石化企業(yè)儀表調(diào)校記錄管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

曹紀中 熊智華

（1.金陵石化公司；2.清華大學信息科學技術學院）

石油化工企業(yè)普遍實行2～4 年一次的生產(chǎn)裝置大檢修模式，大檢修對裝置長周期平穩(wěn)運行起著至關重要的作用。 某企業(yè)烷一車間作為主要生產(chǎn)車間，承擔了該企業(yè)的核心生產(chǎn)任務。 優(yōu)化生產(chǎn)工藝并合理調(diào)配人員和設備是提高生產(chǎn)能力、改善產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵［1］。 作為生產(chǎn)裝置的“心臟”，儀表保持完好顯得尤為重要。 但是目前儀表調(diào)校記錄仍采用手工作業(yè)， 操作人員工作量大，急需開發(fā)管理系統(tǒng)，以提高工作效率。

在儀表檢修時，操作人員需要對全部儀表進行現(xiàn)場檢修， 針對不同類型的儀表進行調(diào)校測試， 測試結(jié)果合格后填寫調(diào)校記錄并整理歸檔。目前企業(yè)采用人工填寫紙質(zhì)調(diào)校記錄的方式，需要完成校驗、填寫及復核等工作，從而填寫形成儀表投用的原始記錄。 烷一車間有1 000 多臺儀表，每臺儀表的調(diào)校記錄大約有60 個數(shù)據(jù)，因此填寫儀表調(diào)校記錄的工作量巨大。 由于裝置檢修的時間性要求高、操作人員工作強度大，首次錯誤率達到了約10%。每張紙質(zhì)調(diào)校記錄表格的填寫時間大約需要180 s，而且往往需要多次調(diào)校、修正和重復記錄，再加上表格數(shù)量多，造成記錄和整理需花費很長的時間。 在記錄整理歸檔后，由于紙質(zhì)案卷多，查閱時非常不方便，嚴重影響工作效率。 根據(jù)調(diào)校記錄表格的共性和查閱記錄表格的需求，技術人員應盡快采用信息技術開發(fā)調(diào)校記錄表格管理系統(tǒng)， 實現(xiàn)表格的數(shù)字化、管理的信息化，讓儀表人員從機械化、重復性的高強度填寫、復核、修正工作中解放出來，提高工作效率。

1 問題分析與解決思路

針對上述采用紙質(zhì)表格方式進行儀表調(diào)校記錄工作中存在的問題，采用質(zhì)量管理中的要因分析法進行分析， 即分析造成問題的重要原因，通過縮小范圍，從解決要因入手，進而尋找解決方案。 對儀表調(diào)校記錄效率低的問題，從人、機、料、法、環(huán)5 個方面分析得出多個末端因素。 筆者僅針對得出重點原因的過程進行分析。

表格數(shù)據(jù)錯誤率高的末端因素，需要對儀表調(diào)校記錄數(shù)據(jù)的特點進行分析，從而找出錯誤率高的要因。 通過調(diào)研現(xiàn)有的各種類型儀表的調(diào)校記錄表格，可以將其中的數(shù)據(jù)分為4 類，分別為通用數(shù)據(jù)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)和推導數(shù)據(jù)。 通用數(shù)據(jù)是指某批次調(diào)校記錄中通用的數(shù)據(jù)，例如簽名和日期，約占整個數(shù)據(jù)量的10%。 現(xiàn)場數(shù)據(jù)是指儀表自身的信息， 例如位號、 型號等， 約占11%。 實驗數(shù)據(jù)是指調(diào)校測試實驗得到的數(shù)據(jù)，例如壓力變送器的上下行程誤差，約占18%。 推導數(shù)據(jù)則是依據(jù)一定的規(guī)則，采用前3 種數(shù)據(jù)中的部分數(shù)據(jù)進行計算或判定而得到的數(shù)據(jù)，例如標準表信息、誤差變差等，約占61%。 為了便于分析，依據(jù)上述4 種數(shù)據(jù)的特征，對數(shù)據(jù)進一步進行歸類，將前3 類數(shù)據(jù)統(tǒng)一稱為一次數(shù)據(jù)，由一次數(shù)據(jù)推導而來的數(shù)據(jù)稱為二次數(shù)據(jù)。 通過分析錯誤數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，錯誤往往出現(xiàn)在人工利用一次數(shù)據(jù)計算誤差、變差時，致使二次數(shù)據(jù)錯誤多，增加了整體錯誤率。 因此，人工計算錯誤多是調(diào)校記錄效率低的要因。

采用紙質(zhì)表格方式開展儀表調(diào)校記錄工作，會造成記錄和整理時間長、 查閱時間長等問題。經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn)，在儀表調(diào)校記錄過程中人工填寫占用了大量時間，因此人工填寫表格方式是調(diào)校記錄效率低的要因。 由于采用紙質(zhì)的記錄表格，在沒有紙質(zhì)文件快速檢索的前提下，必然會造成表格查閱時間長的問題，因此紙質(zhì)文件難以檢索是調(diào)校記錄效率低的要因。

根據(jù)質(zhì)量管理中的要因分析法， 分析儀表調(diào)校記錄效率低的原因，得出了人工計算錯誤多、人工填寫表格方式、紙質(zhì)文件難以檢索3 個要因。因此，針對這3 個要因給出解決方法，就能達到改善以上情況的目的。在解決方案中，采用數(shù)字化的記錄表格是解決問題的關鍵， 可以設計一個能滿足實際生產(chǎn)需要的調(diào)校記錄管理系統(tǒng)。

信息技術為解決上述問題提供了有效途經(jīng)，其中表格的數(shù)字化是前提，數(shù)據(jù)的信息化處理是核心。 在常見的設計中，普遍存在的問題是各種系統(tǒng)之間相互獨立，缺乏信息自動轉(zhuǎn)換和共享功能［2］。因此，本次設計將采用多軟件的聯(lián)動使用來避免以上問題。 本次設計的核心點是數(shù)據(jù)管理，它是對數(shù)據(jù)形式的記錄信息進行管理，還應具有數(shù)據(jù)采集、存儲、分類、匯總、統(tǒng)計、分析、查詢及報表生成等功能［3］。因此，本次設計的工作流程為先建立數(shù)字化表格，將人工紙質(zhì)作業(yè)轉(zhuǎn)換為數(shù)字化管理，然后利用數(shù)據(jù)庫和軟件編程對數(shù)據(jù)進行流程化處理。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)功能

為了設計和實現(xiàn)儀表調(diào)校記錄管理信息系統(tǒng)，先建立數(shù)字化的表格，然后利用數(shù)據(jù)庫和軟件編程對數(shù)據(jù)進行流程化處理，并生成相應的調(diào)校記錄表格。 因此，調(diào)校記錄管理信息系統(tǒng)的功能應包括以下內(nèi)容：

a. 制作不同類型儀表的Excel 樣表， 實現(xiàn)數(shù)字化的調(diào)校記錄；

b. 為每種類型儀表建立MySQL 表， 用于存儲原始數(shù)據(jù)；

c. 使用Python 實現(xiàn)對不同MySQL 表的數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)處理功能；

d. 使用Python 實現(xiàn)對調(diào)校記錄的生成功能；

e. 可在Excel 和MySQL 中實現(xiàn)雙查閱調(diào)校記錄的功能。

根據(jù)功能要求，給出了系統(tǒng)設計流程，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設計流程

2.2 調(diào)校記錄數(shù)字化

通過調(diào)研現(xiàn)有儀表調(diào)校記錄工作規(guī)范，查閱不同類型儀表的Excel 調(diào)校記錄樣表， 制定相應的電子表格， 有利于實現(xiàn)調(diào)校記錄的數(shù)字化，從而實現(xiàn)業(yè)務的數(shù)字化管理。 還可通過軟件程序依據(jù)樣表生成每張調(diào)校記錄，以方便查詢，同時在Excel 和MySQL 中實現(xiàn)雙查閱調(diào)校記錄的功能。

在調(diào)研現(xiàn)有儀表調(diào)校記錄紙質(zhì)表格的基礎上， 設計了多種類型的儀表調(diào)校記錄樣表。 圖2是壓力變送器調(diào)校記錄樣表的表頭，其中列出了表格中的一次數(shù)據(jù)，例如位號、型號、允許誤差及標準值等。

圖2 壓力變送器調(diào)校記錄樣表表頭

2.3 數(shù)據(jù)庫設計

本次設計采用MySQL 數(shù)據(jù)庫表存儲儀表調(diào)校記錄數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)存儲原始數(shù)據(jù)的功能，形成原始調(diào)校記錄， 并且作為后續(xù)程序讀取的數(shù)據(jù)源。 采用MySQL 建立了與調(diào)校記錄樣表一一對應的數(shù)據(jù)庫表， 其中按儀表的種類還設計了包含不同字段的數(shù)據(jù)庫表。 表1 是某個壓力變送器的數(shù)據(jù)記錄， 原始數(shù)據(jù)記錄內(nèi)包含一次數(shù)據(jù)中的現(xiàn)場數(shù)據(jù)以及上下行程誤差等實驗數(shù)據(jù)。

表1 某壓力變送器數(shù)據(jù)記錄

查詢單臺儀表信息時，可使用只含有單個儀表信息的數(shù)字化Excel 調(diào)校記錄。 查詢多臺儀表信息則可使用數(shù)據(jù)庫查詢語句DQL 來查詢MySQL，以實現(xiàn)在Excel 和MySQL 中雙查閱調(diào)校記錄的功能。 這樣獲得的多組數(shù)據(jù)可以進一步用于可視化分析等管理工作。

MySQL 數(shù)據(jù)庫本身內(nèi)嵌了大量針對計算機網(wǎng)絡的保護特性，提供了用戶標識、確認、加密、授權及審計等控制來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的安全保護［4］。 因此，本次MySQL 數(shù)據(jù)庫設計也包含了用戶密碼、主機地址等保密措施。

2.4 程序設計

相比于其他語言，Python 語言具有很多成型的庫或模塊可以使用，因此，本次的程序設計和實現(xiàn)使用Python 來完成。以表1 所示的壓力變送器數(shù)據(jù)記錄為例，設計的運行流程如圖3 所示。

圖3 壓力變送器運行流程

程序內(nèi)包含MySQL 數(shù)據(jù)庫連接所需的默認地址、用戶名及密碼等信息。 當程序開始運行時，需要輸入作為原始數(shù)據(jù)源的MySQL 數(shù)據(jù)表名，例如輸入“表1”，程序?qū)⒆詣幼x取表1 的全部行數(shù)并定義光標，作為程序運行的起止信號。 接著讀取第1 行的數(shù)據(jù)，然后按照程序設置好的處理邏輯， 依據(jù)規(guī)則利用一次數(shù)據(jù)推導出二次數(shù)據(jù)。最后，程序?qū)椭茍D2 所示的壓力變送器樣表并填入全部數(shù)據(jù)。 在執(zhí)行完一行的操作之后，光標會移至下一行重復以上操作。 當全部行執(zhí)行完畢之后，程序結(jié)束。 程序的每一次運行，可以實現(xiàn)對一張數(shù)據(jù)表內(nèi)每一行的操作，從而生成一張對應的調(diào)校記錄表。 表2 給出了數(shù)據(jù)處理中采用的相應方法。

表2 設計方法

3 應用成效

儀表調(diào)校記錄管理信息系統(tǒng)設計完成后，將其和之前的人工操作方式進行多次比較實驗，發(fā)現(xiàn)記錄和整理時間由180 s 縮短至約20 s， 錯誤率基本為零， 查閱時間也由分鐘級縮短至秒級。人工操作方式所存在的錯誤率高、 整理時間長、查閱時間長三大問題，在采用調(diào)校記錄管理信息系統(tǒng)后得到了根本性改善。

4 結(jié)束語

信息技術升級帶來的信息化取代人工操作是發(fā)展的必然趨勢，可以從機械化、重復性、高頻率的部分取代出發(fā)， 逐漸實施更復雜的邏輯判斷。 本次設計將新技術應用于儀表調(diào)校記錄管理信息系統(tǒng)， 解決了所在車間的實際工作問題，提高了工作效率，也提升了管理水平。 在本次設計中，由于儀表類型不同和所需數(shù)據(jù)不同，還需要人工核對現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并輸入數(shù)據(jù)庫中。 在未來可以設計手持掃碼槍對接數(shù)據(jù)庫，在儀表端使用行業(yè)統(tǒng)一的二維碼，使用掃碼槍快速從儀表端獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫， 進一步減少相關環(huán)節(jié)的時間，最終實現(xiàn)智能工廠的建設目標。