shí)可以對這一列進(jìn)行公式編輯，需要支持MEAN、MAX、MIN等幾十種常見函數(shù)。（2）全局業(yè)務(wù)分析對各業(yè)務(wù)板塊進(jìn)行主題數(shù)據(jù)分析，如財(cái)務(wù)分析、銷售分析、生產(chǎn)分析等。（3）統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理輕松整合多源數(shù)據(jù)，形成全局?jǐn)?shù)據(jù)視野，實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)化智慧運(yùn)營。（4）數(shù)據(jù)大屏服務(wù)將科技感十足的數(shù)據(jù)大屏應(yīng)用發(fā)布到各場景中展示，如監(jiān)控中心、會展中心等。4.7工作流組件服務(wù)功能

工作流引擎組件基于BPM工具引擎，可快速實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程管理和應(yīng)用定制。輕量級業(yè)務(wù)工作流引擎，可以部署到任意Java環(huán)境?？蓪?shí)現(xiàn)包括建模、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、業(yè)務(wù)流程、協(xié)同流程、監(jiān)控流程的全生命周期管理。如圖11所示。圖11BMP工具服務(wù)工作流引擎提供基礎(chǔ)平臺組件，它以流程應(yīng)用為核心，通過配置及簡短二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的自動(dòng)化處理。引擎內(nèi)部由工作流引擎、設(shè)計(jì)工具、管理工具和應(yīng)用工具四部分組成。如圖12所示。（1）提供專業(yè)的工作流引擎，支撐業(yè)務(wù)系統(tǒng)流程運(yùn)轉(zhuǎn)；（2）提供表單設(shè)計(jì)工具，支撐業(yè)務(wù)流程內(nèi)容定制；（3）針對不同類型的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，根據(jù)流程模式，提供解決方案；（4）統(tǒng)一管理所有業(yè)務(wù)流程，提供分析結(jié)果，供決策需要。圖12工作組件服務(wù)三維組件服務(wù)基于WebGL技術(shù)和BIM輕量化引擎，可快速實(shí)現(xiàn)各類可視化交互應(yīng)用，融合數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝流程與業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真模擬和生產(chǎn)優(yōu)化。系統(tǒng)通過對場站的整體結(jié)構(gòu)、房屋建筑、關(guān)鍵區(qū)域以及設(shè)備設(shè)施進(jìn)行三維建模，形象直觀地查看各類設(shè)備的空間關(guān)系、位置分布以及結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)加載各類狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，同時(shí)可以更加清晰準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題，明確各類裝置、設(shè)備設(shè)施以及建筑的相對關(guān)系，便于管理人員及時(shí)準(zhǔn)確地掌握動(dòng)態(tài)信息。主要特點(diǎn)為：（1）輕量級發(fā)布；（2）數(shù)字孿生體生產(chǎn)監(jiān)控；（3）三維仿真模擬優(yōu)化；（4）電子巡檢與智能工單；（5）告警聯(lián)動(dòng)分析。BIM輕量化引擎，實(shí)現(xiàn)Web交互式三維動(dòng)畫場景、BIM模型輕量化發(fā)布，三維場景與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)信息的聯(lián)動(dòng)。設(shè)備在三維模型對視頻分布進(jìn)行定位標(biāo)定、狀態(tài)標(biāo)識；對設(shè)備數(shù)量、狀態(tài)統(tǒng)計(jì)、分布數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；監(jiān)控列表篩選查看；實(shí)時(shí)預(yù)警數(shù)據(jù)進(jìn)行推送并定位；重點(diǎn)關(guān)注視頻實(shí)時(shí)查看。如圖13所示。圖13三維模型應(yīng)用5平臺的能力與優(yōu)勢

（1）具有全要素?cái)?shù)據(jù)采集能力、豐富的工業(yè)協(xié)議及驅(qū)動(dòng)支持、無硬件制約的分布式采集。（2）數(shù)據(jù)存儲高效靈活，數(shù)據(jù)查詢開發(fā)便捷。（3）完善的報(bào)警閉環(huán)系統(tǒng)，報(bào)警界面醒目，迅速定位問題。（4）具有簡單且功能強(qiáng)大的控制策略。（5）流程圖組態(tài)靈活易用，具有豐富的組件。（6）平臺基于容器技術(shù)，支持多種部署方式，快速、靈活地搭建復(fù)雜的應(yīng)用。（7）完善的二次開發(fā)功能，支持常見的工業(yè)應(yīng)用開發(fā)語言環(huán)境。（8）數(shù)據(jù)庫接口完善，可對接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)和其他第三方數(shù)據(jù)庫。（9）高吞吐、低延時(shí)的實(shí)時(shí)計(jì)算能力，支持生產(chǎn)網(wǎng)、辦公數(shù)據(jù)和展示界面自動(dòng)同步。（10）數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和安全性良好。6應(yīng)用及效果分析

6.1建成了生產(chǎn)云平臺實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制的高效處置平臺

通過自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集分析，結(jié)合現(xiàn)場視頻，實(shí)現(xiàn)對油氣生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，建成實(shí)時(shí)監(jiān)控的高效處置平臺，提升油氣田生產(chǎn)自動(dòng)化水平與安全管控能力，減少人工操作，井、平臺、增壓站全面無人值守，以少人巡護(hù)的方式進(jìn)行生產(chǎn)。如圖14所示。圖14油井前端智能化配套建設(shè)6.2提高了數(shù)據(jù)利用率，數(shù)據(jù)使能業(yè)務(wù)

通過生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)字化完善和智能化全面建設(shè)，實(shí)現(xiàn)油氣生產(chǎn)數(shù)據(jù)全面采集、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性校驗(yàn)。打通實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)A11、A2、A5等系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享，作業(yè)區(qū)各類報(bào)表自動(dòng)生成。以油氣生產(chǎn)日數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)、油藏等專業(yè)數(shù)據(jù)，充分使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提供多種預(yù)測預(yù)警算法，實(shí)現(xiàn)預(yù)測預(yù)警。提供油田綜合生產(chǎn)分析分動(dòng)態(tài)信息,實(shí)現(xiàn)單井實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析、異常井分析、生產(chǎn)運(yùn)行分析、油氣藏區(qū)塊分析應(yīng)用。綜合分析物聯(lián)設(shè)備和動(dòng)設(shè)備自檢信息、生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)、廠家、環(huán)境、維修、鑒定、故障等數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，提供了設(shè)備健康度分析預(yù)警。6.3構(gòu)建了新型生產(chǎn)模式，優(yōu)化勞動(dòng)組織架構(gòu)

生產(chǎn)管理由現(xiàn)在的“定崗值守、定時(shí)巡檢”轉(zhuǎn)變?yōu)椤斑h(yuǎn)程監(jiān)控、無人值守、智能巡檢、統(tǒng)一調(diào)度”的新型生產(chǎn)模式，將生產(chǎn)人員后移，改善一線員工工