石油裝備制造業中物聯網技術的應用

舒 松，何新洲，杜 力，喻 會

（長江職業學院，武漢 430074）

0 引言

由于物聯網本身是通過海量的多種類型傳感器的互聯實現的，每一個傳感器本身都是信息源，不同類型的傳感器能夠捕獲到不同的信息內容[1]。

而且，傳感器所捕獲的數據具備實時性，能夠按照一定的時間周期對信息進行不斷的更新。因此，物聯網技術在石油裝備制造業之中擁有較為廣闊的應用前景[2]。

1 物聯網技術在石油裝備制造業中的應用

物聯網技術在石油裝備制造業中的應用主要體現在以下兩方面：

1.1 FRID系統制訂精準節拍

作為自動識別技術的一種，FRID射頻識別技術無需人工操作以及直接接觸，只需利用射頻信號便可以實現對目標對象的準確識別，同時取得有關數據資料，這在較為惡劣的工作環境下尤其適用[3]。

FRID射頻識別技術最大的優勢在于可以在同一時間完成數個處于高速運動狀態的目標對象的準確識別，操作簡單快捷。

將FRID射頻識別系統和ERP系統有機結合起來，一方面，可以為石油裝備制造業的業務流程制定精準節拍[4]；另一方面，為實現對關鍵組件的嚴密安全追蹤提供強有力的技術支持。

不管基于物聯網技術的FRID系統是通過何種構架方式實現的，其技術基礎依然是互聯網，通過各種網絡傳播方式的融合，將物體信息進行準確的傳遞。

而且，在物聯網上，傳感器定時采集到的信息需要通過網絡進行傳播，為了確保數據傳播的正確性與及時性，還需要通過各種網絡協議才能夠實現。

本身除了能夠通過傳感器和網絡獲取并且傳播數據之外，其本身也具有一定的數據智能處理能力[5]。不僅僅能夠實現物體的智能控制，而且還能夠將傳感器與智能處理器進行融合，從而實現對采集到的數據的分析和處理。物聯網技術是通過互聯網以及信息傳感設備，按照一定的網絡傳輸協議，實現物與物之間、物與人之間以及人與人之間的相互連接的網絡[6]。

具體而言，物聯網包括了感知層、網絡層以及應用層三個層次的內容?；谖锫摼W技術的FRID系統應用基本原理如圖1所示。

隨著現代化信息技術的不斷進步，石油裝備制造業生產模式也相應發生轉變，從之前的按庫存生產模式轉變為按訂單裝配或者是按訂單設計的模式，產品生產方式的精益化程度逐步提升，這樣，跟蹤、控制包括原材料、零部件以及最終產品就變得尤其重要，從另外一個角度來說，物料及質量追蹤也是ERP系統的重要工作之一。FRID射頻識別技術對信息的采集采取的是非接觸的方式，可以最大限度的確保所收集到的數據資料的準確性、及時性以及可靠性，對于促進石油裝備制造業作業流程的改進及管理水平的提升均具有重要的意義[7]。

圖1 基于物聯網技術的FRID系統應用基本原理

借助FRID射頻識別系統可以確保對產品跟蹤追溯的順利實現。每個零件均需要獲得FRID技術的標識，以便于在關鍵的物流鏈環節被讀寫器進行識別，之后由更高一級的數據網絡對其進行采集和處理，并根據實際需求決定是否將額外的數據同時寫入。FRID射頻識別系統對各個環節的追蹤和控制就是借助這一系列的信息而得以實現的。在實際操作過程中，需要以FRID標簽中的相關信息為主要依據來開展加工活組裝線上的分段加工操作；設備獲得繼續加工操作的準許的前提條件是以加工圖為依據對組件進行準確識別，同時生產及質量數據得到認可。

諸如FRID標簽或者智能標簽等現代數據載體可以自組件上實現對產品使用期限信息的長時間保存，即使數年之后，依舊可以開展跟蹤追溯。當前，部分石油裝備制造企業已經引入了智能FRID射頻識別系統，其中比較具有代表性的是北京高新技術企業之一的北京石油機械廠，該企業長期以來始終致力于數字化及信息化建設，借助FRID射頻識別技術促進企業研發信息化、制造信息化以及管理信息化的有效集成[8]，并積極致力于ERP系統的應用探索；東歐石油公司—羅馬尼亞石油工業技術公司Rompetrol，為對石油產品進行有效保護和管理，在燃料車上應用了FRID封條；加拿大Nabors公司引入FRID射頻識別技術來對全國范圍內的油氣井田鉆機設備進行維護和管理。

將FRID射頻識別技術與ERP系統有機結合，能夠為生產過程及其物流制定精準節拍，二者之間有效協調，一方面，可以在一定程度上補充ERP系統數據處理方式，另一方面，對于ERP系統物流及信息流的有效集成發揮著極為關鍵的促進作用，同時為確保ERP系統功效的充分實現提供有力保障。

1.2 在油田井下管桿柱內植FRID標簽

油田井下管柱、桿柱等工具主要應用于油田鉆井、采油、修井以及注水等作業環節，一直以來，對于油田井下管柱及桿柱等工具的管理都是采取的人工干預方式，產品入庫、倉儲保管、物料發放、檢查檢驗、下井、維護維修以及設備報廢等各個環節都需要通過人工的方式進行數次的數目清點、辨認標記以及記錄等，這種識別產品的方式效率極低，甚至有些時候根本不能準確的辨別，特別是在對油田井下作業過程中的管柱、桿柱等工具進行服役狀況評估方面，難度較大。FRID射頻識別技術具有非接觸式的信息采集方式，并有電子標簽充當移動信息載體，這樣，可以確保油田井下管柱、桿柱等工具作業及管理需求的最大限度的滿足。

對于以油田井下管桿柱及井下工具生產為主營的石油裝備制造企業而言，從油田現場作業的實際情況出發，利用作為物聯網關鍵技術的FRID無線射頻識別技術，通過在油田井下管桿柱中植入電子芯片，每根油田井下管桿柱就具備了一份專屬的電子身份證件，從而為油田井下管桿柱管理的信息化的實現奠定堅實基礎，RFID電子標簽植入油田井下管桿柱如圖2所示。

圖2 RFID電子標簽植入油田井下管桿柱示意圖

需要特別指出的是，要對石油行業的特殊性予以全面考慮，確保油田井下管桿柱中植入電子芯片不會對油田井下管桿柱及工具的正常使用造成不利影響，不僅如此，還要注意電子芯片安裝的牢固性，確保其不會隨著油田作業的推進以及物流環節的變化而出現從管桿柱中脫落的問題；油田作業環境十分惡劣，面臨著電磁、高壓、高溫以及振動等因素的影響，因此還要注意芯片信息的安全性，防止其丟失或出錯。依托于FRID無線射頻識別技術，在油田井下管桿柱及工具中植入電子芯片，開展信息化管理系統的研發工作。在油田井下管桿柱及工具中植入充當油田井下管桿柱及工具的信息載體的電子芯片，也可以稱其為移動電子標簽，意味著在產品信息化的實現，而實現產品管理信息化的重要前提就是產品信息化。

只有實現了油田井下管桿柱及工具管理的信息化，才可以更加有效的對產品從入庫到最終報廢的相關環節實施更加有效的監控。這一監控的過程實際上是基于LE-RLPCAA定位模型實現的，根據LE-RLPCAA定位模型的基本原理，我們可以得到相似度矩陣：

刻畫的是點i在信號空間之中所處的區域的具體位置，通過該數值我們能夠判定油田井下管桿的具體位置，同時根據上述信息，我們可以建立起基于借點拓撲結構的位移公式：

物理空間的位移矩陣為：

隨著現代化信息技術的迅猛發展，物聯網技術應用規模以及影響范圍的逐步擴大，對于石油裝備制造業而言，依托于物聯網技術促進石油裝備制造業產品的信息化的順利實現成為未來發展的必然趨勢，對石油裝備制造業管理信息化的全面實施創造有利條件，不僅如此，在油田生產設計、質量控制、資產管理、倉儲管理以及跟蹤追溯等方面均具有重要意義，為現代化數字油田的建設奠定了堅實的技術基礎。

2 結束語

總而言之，石油裝備制造業向石油勘探及開發提供所需要的技術、工具及裝備等方面的支持，對石油行業的發展發揮著不可或缺的重要作用。隨著全球范圍內對石油能源需求量的不斷增加，世界各國都對石油能源的開發予以了高度的關注，原油價格也是一路飆升，這就對石油裝備制造業提出了更高的需求，同時也對石油裝備制造業的進一步發展起到了極大的促進作用。

受現代化信息技術迅猛發展的影響，石油裝備制造業也開展了信息化建設，其生產的自動化、智能化、網絡化水平不斷提升，現代化信息技術及網絡技術的影響范圍越來越廣，尤其是互聯網技術的日益普及，使得信息傳輸及共享等問題得到了很好的解決，信息在控制及決策方面的基礎性地位更加突出。

石油裝備制造業屬于技術密集型產業，對產品市場競爭力進行衡量的一大重要指標就是先進和落后兩大定義，只有在石油裝備制造業的每個環節中充分融合現代化信息技術，才能從根本上提升石油制造業的市場競爭優勢。

對于石油裝備制造業而言，實現信息化的一條有效途徑就是物聯網技術，從當前行業的發展狀況以及顯示需求分析，物聯網技術在石油裝備制造業中擁有者極為寬闊的發展空間，物聯網時代，為中國的石油裝備制造業提供了發展良機。

[1] 沈蘇彬,毛燕琴,范曲立,宗平,黃維. 物聯網概念模型與體系結構[J].南京郵電大學學報(自然科學版).2010(04):78-80.

[2] 王舜增,趙海.東營市發展石油裝備制造業分析[J].中國石油大學學報(社會科學版).2008(03):112-123.

[3] 許代紅,藍永乾. 運用物聯網技術構建數字化油田生產運行綜合管理平臺[J].通信管理與技術.2011(03)45-46.

[4] 沐峻丞,檀朝東,黃晶濤,檀昌竹. 運用物聯網技術構建數字化油田[J].中國石油和化工.2010(09)243-245.

[5] 黃晶濤,檀朝東,沐峻丞,檀朝鑾,檀昌竹. 物聯網技術在石油裝備制造業中的應用[J].中國石油和化工.2010(10)213-215.

[6] 彭朋,韓偉力,趙一鳴,周建鎖,董浩然. 基于RFID的物聯網安全需求研究[J].計算機安全.2011(01)267-270.

[7] 折宏圖,康厚強,陳虹. 射頻識別技術(RFID)在石油管道巡檢中的應用[J].現代電子技術.2007(05)167-168.

[8] 王愛民,劉伯樂,王國芬. 華北油田在“物聯網”領域的探索和實踐[J].中國信息界.2011(08)23-24.