（工商管理专业论文）基于维模型的电厂生命期数据管理.pdf

北方交通大学硕士学位论文 摘要 ， ( 电厂生命期是电厂从规划、设计、施工、建造、安装、调试、 运行、维护，直到最终退役、拆除的整个过程。电厂在其生命期内 各阶段都会产生大量数据，这些数据并不是孤立地产生，它们之间 有着十分密切的联系，一部分数据在各阶段内保持一致，另一部分 数据随着时间的推移而发生改变，无论哪部分数据，都存在着先后 数据的继承问题。现有电厂的数据管理中，各阶段之间普遍存在着 数据截流、数据冗余和数据利用率低的现象，特别是从规划设计到 工程建设、从工程建设到运行维护之间都存在着十分严重的数据截 流现象，致使大量信息资源流失，管理系统也没有得到充分利用。 究其原因，除受到管理体制方面的影响外，主要是没有从电厂整个 生命期的要求来对这些数据和信息进行分析和规划，仅从局部和某 个阶段对数据进行管理很难彻底解决上述问题。 本文首次对国内电厂生命期数据管理的现状进行了较为全面分 析，提出了建立以电厂标识系统为基础的多维数据结构以适应电厂 各阶段数据构模，经过对电厂生命期中各主要阶段的数据和信息进行 的分析，说明了规划设计阶段数据迁移的过程，并给出了以数据仓库 为基础的电厂信息管理系统新架构。本文还结合工作中应用的实际情 况，从管理和技术等多个方面探讨了如何在我国开展电厂生命期数据 管理工作，以解决电厂在各阶段工作之间存在的数据截流和数据冗余 等问题，实现降低工程造价、提高设备和资产利用率，为电力有计划 向市场过渡创造条件。 关键词电厂生命期、标识系统、维模型、数据仓库 摘要 t h ep o w e rp l a n t l i f e c y c l e d a t a m a n a g e m e n t b a s e do nd i m e n s i o n a l m o d e l i n g a b s t r a c tp o w e rp l a n tl i f e c y c l ei st h ep e r i o df r o mp l a n n i n g ，d e s i g n ， e n g i n e e r i n g ，c o n s t r u c t i o n ，i n s t a l l a t i o n ，c o n f i g u r a t i o n ，o p e r a t i o n s ，m a i n t e n a n c et od e c o m m i s s i o n i n ga n du l t i m a t e l yd e m o l i t i o n t h e r ei sal o to fd a t a p r o d u c e dd u r i n gt h es e c t i o n s t h e ya r er e l a t i o n a lw i t he a c ho t h e r ，b u tn o t p r o d u c e di n d e p e n d e n t l y a na p a r to ft h e mi ss a m ew i t h i nd i f f e r e n t s e c t i o n sa n da n o t h e ra r e c h a n g e d t h e r ea r e p r o b l e m s o ft h ed a t a i n h e r i t e df r o me a r l i e rs e c t i o ni nt h et w oc a s e s i nt h em o s tp o w e rp l a n t s n o w ，t h e r ea r eal o to fd a t ah e l db a c kf r o mt h ee a r l i e rs e c t i o n ，a n dal o to f r e d u n d a n c yd a t a ，a n dl o we f f i c i e n c yi nt h eu s eo f d a t a e s p e c i a l l yf r o m t h e d e s i g n t o e n g i n e e r i n g a n d c o n s t r u c t i o n ，l a t e r t o o p e r a t i o n s a n d m a i n t e n a n c e , t h e r ea r ev e r ym u c hd a t ah e l db a c ka n dl o s t ，s om a n y m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m sa r eu s e dw i t hl i m i t a t i o n t h em a i n r e a s o ni st h ea b s e n c eo f a n a l y s i sa n dp l a n n i n gt h e ma c c o r d i n gt op o w e r p l a n tl i f e c y c l ed e m a n d ，e x c e p tt om a n a g e m e n ts y s t e mc a u s e ，w h i c h w o u l dn o tb es o l v e di no n l yo n es e c t i o ni nt h ep e r i o d t h i sp a p e ri n t r o d u c e sm ya n a l y s i so nd a t aa c c o r d i n gt ot h ep o w e r p l a n tl i f e c y c l ed e m a n d ，a n dt h e np r o p o s e st ob u i l du pt h ed a t as t r u c t u r e r e l a t e dw i t hd i m e n s i o n sf o re v e r ye n t i t y - r e l a t i o n s h i pi ns e c t i o n so ft h e p e r i o d ，w h i c hi sr e l a t e db yt h ek e yo nt h ei d e n t i f i c a t i o ns y s t e mf o rp o w e r p l a n t b a s e do nt h e s e ，t h es o l u t i o no f t h ed a t ai n h e r i t e da n dr e d u n d a n c yi s d i s c u s s e db yd a t aw a r e h o u s et o o l s k e y w o r d s p o w e rp l a n t l i f e c y c l e i d e n t i f i c a t i o ns y s t e m d a t aw a r e h o u s e d i m e n s i o n a l m o d e l i n g 北方交通大学硕士学位论文 主要词汇对照表 业务维数据( b u s i n e s sd i m e n s i o n sd a t a ) 业务事实( b u s i h e s sf a c t ) 分布式控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ) 维表( d i m e n s i o n a lt a b l e ) 维模型( d i m e n s i o n a lm o d e l ) 数据仓库( d a t aw a r e h q u s e ) 描述性值( d e s c r i p t i v ev a l u e s ) 标识系统( i d e n t i f i c a t i o ns y s t e m ) 生命期( l i f e c y c l e ) 生命期信息管理( l i f ec y c l ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，l c i m ) 多维数据( m u l t i d i m e n s i o n a ld a t a ) 联机事务处理( o n - l i n et r a n s a c t i o np r o c e s s i n g ，o l t p ) 联机查询处理( o n - l i n eq u e r yp r o c e s s i n g ，o l q p ) 联机分析处理( o n l i n ea n a l y s i sp r o c e s s i n g ，o l a p ) 工厂生命期数据管理( p l a n tl i f e c y c l ed a t am a n a g e m e n t ，p l d m ) 定量值( q u a n t i t a t i v ev a l u e s ) 随时间变化( t i m e v a r i a n t ) v 北方交通大学硕士学位论文 1 、引言 生命( l i f e ) 一词有许多解释，但多用于对生物体的描述，而生 命从孕育、诞生、成长直至衰老、消亡，这一生命全过程( 即生命 周期) 还可以用来描述客观世界许多事物的发展规律。电厂生命期是 电厂产生、存在和消亡的过程，从工作内容来说，是电厂从规划、设 计、施工、建造、安装、调试、运行、维护，直到最终退役、拆除的 整个过程。 现有企业信息系统建设大多集中在企业正常经营时的信息管理 工作，对于管理信息系统而言，则大多集中在日常办公事务和管理 等信息的加工和处理方面，没有从企业的整个生命过程出发去考虑 信息的管理问题。对于规模较小、生产设备少的企业在投入运行前 所产生的数据和信息较少，并且容易采集和补充，因此，可以在企 业正常经营后建立信息系统，并补齐筹建时的数据和信息。对于规 模较大的企业( 譬如：火力发电厂) ，筹建时间很长，如一个装机 容量为2 x 3 0 0 w m 的火力发电厂，从规划设计开始到整个项目竣工， 大约需要3 年多的时间。在这一阶段所产生的数据和信息非常复杂， 有文字、有图形、有三维模型，有电子介质、有纸介质，还有大量 需要人工去收集的事实和记录。而这些数据和信息都是作为电厂的 历史资料对今后电厂的运行起着重要的作用。通过多年从事电力行 业的计算机应用和管理工作，我们了解到，将信息系统的建设局限 在项目完成后的生产运行阶段，就会忽视掉很重要的一点：即生产 阶段依据的大量信息来自于工程设计和建设阶段，如果不在工程建 设一开始就注重信息的积累并变成电厂的历史信息，在工程竣工后， 信息将会大量丢失，尤其事过境迁，人事变更等因素造成信息的整 理非常困难。因此，有必要从生命周期的整个过程来对电厂的数据 进行管理。 电厂在其生命期内各阶段都会产生大量数据，这些数据并不是 孤立地产生，它们之间有着十分密切的联系，一部分数据在各阶段内 保持致，另一部分数据随着时间的推移而发生改变，无论哪部分数 据，都存在着先后数据的继承问题。在现有电厂的数据管理中，各阶 段之间普遍存在着数据截流、数据冗余和数据利用率低的现象，特别 是从规划设计到工程建设、从工程建设到运行维护之间都存在着十分 严重的数据截流现象，致使大量信息资源流失，信息系统也没有得到 充分利用。要使电厂能够在生命期内发挥其最大效益除了管理体制 方面需要改进外，更重要的一方面是如何保存和管理好生命期内有 用数据和信息，并能够加以充分利用，为电厂的管理和决策服务。 在这方面，生物的生长过程能够给我们很好的启示，地球上的生物 体经过千百万年甚至数亿年的不断进化，它们在保存信息方面有着 独到之处，不论是用d n a 来保存的遗传数据，还是用大脑来保存的 信息和知识，都充分反映了信息在促进生物体进化、发展所起的重 要作用。社会的进步也是如此，信息化进程和知识经济发展快的国 家在收集、管理和使用信息上所取得的效益是巨大的。因此，对电 厂生命期的数据进行分析研究，解决各阶段之间的数据截流和数据 冗余问题，对于提高电厂的信息化水平，使其发挥最大效益都有着 重要意义。按照德国s i e m e n s 公司对电厂进行信息化前后的对比数 据：电厂通过信息技术的应用，可降低设备维护费用l o ，提高 发电效率3 ，减少运行人员2 0 ，所取得的效益远远大于电厂对信 息技术的投入。1 9 9 8 年3 月在英国伯明翰召开了l i f e c y d e 9 8 国际会 议，对工厂生命期数据管理所产生的效益进行了分析和评估，指出： 通过利用覆盖工厂整个生命期的数据资源可以节省企业整个投资 1 0 ( s o u r c e sn o r s o k ，p o s c ) 。1 9 9 9 年在美国休斯敦召开d a r a t e c h 9 9 国际大会也有类似的估计，并指出：基于一个开放式的、覆盖工厂 生命期、面向数据驱动的工程建设构架可以提高效率5 0 ，并减少3 0 的投资费用。因此，生命期数据管理已经成为今后大型工程建设管理 和企业生产运行管理相结合的有效途径。 要实现工厂生命期数据管理，首先要解决的是认识和管理方面 北方交通大学硕士学位论文 的问题。从国外的发展来看，实现工厂生命期数据管理可以有很多 的技术途径去实现，但无论哪一种途径，都需要在基础管理方面下 功夫，这里有标准化方面的管理要求、有工作流程方面的管理要求、 有质量方面的管理要求、有项目管理方面的管理要求，当然还有信 息方面的管理要求。本文所论述的内容涉及了多个方面，但主要还 是讨论信息管理方面的内容。尽管具体技术实现有着多种途径，例 如：有些系统使用分布式数据库、关键指标查询和决策支持系统来 实现；有些系统使用数据仓库的技术去实现。本文在讨论具体问题 时，则侧重于研究某项实现技术和方法。 由于工厂生命期对于不同行业或规模不同的企业有着不同的时 间和阶段划分，但对于主要工作阶段来讲，都可以划分为工程设计、 工程建设、生产运行等阶段。为了能够说明问题，本文主要针对火 力发电厂的情况进行讨论，其他类型的电厂和一些流程性工厂( 如： 化工厂、炼油厂、炼钢厂等) 也都有着类似情况，在此不一一列举。 电厂信息系统的发展与现状 2 、电厂信息系统的发展与现状 利用计算机技术对电厂的信息进行管理出现在6 0 年代末期，主 要是用户自行开发的系统，没有形成商品软件。到了8 0 年代，一些 系统软件公司开发出了基于主机和字符终端下的电厂信息管理系 统。由于当时计算机设备昂贵，系统运行效率低，加之使用字符终 端所显示的内容受到限制，因而没有形成规模。进入9 0 年代，由于 计算机技术的高速发展，以图形为用户界面、网络和数据库为支撑 的电厂信息管理系统不断出现，并逐步在电厂中推广应用，提高了 电厂的运行和管理水平。另一方面，随着计算机技术在电厂控制系 统中的广泛应用，过去电厂各控制系统分散孤立的局面逐渐被全厂 统一的计算机网络所取代，从而与管理信息系统( m i s ) 在计算机平 台上实现了对接，形成了由底层实时信息和操作记录、管理层业务 信息、决策层支持信息等一套完成的电厂信息技术( i t ) 整体解决 方案。 信息技术在电厂的应用划分为三个层次“3 ：如图2 1 所示 事务处理和运行操作层：对应于电厂的各种业务处理和运行操 作，是信息系统基础数据的采集、维护层，也是信息系统的基础。 数据主要来自两方面，实时信息取自各运行和控制系统，电厂投入运 行后开始积累；非实时信息取自各种事务处理系统和办公系统，电厂 开始建设时就开始积累。 管理支持层：对各种业务采集的基础数据进行综合加工，生成 各方面管理需要的信息，是帮助企业获得最优配置使系统产生效益 的关键。 决策支持层：通过对各种管理信息中关键指标的挖掘和分析生 成宏观决策的支持信息，为企业的决策服务。 北方交通大学硕士学位论文 图2 1 电厂信息技术应用的三个层次 由上所述，可以看出信息技术的应用有其自身的特殊要求。首 先，电厂信息系统要有大量而全面的信息为基础，因而需要从电厂 的整个发展过程( 即整个生命期) 去规划和考虑，只有这样才能达 到事半功倍的效果。另一方面，i t 技术建立在数据共享的基础之上， 特别强调数据的集成性和一致性，应着力避免多个信息孤岛的存在， 减少数据冗余。正因为如此，发达国家在信息技术应用的过程中都 特别强调以数据库为核心，以网络为支撑。以数据库为核心就是要 从全面的、全过程的要求去规划数据，而不是建立一个个信息孤岛。 以网络为支撑就是要把全厂各种业务处理和运行操作的终端连接到 计算机网络中来，只有这样才能够准确、及时地把基础数据采集上 来。从国内信息技术的应用现状来看，恰恰在这两方面与国外还有 很大差距。 2 1 、国外电厂信息技术发展趋势 近几年国外电厂信息技术的应用发展很快，主要集中在过程控 制管理领域( p c m ) 和企业资源计划( e r p ) 领域。之所以集中在 这两个方面是因为这样的系统能够给企业带来好的效益、增强企业 电厂信息系统的发展与现状 在市场上的竞争力。随着p c m 和e r p 应用的不断深入、使用范围 不断扩大，对数据、信息的要求也更为详细和准确，而这些数据和 信息有很多是在工程设计及工程建设过程中产生的，因此，工厂生 命期数据管理已成为近几年国际工程管理界研究的热门话题。美国 行业分析公司d a r a t e c h ( w w w d a r a t e c hc o r n ) 为此专门开辟了专栏 和网站( w w wd a r a t e c h p l a n tc o r n ) 报道追踪这方面的发展动向。 今年1 月2 9 日至3 1 日，在美国体斯敦召开的“d a r a t e c h p l a n t 2 0 0 1 工厂生命期战略工作会议”上，众多企业和公司的总裁或首席执行 官都在此次会议上发言，阐述在目前新经济社会条件下企业管理与 工厂生命期战略工作之间的关系，以及进行工厂生命期数据管理的 重要性。d a r a t e c h 公司总裁兼首席执行官c h a r l e sf o u n d y l l e r 发表 了题为： “w i n n i n gi ts t r a t e g i e sf o rt o d a y sp r o c e s sa n dp o w e r i n d u s t r i e s ”的演说，分析了近几年由于环境和市场竞争的压力石化和 电力工业所面临的挑战，进而说明企业成功的信息技术发展策略不仅 是做好工厂投产后的信息技术工作，更重要的是对工厂的整个生命期 的数据和信息进行管理，应特别注意工程设计和工程建设阶段的数据 管理工作。会议上还有许多专家和学者发言，就工厂生命期数据管理 中的很多技术问题进行了有益的研讨和交流。 要实现工厂生命期数据管理需要大量成熟应用软件的支持，对于 电厂需要能够满足管理实时数据的相关控制优化软件和能够满足管理 非实时数据的设备及企业资源管理软件。在过程控制和实时数据的管 理方面，国外大部分d c s 供货商都开发了一些燃煤电厂优化管理软 件，其中功能较完善并有较多应用的软件包有：德国s i e m e n s 公司 的s i e n e r g y 系统、美国b a i l e y 公司的p e r f o r m e r 系统及瑞士a b b 公 司的o p t i m a x 系统等。这些软件可按全部软件包一起提供，也可按 不同需要分模块供应，并在国外近几年投产的大型火电厂中均有不 问程度的应用。在企业资源计划和设备管理方面的软件开发商有很 多，在电厂管理中常见的商品化软件有：德国s i e m e n s 公司的b f s + + 6 北方交通大学硕士学位论文 系统、s a p 公司的m y s a pc o m 系统、美国p s d i 公司的m a x i m o 、 w a l k e r 公司的l m m p o w e r 和a p t o s 系统、瑞典i f s 公司的e a m 生 命期管理解决方案等，这些软件都有较好的应用业绩，并在企业管 理中发挥了重要作用，以下简要介绍一下具有代表性的技术方案。 ( 1 ) 对过程控制进行优化的s i e n e r g y 软件包 s i e n e r g y 软件是集电厂运行和管理为一体的优化软件包。它是 以在机组运行和管理过程中降低成本为核心，从燃料、设备运行费 用、机组效率及主要部件寿命损耗等多个角度出发，进行综合优化 管理。该软件包括机组实时优化控制、系统优化管理以及同其它软 件接口模块，覆盖的功能比较全面。 ( 2 ) 对过程管理进行优化的p e r f o r m e r 软件包 p e r f o r m a e r 是一个综合的优化管理软件包，可根据电厂每个设 备、子系统运行情况和电网需求指令，协调指挥整个单元机组或全 厂工艺系统运行在最佳效率点，并对整个电厂负荷分配进行实时优 化、短期优化及中期负荷优化预测。使运行成本和上网电价最低， 达到最好的经济效益。 ( 3 ) 基于专家系统的优化管理软件o p t i m d x o p t i m a x 是在线的电厂效率计算优化软件包。o p t i m a x 是 o p t i m u m 和m a x i m u m 的缩写，即最大限度地优化电厂操作过程，实 质是以成本为核心，将机组或整个电厂置于最优状态下运行。该系 统具有专用于电厂的知识库，而且知识库中还包括了故障树，显示 不同干扰间的相互影响关系；它通过逻辑运算对电厂中重要设备或 系统的状态进行评估，将过程参数与数学参考模型进行比较，给出 偏差并分析原因，检测故障，同时提出纠正措施。通过状态监视和 诊断，在故障早期就可为运行和管理人员提供有关故障信息，避免 重大事故发生。同时，电厂工程师还可根据运行中得到的最新经验， 更新和修改专家系统的知识库，保证专家能跟踪电厂的发展变化和 用户的新要求。 7 电厂信息系统的发展与现状 ( 4 ) b f s + + 电厂管理信息系统 b f s + + 是电厂生产和技术信息管理软件，它主要涉及实时信息 监控、设备管理、检修维护、材料备品备件管理、技术资料管理等 为主要内容的管理模块，与过程控制和财务管理软件系统留有接口， 以便于进行发电机组实时信息加工处理及财务的成本核算和控制。 另外b f s + + 还包括两个支撑软件系统，即基本系统和电厂数据库系 统。基本系统包括初始化管理，授权管理和维护管理三个部分；电 厂数据库系统是建立在k k s 编码基础上的数据库系统，是一个强有 力的电厂设备数据管理工具。用户采用标准的规则、用结构化数据 的形式来描述整个电厂的所有设备及备件数据项，并进行维护。数 据库系统是其他模块统一的数据基础，该模块与其他模块之间实现 的无缝连接可以使所有其它b f s + + 功能模块的用户方便地调用相关 数据。 ( 5 ) 1 f s 企业资产管理系统 i f s 软件可以对企业的各种资产进行有效管理，通过节约和提高 效率来使电厂获得更高的利润。i f s 的成本核算模块用于计算这些 改进方法的潜在价值，通过分析成本与收入，把改进的潜在价值转 换为更高的资产回报( r o a ) 和更低的资产成本。构成计算基础的 因素包括：计算机辅助设计工具及信息传送到建造及生产与运营的 价值；通过提高质量和项目收尾及运行阶段的安全运营，来提高生 产力创造的价值；在新的投资之后，保证跟进的价值等。建立信息 系统的目的是将需要的信息在恰当的时间内交付给合适的人。i f s 系 统可为企业的各个阶段、各阶层生产运行和管理提供所需要的一切 信息。这是因为所有的分系统都能访问同样的信息，并可根据用户 的需要创建运行规则。 ( 6 ) w a l k e r 基于知识的企业资产管理系统 w a l k e r 公司开发的企业资产管理系统包括设备管理和财务管理 两大部分内容，从而可以对企业进行较全面的资产管理。系统在提 北方交通大学硕士学位论文 供以知识为基础的企业资产管理的前提下，可以把最新的资产、材 料和成本管理与强有力的分析方法结合起来，提供访问成本日志的 能力，该日志是所有成本及与设备位置、类型或零件有关的历史的 集中仓库。成本日志是该系统内部一个最大的鉴别系统，日志允许 保留设备从一个位置移动到另一个位置的历史记录。该系统的知识 挖掘部分还嵌入了多维分析工具，为管理决策提供了依据。 在上述应用效果较好的商品化软件基础之上，国外许多工程公 司、电力公司和制造商都在围绕着电厂生命期的信息管理开展了大 量研究工作。例如：德国汉堡电力公司与s i a m e n s 及s a p 公司合作 开展的电厂i t 整体解决方案，涉及了多个软件产品及各阶段数据的 规划和集成，基本实现了电厂信息的全过程管理覆盖了电厂的整个 生命期，其效果在德国乃至欧洲都有一定的影响。在那里，信息是 作为企业资产很重要的一部分来加以考虑，不仅在企业管理方面， 即便是在资产评估时这部分资产也在计算之列。而从整个社会来说， 这些积累的信息发挥了更大的作用，特别是那些与设备状态检修相 关的生命期数据的利用显得很重要。一个大型设备的检修决策不单 是依据各种检测信号，更多的是依据设备在其生命期内各阶段的相 关信息和经验，而这些没有一个规划好的数据以及有效的管理手段 是没办法做到的。因此，这些与生命期相关的数据不但使企业很重 要的资源在企业的生命周期内发挥着重要作用，而且也是社会资产 的一部分，当一个企业的生命周期完结后，其数据信息对于其它企 业同样具有参考、借鉴和利用价值。 2 2 、我国电厂信息技术应用现状 与近几年国外电厂信息技术的快速发展相比，我国在这方面的 应用还十分落后。其原因是多方面的，但其中一个主要原因是长期 以来在电力系统中一直把电厂m i s 作为不成熟技术，从而在应用的 普及和提高等方面受到了很大影响。除了上述体制上的原因，在信 电厂信息系统的发展与现状 息技术的发展思路和技术方法等方面也存在着一定的差距，主要有 以下几个方面： ( 1 ) 系统目标不明确，缺少对信息的规划 长期以来，在电厂建立信息系统往往是按照上级机关的要求来 做( 如：竣工验收、创一流、实用化验收等) ，忽视了信息系统对 提高企业效益所发挥的作用，从而影响了使用效果。在建设过程中， 大多只注重形式，看系统完成了那些功能，而没有从数据和信息的 规划上做更深入的研究，全厂的信息系统规划应该是全方位的、覆 盖电厂的整个生命期。 ( 2 ) 系统划分不合理，存在着信息孤岛 国内大多数电厂在建立各系统时，往往根据专业的划分或根据 职能的划分来确定系统的划分，并且都按照各自的编码系统带有自 己的数据库，有些甚至还有着自己的网络。因此，使得电厂的信息 系统变得非常零乱，信息没有办法共享，大量的冗余信息造成了很 多信息不一致，从而影响了对信息的进一步挖掘和利用。 ( 3 ) 软件商品化程度低，水平有待提高 目前，国内现有的电厂信息系统主要是两类。一类是软件开发 商根据电厂的需求，通过面向开发的总体设计，针对电厂现有工作 流程开发的软件系统。这种系统对电厂的适应性很好，但由于需求 分析基本上是按照以前人工处理的模式和流程提出的，更接近于代 替手工劳动的一种自动化系统，因此，对于提高企业的管理水平效 果不明显，而且，由于软件是新开发的10 版，存在问题较多运行不 稳定。另一类是软件开发商在做了多个电厂m i s 的基础上开发出的 一些商品化软件，比前一类软件运行起来较为稳定，但从商品化程 度来看还有一定差距。 ( 4 ) 盲目引进软件，造成软件的堆积 近两年，随着国外设备的引进，有些电厂就像引进设备那样来 引进软件，没有对整个电厂的信息系统进行规划，忽视了数据对于 1 0 北方交通大学硕士学位论文 系统的基础作用。由于社会上缺乏生命期相关数据和信息，结果使 引进的软件不能发挥应有的作用。另一方面，由于没有系统的规划 造成了许多软件功能的重复，引起数据冗余造成浪费。 ( 5 ) 设计阶段缺少统一的编码 信息系统是以数据为基础建立起来的，而电厂的数据和信息从 电厂规划设计阶段就开始产生大量的数据。而由于设计阶段没有对 管理对象进行标识和编码( 如：电厂的设备、材料等资源) ，使许 多信息没有办法进行收集，甚至还会产生一些不一致的内容，为今 后电厂的运行维护带来了一定的困难。 ( 6 ) 缺少对电厂生命期数据的管理 电厂在其生命周期内各阶段都会产生大量数据，这些数据并不 是孤立地产生，它们之间有着十分密切的联系，存在着先后数据的 继承问题。现有电厂的数据管理中，各阶段之间普遍存在着数据截 流、数据冗余和数据利用率低的现象，特别是从规划设计到工程建 设、从工程建设到运行维护之间都存在着十分严重的数据截流现象， 致使大量信息资源流失，没有得到充分利用。目前，电厂信息系统 建设大多集中在电厂运行阶段的信息管理工作，忽视了电厂在整个 生命周期内的信息联系和数据管理。根据普华永道( c o o p e r s 西b r a n d ) 国际咨询管理公司统计到的数据：工厂运行费用的7 0 与工厂生命周期的信息管理有关，其中的8 0 为技术性的；6 0 的 时间用于查询信息；2 0 到3 0 的时间浪费在过时信息上。由此可 见要想充分发挥信息系统给企业带来的效益，需要对电厂整个生命 周期的数据进行规划和管理，从而保证历史数据的完整、准确。 电厂生命期主要阶段和数据管理 3 、电厂生命期主要阶段和数据管理 从电厂的生命过程来看，按照国内目前的管理体制可将此过程 大致划分为三个阶段：规划设计阶段、工程建设阶段、运行维护阶 段。若把这三个阶段与电厂的生命过程进行比较，就会发现这样的 划分并没有完全包括一个电厂生命期，这也就是说电厂的有些阶段， 譬如电厂的退役和拆除并没有得到有效的管理和控制。尽管如此， 这三个阶段仍可以作为生命期的主要阶段来加以讨论，生命期的数 据和信息绝大部分也都产生于这几个主要阶段。目前，在国内这三 个阶段的工作分别由三方面人员来负责完成。各大区或地方的电力 设计院负责电厂的规划和设计工作：各地方的电力建设公司负责施 工、安装等工程建设工作；电厂或发电有限责任公司负责电厂投产 后的运行维护工作。由于各方面在整个电厂生命期内的工作目标、 责任和利益不一样，使得电厂的整体信息化工作变得十分困难，这 主要体现在几个方面： 各方面人员对信息化工作的认识不一致，重视程度不一样， 对各自阶段所产生的数据没有注意收集和管理，国内尚没有 对电厂生命期的数据和信息管理制定相应的标准及规定： 各单位的装备水平不一样，应用环境不一样，特别是工程建 设单位条件较差，要做到及时采集数据还有一定的困难： 各阶段的数据分类和对象标识不一致，缺乏统一规划和管 理，有些分类和标识在同一阶段内也有不一致和冗余的情况 发生： 1 2 北方交通大学硕士学位论文 设计院、建设单位都只针对各自阶段所涉及的生产、经营 和管理工作建立各自的独立信息系统，要提取某个电厂的 有用数据，需要解决一些技术问题。 在上述问题中，前两个困难会随着信息技术的发展和普及会逐 步得到解决，从近几年的发展趋势来看，过去计算机应用较落后的 建设施工单位已经基本完成了信息化工作，笔记本电脑也可解决工 地应用问题。因此，如何解决盾两个问题是本文讨论的重点。 3 1 、工程设计阶段的数据管理 工程设计是电厂建设的基础性工作，从工程的可行性研究、初步 设计直到最后施工图设计都会产生大量数据。燃煤电厂的工艺复杂涉 及近二十个专业，不同专业在各阶段的工作内容和产生的数据也都有 很大差别，因此，在数据分析时应根据各专业的具体内容和要求，有 针对性地加以处理。现将区别较大的几个主要专业的工作列表如下 表3 - i ：规划设计阶段各主要专业工作内容 阶 段 工艺各专业土建各专业电气各专业仪控各专业 工 工艺p & i d 设计； 选择厂址： 接入系统设计： 潮流、稳定计算， 艺 划分系统，确定系 勘测、水文、工程暂态分析，主设 无 设 统及主设备编号， 备选型、编号。 主设备订货 地质。 计 司 司令图设计： 司令图设计：司令图设计： 控制逻辑设计 令 设备布置，管道布确定i o 清单，编 图 置，设备、管道、 厂区布置、结构布设备计算、选型、 号，绘制控制逻辑 设 阀门编号 置，构筑物编号。布置，确定编号图 计 施 施工图设计： 施工圈设计： 施工图设计：施工图设计： 工 管道计算、布置， 结构计算，粱、板、 设备、盘、柜布置，设备、盘、柜布置 图 设备制造图和安确定编号，端子排确定编号，端子排 设 装图，确定主要部 柱及各楼面设计， 接线，电缆敷设。接线，电缆敷设。 件编号和参数。 房间编号 计 电厂生命期主要阶段和数据管理 尽管各专业的工作内容有着很大差别，但就工作所产生的数据类 别以及数据管理要求来看又存在着相同的地方。工程设计阶段的数据 管理主要集中在三个方面：以工艺设计、数值分析、费用估算为主要 内容的数据管理，以提交设计图纸和技术资料为对象的图档文件，以 及以计算机三维模型为对象的模型文件及其工程数据库”3 。目前国际 上较先进的软件系统是把功能定位在考虑工厂整个生命期的过程管 理，而不仅是建设期间的管理，在这种理念下，设计过程只占整个管 理周期的5 ，建设过程只占整个周期的1 1 ，大量的工作是建成后 的营运、维护、检修管理直至退役，但大多数非实时的基础数据和信 息仍是在设计阶段产生并在数据库中保留下来的数据，后者都必须基 于这个基础数据库才能利用计算机和网络开展后续工作。否则，建成 后的工厂在建立自己的信息系统时，需要花费很大力气将建设期留在 纸介质上的数据和信息再输入到计算机中重新建立基础数据库，而有 些信息还会因为流失而不可回溯。 3 2 、工程建设阶段的数据管理 工程建设阶段的主要工作是综合协调各方面的关系，将不同类型 的项目资源配置到适当的环境和时段，并进行动态调整，以最经济的 手段达到工程预期目的。工程项目本身是一个复杂的系统，工程项目 实施过程的各个阶段，既密切相关又有着不同的规律，只有对大量的 数据和信息进行有效的管理和利用，才能够把握住转瞬即失的控制调 整时机，以满足错综复杂的目标要求。工程建设阶段的数据管理主要 集中在三个方面：以工程进度、质量、费用为对象的项目管理数据， 以提交设计文件和技术资料为对象的图档数据和变更数据，以用户文 件存储为对象的文件管理系统。理想状态下的工程项目管理系统是以 赢得值原理为基础集进度、质量、费用等各种资源管理于一体的集成 北方交通大学硕士学位论文 系统，而不是一个个单一软件的组合，这里的数据管理是通过w b s 码和设备标识等编码系统将各种数据联系在一起。 3 3 、生产运行阶段的数据管理 电厂生产运行阶段与设计阶段和工程建设阶段的最大不同在于工 作中要处理的对象或数据内容是长期性的，而不是为其他用户所做的 工作。因而，在信息系统的建立和数据管理等方面有着较为全面的筹 划和安排，主要分为两大类数据，一类是非实时数据，而另类是实 时数据。非实时数据主要来自规划设计和工程建设阶段所产生的数 据，主要包括：竣工设计文件和技术资料为对象的图档数据，设备制 造厂家和供应商提供的文件和数据资料，工程项目管理过程中产生的 工程质量、验收结果、实际费用等文件和数据资料。实时数据主要来 自电厂各控制系统，主要包括：各种设备的开关量、模拟量、数字量 以及设备状态等信息。目前电厂己建立的信息系统大多是根据各部门 管理工作的要求自行开发或购置的专业系统软件，电厂内建立了很多 根据各自专业或管理内容的数据库。这些系统尽管在网络上联系在一 起，数据库之间也有一些数据接口，但还做不到全厂的数据共享和统 一存取，也不能避免各系统之间的数据冗余。要使电厂信息系统的数 据管理既能够满足数据分类的要求，又能够使数据和信息在全厂范围 内得到共享，从而为各种集成应用创造了条件。就需要进一步分析电 厂各阶段的数据内容和相互之间的关系，并采用适当对象标识以满足 数据和信息的继承要求，只有这样才能够准确、及时地把基础数据采 集上来。 3 4 、电厂各阶段之间的数据关系 要实现电厂生命期的数据管理，需要对电厂生命期内目前的工 作情况进行调查，对各阶段工作中产生和使用的数据进行分析“1 。 电厂生命期主要阶段和数据管理 鉴于本文主要讨论的是各阶段之间的数据关系问题，因此，只能列 出那些与此相关的数据内容，从而有助于理清电厂各工作阶段之间 的数据关系。为此我们首先了解一下这三个主要阶段所产生的数据 内容是什么。 表2 - 1 ：电厂生命期各主要阶段产生的数据 数据数据内容文件类型 数据分类 玢鬏 规划设计建设依据文本文件按公文分类( x 字x 号) 设计图图形文件按卷册分类( x 卷x 册) 计算书文本文件按卷册分类( x 卷x 册) 工程三维模型模型文件按空间模型分类 设备材料清册数据表格按卷册分类( x 卷x 册) 概、预算数据数据表格按卷册分类( x 卷x 册) 工程建设招投标书文本文件按工程或w b s 分类 合同及附件影像文件按工程或w b s 分类 技术协议文本文件按工程或w b s 分类 项目管理数据数据表格按工程或w b s 码分类 财务管理数据数据表格按工程w b s 科目分类 资源管理数据数据表格按物资备件工具分类 生产运行生产实时数据i o 表格按时间或i o 点分类 设备管理数据数据表格按时间或特征值分类 燃料管理数据数据表格按时间或产地分类 资源管理数据数据表格按物资备件工具分类 财务管理数据数据表格按资产，时间科目分类 从上表可以看出，电厂的设计文件和技术资料主要是在规划设计 阶段产生，大量的合同文本、质量信息和工程项目管理文件是在工程 建设阶段出现，而生产实时数据、设备管理、燃料管理等信息主要是 北方交通大学硕士学位论文 在运行维护阶段才会产生。在这些信息中，与电厂生命期相关的数据 主要是那些与设备和系统有关的内容，这部分数据和信息占到电厂信 息总量的7 0 左右，迫切需要解决各阶段的数据收集、管理和各阶段 之间的数据继承、利用的问题。既然这些数据大多与设备和系统有关， 我们就来分析一下有关设备的数据是怎么产生的。 设计阶段：电厂的设计与其他流程性工厂的设计类似，首先 从工艺设计开始，而工艺设计的对象主要是系统，因而这时产 生的主要是各工艺系统和主机设备的相关数据。在工艺设计完 成后开始司令图设计，按照工艺的要求布置设备和管道，同时 还要有电气、仪控、结构、建筑等专业的协同设汁，这时候就 会产生大量与设备相关的数据。之后，在施工详图设计时，还 会出现更小一级的设备，并出现大量有关材料的数据。 施工阶段：施工阶段要大量使用设计阶段产生的数据，这时 使用最多的是图纸及有关设计资料。在此基础上，施工建设过 程中还会产生许多有关工程项目管理和工程质量的信息，这在 今后生产运行时仍是要用到的一些数据。与此同时，制造单位 要根据设计要求进行产品的设计和制造，还会产生大量有关设 备和零部件的数据。在设备安装调试和试运行阶段也会产生一 些数据，但这些数据很多是临时设定的，与投产运行时的设置 是不同的，保存这些数据时应注意区别对待。 运行维护阶段：电厂投入运行后产生的数据主要有两大类， 一类数据是由电厂控制系统( d c s 、p l c 、d a s 及其他工控 系统) 产生的实时数据，另类是由电厂各种管理系统产生非 实时数据。对于设备来说，在生产运行阶段大量产生的实时数 1 7 电厂生命期主要阶段和数据管理 据可用于对设备的操作运行情况和设备状态进行监视，非实时 数据主要是备品备件、设备缺陷、操作和运行管理等信息。 在上述过程中，我们可以看到数据的产生和利用需要有个过程， 数据在过程中不断充实、完善。如何使这些数据与它们所附着的对象 联系起来，并能够在各阶段保持一致具有可继承性，是一个比较复杂 的问题。首先，需要统一各工作阶段的数据管理和使用方式。在设计 过程中，电厂有关设备的数据按卷册划分，设备和材料清册也只是按 系统来确定，光靠图纸很难确定出设备的全部数据。因此，需要在数 据一开始出现时，就给这个对象一个唯一的编号，再将这些数据以这 个编号为关键字进行存储和管理。另一方面，从这三个阶段的数据管 理形式来看，设计阶段产生的信息主要是以图纸、计算书和表格的形 式为主，并按照卷、册对图纸资料进行分类、查询和管理。施工阶段 产生的信息主要是以文字和报表的形式为主，并按照工程或w b s 码对 资料进行分类、查询和管理。而运行阶段产生的有关设备信息则大多 与时间相关联，因而以时标对信息进行分类、查询和管理是这一阶段 的主要内容。由于三个阶段产生信息的形式、分类的方法、管理的要 求都有很大差别，因而，要解决各阶段的数据收集、管理和各阶段之 间的数据继承、利用的问题，就首先要对各个阶段信息管理的对像进 行统的标识，从而为构造各阶段较为稳定的数据结构奠定基础。 北方交通大学硕士学位论文 4 、电厂对象的标识和编码 仅从对电厂的管理对象进行标识来说，是很简单的一件事，只要 用一组不重复的数字或编号赋予每个对象就可以解决。但这样一来， 会出现一些问题；首先是系统编号的继承性问题，电厂对象随着设计 和建造工作的深入逐步细化，因而，编号应该满足系统分割的要求， 并能够在系统编号不变的情况下满足子系统对主系统的继承性。其次 是编号的适应性问题，要在各个阶段统一编号，就要求这些标识能够 适应各阶段信息管理的要求，适用于工程设计、审批、安装、验收、搬 运、文件资料、运行、监督和维护、备品备件、故障统计、电厂预算 和成本管理等工作内容。要满足这些要求就需要编码具有一定的可分 性和较强的索引能力，因此，在对各工作过程进行对象标识分析的基 础上，可综合出电厂生命期数据管理过程中对标识编码的如下要求： 在标识方面，要求编码能区分所有设备和分系统； 在分级方面，采用逐级细分的方法，数据字符具有固定意义； 在长度方面，编码长度可变，具有足够的代码储备，可满足电 厂发展的需要； 在选择方面，根据需要，可以选择不同的标识方法； 在结构方面，编码结构层次分明，不易发生混乱或重复。 在应用方面，应适合各种类型的发电厂，对全厂的物资、设备、 建筑物及信息进行编码，便于设