数字化转型网灯塔制造专题
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大庆油田生产管理指挥系统建设
大庆油田有限责任公司
【内容提要】
大庆油田生产管理指挥系统是大庆油田构建数智油田“大运行”管控体系的重要成果，基于统一的建设标准，整合大庆油田优质信息化资源，构建三级指挥体系，对公司、厂、作业区的三级生产数据标准化和集中化管理，促进不同层级、不同领域之间的生产管理信息流通与协作，消除信息壁垒，拓展全链条业务场景，变结果管理为过程管控，实现油气生产经营一体化运行、智能化管理和科学化决策。
【关键字】: 生产管理指挥、生产经营一体化、智能化管理、科学化决策
一、案例背景
为深入贯彻习近平总书记关于网络强国的重要思想，按照“数字油田、智能油田、智慧油田”三步走的发展蓝图，提高油田生产运行指挥的全面集中、统一监视和智能化管控水平，实现油田资源和服务的全面共享，适应油田振兴发展的需要，加速信息化与工业化深度融合，打造油田大脑，驱动管理创新，助力大庆油田高质量振兴发展，于2019年9月26日建成大庆油田智慧指挥中心，辅助管理者监测、控制、分析、优化及指挥油田生产过程，基本满足了公司级监管中枢运营指挥需求。
随着油田数字化转型、智能化发展快速推进，在2024年的信息工作会议上，提出了构建公司级、厂级和作业区级三级生产管控平台的战略指示，完成大庆油田生产管理指挥系统建设。旨在基于统一的建设标准，利用分级管理机制，对各级生产数据进行标准化和集中化管理，促进不同层级、不同领域之间的生产管理信息流通与协作，消除信息壁垒，提升油田生产精细化管理能力，以满足油气生产精细化管理、“大运行”管控体系和QHSE综合化管控的要求。
二、管理或业务方案
大庆油田生产管理指挥系统的建设遵循“让用的人来建、在用的过程中完善”原则，沿着“业务主导、集成融合、开放共享、试点先行、分期分级”的思路推进，通过信息与业务深度融合，致力于打造一个既实用又适用，既易于操作又可持续优化的集中式共享平台。具体的实施方案如下：
1.数据整合，驱动油田智能决策
搭建生产管理指挥系统项目数据库，包括与移动应用数据互通、社会资源数据获取、数据湖数据抽取。其他系统抽取数据在本地不进行保存，本地系统只保存新建业务数据和基础业务数据。基于数据湖，获取统建系统数据，如：A1、A2、A4、A5、A6、A7、A8、A11、A12、ERP、HSE等，还可获取到油田公司和各单位自建系统数据。将勘探开发数据、生产经营管理数据、二级单位专业数据、三级单位专业数据等各类原始数据进行转换、清洗，按业务维度生成各类数据库，为油气勘探、油气开发、工程技术、协同研究、油气运销、生产运行、安全环保、新能源、视频监控、预警报警、经营管理、数智党建、信息资源等业务模功能提供数据服务。
2.平台搭建，引领油田高效管理
大庆油田生产管理指挥系统平台搭建主要分三部分，分别为可视化综合展示平台（大屏端）、一体化生产指挥专业应用平台（PC端）和移动应用（移动端）。
（1）可视化综合展示平台
与“业务应用”紧密结合，以“实用性”为核心，深度、快速的挖掘数据价值，研究开发可视化综合展示平台，将业务体系内多源、异构的数据以图表化方式在大屏幕上展示出来，辅助油田公司各级领导层及其他相关人员监测、控制、分析、指挥及优化油田生产过程，满足三级运营指挥。该平台包含首页、油气勘探、油气开发、生产运行、工程技术、油气运销、安全环保、新能源、经营管理、信息资源、数智党建等业务种类。
（2）一体化生产指挥专业应用平台（PC端）
采用微服务架构，将现有系统功能分解到离散的服务中实现解耦，并提供更加灵活的服务，围绕10个业务领域来创建生产总况、油气勘探、油气开发、工程技术、协同研究、油气运销、生产运行、安全环保、新能源、视频监控、预警报警、经营管理、数智党建、信息资源共14个功能模块。
（3）移动应用
移动端以大庆油田移动办公及一体化应用平台为载体，进行移动端界面设计开发、接口调用、打包发布，为移动端提供统一的认证及接口服务。该平台共包含生产总况、油气勘探、油气开发、工程技术、协同研究、油气运销、生产运行、安全环保、新能源、预警报警、经营管理、信息资源等业务应用。
3.硬件升级，筑牢油田数智基础
完善硬件设施，包括4G VPDN设备、音视频系统、坐席终端等。
（1）4G VPDN升级
为保证前端数据回传质量、生产数据传输稳定，需要对网络链路中故障频发、功能不足的设备进行更换。更换双向边界防火墙，实现IPV6、5G业务的传输支撑；替换现有LNS服务器保障性能稳定；新增AAA认证服务器及许可，满足业务发展需要。
（2）音视频系统升级
为适应新的使用需求，需扩容音频接口，对功放、音箱等设备进行备份，更新升级分布式传输系统、三级平台大屏中控系统。
（3）坐席终端升级
应用云桌面技术升级改造现有坐席终端，实现集中管理、坐席协作、坐席预案、呼叫对讲、语音透传等功能，解决坐席之间的信息共享和信息处理的问题，实现与大屏系统、音视频系统的联动。
三、技术方案
1.软件方案
基于开源的Docker + K8S技术路线，采用开放式微服务、开发运维框架（软件开发流水线）等技术。采用分布式架构，实现系统的高可用性和可伸缩性。平台基于微服务架构，实现业务应用的灵活拓展，并通过在线Web和移动App等形式展示和应用，遵循松耦合、高内聚原则进行分层设计，共包括三层：数据层、服务层、应用层。业务逻辑层，将业务按照微服务的方式进行细分，每个服务都支持独立部署与发布，实现高内聚、低耦合，满足面向服务的体系结构设计。 数字化转型网www.szhzxw.cn
（1）数据层
数据层实现对数据源的采集与管理，包括结构化数据和非结构化数据，支持多种数据存储引擎，包括关系型数据库和非关系型数据库：大型数据库Oracle、小型数据库Mysql、中大型数据库SQL Server、文件数据库MongoDB等，支持的数据库版本齐全，可按需选择，并通过脚本、定时任务等机制，提供可靠的数据备份和恢复功能，确保数据的安全性。数据接入基于Socket机制，采用问答机制，对单条数据、批量数据均进行传输反馈应答；针对数据包的完整性进行crc算法校验，保证数据传输安全性、完整性及不可否认性。
（2）服务层
服务层主要采用微服务架构，由微服务框架、微服务组件池组成。微服务架构支持系统在可用性、安全性、适用和灵活性、可靠性、扩展性等方面要求。微服务框架：采用Spring Cloud等技术构建多语言、高效开发、高可靠、可扩展的微服务开发框架与运行环境。微服务治理框架包括服务注册、服务发现、服务网关、服务容器、服务日志、服务治理、服务监控、服务资源调度、负载均衡、消息服务功能，可以实现不同系统的服务注册、云化部署，支持不同模块后台采用不同技术开发。具有开放性、兼容性和可扩展性的特点。为业务用户提供统一应用入口，为应用开发者提供统一技术规范与开发环境，为平台管理者提供一体化运维功能，支持技术平台持续演进。微服务框架提供系统管理和监控工具，可以提供在线用户状态，系统负载情况，资源占用情况，后台事务队列、执行等情况信息，提供在线优化信息。微服务组件池：采用微服务组件池的形式支撑各业务目标，从而保证系统具有较强用户个性化定制能力、移植能力和后续开发能力，能够根据用户需求进行服务组件的集成与组合，从而实现功能组合及调整。
（3）应用层
应用基于B/S架构，支持主流浏览器访问：如chrome、firefox、360、ie11等。在线应用从职责上划分上将系统分为前端和后端，其中前端负责View和Controller层，专注于UI层、控制逻辑、渲染逻辑、交互、用户体验。后端负责Model层，业务处理/数据等。后端基于JAVA开发，专注于：数据格式、数据稳定、业务逻辑。Web前端应用为达到丰富美观的渲染效果和多种维度的数据视图支持，采用了当前流行的前端框架Bootstrap/Vue.js/ECharts作为基础，另外，为达到灵活定制图元开发的目的，还采用了Html5的Canvas进行DirectUI的部分实现；在同后端系统交互的方案中，系统采用Ajax同WebSocket相结合的通信方案。前端与后端完整分离，其主要优势如下：
1）后端开发互不影响，前端开发者完全不需要关心服务端用了什么技术，只需要一份接口说明文档即可。
2）前端可集中所有数据，在所有页面均可以访问到应用的数据，可避免重复请求获取相同数据；加载完页面后需要加载数据的时间，有时会有数据延迟或加载数据失败的情况。
3）约定好接口以后就可以专注于自己的那部分，可以前后端并行开发，效率也能得到提升，对质量和后期维护也是很大的提升。
4）手机App与PC端网站可以共用同一套接口。
2.硬件方案
（1）硬件升级
1）4Gvpdn升级
为解决油田部分偏远地区网络无法覆盖生产场所，以及为保障移动作业工程施工数据传输需求，2020年建设了4G VPDN虚拟专网项目，开通了与大庆电信、大庆联通、大庆移动的4G虚拟专网接入专线，实现了数据安全传输，解决了有线网络覆盖不到的地方可以将数据回传。
根据实际业务发展情况，预计未来两年内业务增长1倍左右，平台系统需稳定运行，不在受制于设备性能和权限容量。为了保证前端设备数据回传质量，生产数据传输稳定无遗失，需加固设备传输路径各设备节点稳定性。针对高故障率频发节点设备进行更换，针对边界防火墙业务功能不足问题进行设备更换。
三家运营商接入边界防火墙，由LNS路由器作为运营商隧道数据接入点完成数据传输路由转发，单台交换机为链路增加功能性设备提供接入点，AAA认证服务器为业务专网卡提供认证、IP地址分配和业务分组功能，安全审计系统和运维审计等信息安全设备为数据链路提供安全防护和日志存贮，防火墙对链路访问内网区域进行安全防护和策略保护。 数字化转型网www.szhzxw.cn
为了实现4Gvpdn项目平稳运行，且满足未来两年业务发展，通过更换双向边界防火墙实现IPV6、5G业务传输支撑；替换现有LNS路由器扩容至支持4万路业务并发，并保障性能稳定；购买2千路AAA认证服务器License，支持现有AAA认证服务器在稳定运行的前提下满足业务发展需要的授权数量；购买新的AAA认证服务器，为业务发展做准备，为新增AAA认证服务器购买2万路License。增加LNS路由器进行堆叠方式减少业务单路故障节点，并增加核心交换机通过堆叠方式减少业务单路故障节点，采用自动路由选择，完成边界防火墙故障自动Bypass功能，链路从LNS路由器开始双链路主备自切换方式保障业务传输稳定性，后续新增AAA认证服务器也可与原AAA认证服务器进行业务迁移，将新增AAA认证服务器作为主用业务服务器，原AAA认证服务器进行配置导入，作为业务备用服务器，采用自动路由甄选功能，提高耦合性保障业务传输稳定，单点或多点不同设备故障均不会对业务造成影响，完善单链路运行具备一定灾备能力。
2）音视频系统升级
根据实际业务运行，面临多元化的展示效果和逐渐增多的业务使用量，为保障生产管理指挥系统展示功能和入住岗位的业务需求，增加音视频稳定性和可塑性，需要对现有设备进行升级和改造。
随着使用需求不断的增加，音频接口数量已跟不上使用需求，需要对音频接口做适当的扩容。功放、音箱日益老化，虽能勉强使用，但仍须冗余备份。分布式传输系统已满负荷运转多年，光纤线路衰减严重，有些功能已经弱化，有些功能有待升级。整体大屏显示模式需要全面更新，中控系统需要随之更新并且重新编程，从而适应新的使用需求。在视频会议频繁使用的过程中，需要给系统留有冗余备份，当出现意外情况的时候有相应的应急预案。 数字化转型网www.szhzxw.cn
通过对以上问题的分析，建设对目前系统进行改造升级，以提升整体会议体验感，同时也代表了大庆油田整体信息化建设的高水平。对音频系统进行升级改造，扩容音频接口，备份扩音设备，已保障生产管理指挥系统日常稳定运行。通过对分布式系统的升级，对系统功能进行优化，去除不必要的部分，升级传输薄弱的部分。对集中控系统进行改造，使会议操作人员更加便捷、更加稳定的进行会议操作，优化各种显示模式，提升会议系统的稳定性及易操作性。
3）坐席终端升级
应用云桌面技术对现有坐席终端升级改造，建设分布式协同坐席。实现集中管理、坐席协作、坐席预案、呼叫对讲、语音透传等功能，实现快速便捷地解决坐席之间的信息共享和信息处理的问题。
坐席功能需求包括云桌面资源、集中管理、坐席协作、坐席预案、呼叫对讲、语音透传等功能。
云桌面资源：提供终端一体化管理平台，能够统一管理接入终端，实现终端升级、补丁分发、终端监控、策略控制等功能。
集中管理：实现人机分离、一人多机、鼠标滑屏、快捷键。
坐席协作：坐席间推送抓取，坐席与大屏推送互动。
坐席预案：坐席布局保存为预案，可一键调用坐席预案或单屏预案。
呼叫对讲：坐席用户点对点实时语音对讲，通讯录一键拨号呼叫。
语音透传：坐席节点MIC声音支持反向穿透至信号源电脑主机中。
不同岗位的坐席负责不同的业务，有事需要协同处理一些业务信息，或者业务之间属性本身就存在关联性。PC终端还需要与大屏系统、音视频系统联动。目前现有的60台坐席由于已常年与断电运行5年时间，设备故障频发，老旧严重。同时，需要加强与大屏系统、音视频系统联动，增加集中管理、坐席协作、坐席预案、呼叫对讲、语音透传等功能。
本项目应用云桌面技术，云桌面用户无需购买电脑主机，主机中的CPU、内存、硬盘等组件全部在云端集成，使用瘦客户机访问云端资源，键鼠、显示器与瘦客户机连接，达到与电脑一致的体验效果。比较传统PC电脑的数据离散、信息安全防护薄弱、软件与数据独享等应用壁垒，云桌面凭借着多终端接入、多协议解析、桌面集中管理、资源动态调控、数据统一防护、绿色节能环保等多种优势，会给桌面办公带来更开放、更安全、更稳定、更便捷的用户体验。
通过终端一体化管理平台，统一管理接入终端，实现终端升级、补丁分发、终端监控、策略控制等功能；提供图形化Linux操作系统，支持Citrix、RDP、HDP等主流云桌面连接协议；提供系统配置权限分级，并为系统配置提供密码保护。如对USB外接设备配置无需安全密码验证，而对云服务地址配置、网络配置等修改则需要安全密码验证。安全密码支持更改；提供本地配置网络检测工具，当桌面连接不上时，可检测网络情况，快速定位故障；提供终端配置的模板的提取和分发功能，实现批量配置。
（2）部署方案
本项目的部署方案依托于自建硬件资源，进行本地部署。 数字化转型网www.szhzxw.cn
平台主要功能将依托于自建服务器资源进行部署，满足用户通过集群、个人PC等终端进行业务访问及应用，充分支撑各级生产管理指挥大屏幕展示。在企业网DMZ区部署视频流推送、数据交换服务，实现视频流转发，数据同步等功能，保障内外网用户的使用需求。在企业网部署web应用服务器和数据库服务器，采用分布式部署方式，确保数据安全和完整，满足不同用户的访问。在生产网DMZ区部署A11告警信息转发服务，对接生产告警信息。对服务器中的数据进行实时备份。在异常情况发生时，可以在最短的时间内对服务器进行恢复。按照集团公司发布的《移动应用网络安全细则》，移动端的部署纳入到一体化平台建设中，避免数据外网传输存在的风险 数字化转型网www.szhzxw.cn
四、项目实施关键里程碑
大庆油田生产管理指挥系统自项目立项以来，已完成了平台主体功能的开发工作，目前平台已稳定运行，应用效果良好。主要的里程碑事件如下：
（1）2023年8月，完成前期调研、概要设计、详细设计工作。
（2）2023年11月，完成平台开发、测试、部署工作。
（3）2023年12月，开展采油一厂、采油四厂试点应用及持续优化工作。
（4）2024年4月，平台上线试运行。
（5）2024年6月，开展大庆油田各机关部室以及各采油厂及作业区推广工作。
（6）2024年9月，平台正式上线运行。 数字化转型网www.szhzxw.cn
五、成果和效益
依托统一的建设标准，大庆油田生产管理指挥系统建设通过大屏端、PC端和移动端的全面部署，整合各业务领域的信息资源，打造多元的三级管控及数据展示平台，实现对各单位生产的监测、控制、分析、优化，以更加精细和动态的方式管理各级生产和服务流程，构建一套业务驱动数据价值提升，数据反哺业务决策优化的生产管理指挥智能化体系。生产管理指挥系统作为三级管控的支撑，紧密衔接公司级管控、厂级管控和作业区级管控，实现数据互通共享，强化数据洞察能力。业务协同联动，深度发挥一体化协同优势，实现生产管理的智能化、协同化和高效化，构筑统一认证、数据贯穿、业务协同、全域感知的智能化油气生产管理分级管控体系。
1.直接效益分析
（1）统一建设、集成共享，节省软件开发成本
大庆油田生产管理指挥系统建设按照不同管理层级，业务体系自上而下进行贯通，用户延伸到基层，满足油田主要业务领域的管理需求。对软件平台进行顶层设计，充分考虑各业务领域的实际需求，进行统一集中建设，避免软件重复开发。本项目采用数据整合的模式，对已建功能利用系统集成的方式进行功能的一体化集成，不仅提高了整体的开发速度，同时减少了重复的工作量。而且分散式部署模式也减少了项目服务器的压力。项目共集成了40多个已建系统。因各个系统涉及到的开发技术、模式、框架都不尽相同，因此无法给出具体的数值，保守估计至少节约开发成本2000万元。
（2）业务扩充，避免重复建设
本项目以融合共享的思路，在现有指挥中心的基础上扩充油气勘探、油气开发、安全环保、新能源、页岩油、经营管理6大业务领域，避免了重复建设，按照每一个生产管理指挥单元建设成本4000万（软硬件）来计算的话，至少节省重复建设费用2.4个亿。 数字化转型网www.szhzxw.cn
（3）科学指挥调度，保障原油生产
大庆油田内年汛期影响5275口油井，日产量为3133吨，依据系统防汛综合调度，保证了防汛工作的科学有效组织快速恢复，每年减少原油损失约6000吨；集成油田安保调度指挥平台，形成油田统一指挥体系，有效打击各类涉油案件，每年预期可以减少盗窃原油4000吨。系统贡献率按照15%计算，实现经济保产约500万元。合计三部分的节约成为作为收入，可以节约成本2.65亿元。此项目运营期为10年，平均每年收入为2650万元。
2.间接效益分析
通过本项目建设，实现科学整合各方面应急管理资源，对现有各类应急资源的统一科学调配，优化配置，实现最大化能效；可全面提升应急响应和应急处理能力，对于建立和健全分公司统一指挥、功能完善、反映灵敏、协调有序、运转高效的应急机制，预防和应对突发事件，减少突发事件造成的损失，具有重要意义。
（1）可视救援指挥智能辅助救援，打造大庆油田救援示范效益
打造可视应急指挥、智能辅助救援，以跨区域协调组织、统筹救援指挥为核心，持续提高统一指挥、科学调度的核心保障能力。 数字化转型网www.szhzxw.cn
（2）智能预警、扁平指挥、快速处置，有效降低突发风险危害
通过信息化、智能化手段，构建快捷调度区域集成的应急指挥平台，实现应急救援实时感知、智能预警、扁平指挥、快速处置，有效降低突发风险危害，提升应急救援效能。 数字化转型网www.szhzxw.cn
（3）纵向贯穿前后方协同，打造科学、高效、安全救援
建立覆盖两级，上下贯通的信息化支撑平台，基于智能化、信息化支撑的应急处置新模式，实现现场与后方指挥的高效互通互联，打造科学、高效、安全救援，为公司保驾护航。
六、迭代或后续优化措施
自2024年4月系统上线试运行以来，围绕平台功能侧易用性、实用性的优化与改进，开展与大庆油田各机关部室主要领导、各机关部室业务人员、指挥中心入驻人员、各二级单位主要领导和机关部室业务人员、各作业区主要领导和机关部室业务人员等技术交流上百余次，严格执行“业务主导，集成融合，开放共享、分期分级”的建设原则，先后优化扩充系统各功能模块三百余个（油气勘探、油气开发、安全环保、新能源、页岩油、经营管理等），已经形成了涵盖需求、设计、开发、测试、迭代的平台功能优化模式。后续，系统将继续沿着“业务主导、集成融合、开放共享、分期分级”的思路推进，通过信息与业务深度融合，致力于打造一个既实用又适用，既易于操作又可持续优化的集中式共享平台。继续围绕生产管理指挥系统的智能化协同、智能化分析、智能化决策、智能化查询等方面开展进一步的迭代提升工作。
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数字化转型网灯塔智造专题
数字化转型网灯塔智造专题活动将涵盖灯塔工厂、黑灯工厂、未来工厂、智能工厂等，从设计规划到落地实践的全流程。并融合人工智能、数字化转型、智能制造、机器人与自动化等技术与理念，帮助中国制造业企业打通客户订单到生产的全流程，实现世界一流灯塔标杆。数字化转型网灯塔智造专题活动包含以下内容：
1、灯塔智造外脑支持：通过平台外脑的力量，让决策者拥有更多的聘请超过100位的智能制造专家、超过1000家的智能制造软硬件技术公司、超过10000份学习资料，为企业提供强大的智造外脑支持，助力企业打造智能工厂、灯塔工厂。 数字化转型网www.szhzxw.cn
2、灯塔智造研习社：与制造业顶尖精英一起学习！数字化转型网建立了一个专门讨论智能制造、灯塔工厂等相关技术的研究学习社区，与各位同学一起成长！
3、灯塔智造论坛：智能浪潮！引领未来！数字化转型网打造的智造论坛，旨在通过高端对话推动行业树立正确理念，减少行业噪音，正本清源，助力行业发展！
4、灯塔工厂参观研学：目前灯塔工厂全球已有153家，目前中国已有62家，数字化转型网计划组织灯塔研习社的同学们先后参观国内的施耐德、海尔、博世、美的、三一重工、宁德时代、联合利华、宝洁、青岛啤酒等等，以及赴国外参观全球的灯塔工厂。
5、灯塔标杆案例研学：除了灯塔工厂外，数字化转型网仍然关注驱动整个制造业数字化转型、制造业智能制造、数字创新技术，我们将以不积跬步无以至千里的精神，关注每一个在细微处取得伟大成绩的“灯塔标杆”案例，组织灯塔研习社社员学习行业标杆！
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