輸油流程操作模擬培訓系統的設計與應用

滿萬祥，蘇永剛，張玉龍，賈爭波 (中石油長慶油田分公司第二輸油處，陜西 咸陽 745000)

輸油流程操作模擬培訓系統的設計與應用

滿萬祥，蘇永剛，張玉龍，賈爭波 (中石油長慶油田分公司第二輸油處，陜西 咸陽 745000)

提出了一種基于B/S結構的輸油工藝流程操作模擬培訓系統解決方案，并運用JAVA編程技術，實現了流程自主繪制、動態模擬、作業票管理以及培訓與考核等功能。系統將理論知識學習與考試、操作模擬練習與考試、現場流程操作模擬與作業票生成3大模塊進行有機集成，為提高員工輸油理論知識與操作技能水平，強化輸油工藝流程切換的現場管理，防止流程誤操作提供了支撐。該系統已在長慶油田某輸油處得到了實際應用，驗證了其合理性。

輸油工藝流程操作模擬培訓系統；B/S結構；JAVA編程技術

隨著油田集輸系統的數字化程度不斷提高，用好管好數字化也成為了一個重要課題。一方面要加強對工藝流程切換操作的監管，另一方面要進一步強化員工培訓。而目前傳統的工藝流程模擬軟件已不能滿足這些需要：一是傳統軟件的任何變更都需要專業程序員操作，不便于由管理人員根據自身工藝流程情況自主配置流程圖；二是大部分模擬系統都是客戶端/服務器(C/S)型結構，眾多的客戶端不利于維護，也不便于跨區域、跨平臺的大面積應用；三是傳統模擬系統可擴展性不強，新增輸油場站無法自主配置，新的培訓任務無法自主添加；四是傳統培訓系統無法應用到現場流程切換操作的過程監管中，不能實現流程作業票的申報、審批、執行及反饋的電子化管理。

針對傳統培訓系統在上述幾個方面的不足，為了更好適應發展需要，筆者研究的輸油流程操作模擬培訓系統重點從以下角度加以改進：首先，以模塊化的構建方式[1]，并采用理論與實踐相結合的設計理念，提高系統的易用性、高效性和可擴展性；其次，系統以B/S結構開發，解決跨區域、跨平臺的問題；再次，通過研究傳統的圖形化組態軟件編程模式，結合輸油站工業控制系統的特點，利用模塊化編程思路和圖形化的組態[2]方法，開發具有“搭積木”式的工藝自控流程圖編輯界面，可以使不同輸油場站的用戶登入系統后，自主進行本場站流程的繪制，并根據實際情況啟用不同的流程圖，滿足不同輸油工況下的流程狀態需要；最后，系統圍繞輸油流程模擬這一核心功能，擴展出流程作業票的動態管理、流程操作模擬練習、流程操作模擬考試、輸油理論知識練習及考試等功能，形成一個集現場生產過程監管與員工培訓考核為一體的輸油流程操作模擬培訓系統。

1 系統設計

1.1系統總體設計

輸油流程操作模擬培訓系統是基于B/S結構的網絡培訓系統，如眾多B/S結構的軟件系統一樣，也具有前臺界面顯示區域和后臺數據處理區。后臺使用Java語言開發。Java開發的軟件系統支持與運行環境和開發平臺無關，這充分保證了系統的可移植性、安全性、可伸縮性和可復用性。前臺使用Flex開發。Flex是一種強大而流行的RIA技術，是滿足開發RIA的企業級程序員而推出的表示服務層和應用程序框架[3]，可以運行于現有的Java EE或.Net平臺上，從表現層來解決用戶體驗和數據集成方向的問題。在此基礎上，為了降低技術風險，保持系統的向后兼容性、可集成性和可擴展性，系統采用基于行業標準的技術和架構，同時采用面向對象的技術，大大的提高了系統開發和建設的效率，并體現了架構的合理性和可拓展性。為了便于建設、維護和進化，系統采用分層架構限制子系統間的依賴關系，使系統以更松散自由的方式耦合。

1.2系統結構設計

圖1 系統結構示意圖

系統采用基于J2EE的體系結構，J2EE是一個基于組件的，以應用服務器為核心的多層應用體系結構[4]。這種多層結構簡化了開發、配置和維護企業應用的過程。系統采用“零客戶”即Browser模式，充分發揮Internet技術在廣域網上的優勢。系統結構示意如圖1圖所示，它由應用服務層、表示層、數據中心3個層次組成，核心部位在于應用服務層。

1)應用服務層 應用服務層是業務系統運行的核心支撐層，它又可分為業務對象層、公共服務層和Spring容器。業務對象層包含了具體的功能模塊，如業務學習模塊、考試模塊、基礎信息管理模塊以及系統管理模塊等等，它與公共服務層，Spring容器進行直接的互動交換。

2)表示層 即前臺顯示的系統界面層，用戶通過表示層，訪問服務層的數據，服務層響應后，根據表示層的需求，提供數據，并以一定的邏輯關系顯示出來。用戶可以通過不同的界面和通訊方式接入系統。對于Window操作界面的用戶，通過HTTP/SOAP協議訪問應用服務層的業務功能。

3)數據中心 系統主要采用SQL Server2008強大的數據庫管理系統來進行基礎數據和運行數據的存儲；與數據中心的數據庫進行交互，統一由應用服務層的對象持久化服務模塊來完成，從而屏蔽了具體數據庫的特性；系統屬性文件、XML文件和日志文件等存儲在文件系統。

1.3系統功能設計

系統根據功能設計可劃分為5大模塊，分別是操作輔助、練習模式、考試管理、基礎信息管理、系統管理等。

1)操作輔助 操作輔助模塊主要實現了流程作業票的動態模擬生成、審核、管理以及打印等操作。在此基礎上，運用了職責分工模式，實現了流程作業票生成過程的有序化，即根據權限的不同，做到分工明確。由操作員生成流程切換作業票，管理干部進行審核，操作員完成實際切換后，對執行情況進行反饋，從而實現了流程切換作業過程的電子化監管，電子作業票強化了流程作業過程的可追溯性。

2)練習模式 練習模式主要實現了用戶的理論練習、操作模擬練習、知識點的互動交流、自主模擬測驗以及小型的交流平臺。其中理論練習中，習題均以知識點的形式出現，知識點下層分布著不同種類的習題，用戶可以根據自己的需求，進行選擇練習。另外用戶還可對已經考過的試卷進行自主測驗，從而發現自己的不足，進行彌補。操作模擬練習與操作票的生成使用相同的流程圖，這樣的設計便于員工直接在虛擬環境中，熟悉現有的流程切換操作，同時共享流程圖，確保了信息同步，減輕了服務器的負載，提高了系統的性能。基礎知識的互動交流，采用小型論壇的設計模式，用戶可進行發帖、回帖等操作。

3)考試管理 主要包括習題管理、考題管理、考卷生成、考試信息的設置，以及考后閱卷、評分、統計等一系列操作管理。其中習題與考題的管理包括添加和修改，考題與習題之間的動態轉化等。題目的類型也是多樣化的，涵蓋了圖片題和非圖片題兩大類，通過圖片與文字描述，能針對現場情況設置情景分析題等，題型有單選題、多選題、填空題、簡答題、流程模擬操作題等。考卷的生成采用百分制，選題的方式有2種，分別為隨機選題與固定選題。考試信息設置指在生成新的試卷后，對需要參見考試的人員信息、時間信息以及及格分數線進行初始化設置，從而指定固定的時間段，固定的人員參加考試。這樣的考試功能設計保證了考試組織工作的自主、靈活、公平、公正。

4)基礎信息管理 基礎信息管理為流程圖的加載、運行以及用戶練習提供可靠的基礎保障。其中輸油站流程圖定義實現了用戶自主繪制和更新流程圖的功能。系統能夠分別設定流程切換模擬環境下的設備初始狀態以及練習與考試模式下的設備初始狀態，即分別針對同一個流程圖設置不同初始化開關屬性等，這樣的設計，不但實現了生產模擬與考試練習的分離，而且從系統優化上來講，節約了資源。

5)系統管理 系統管理主要涵蓋了用戶管理模塊、部門管理模塊、權限管理模塊以及系統日志等系統配置方面的功能。用戶管理模塊采用樹形結構設計方式，分層管理體系，使用戶管理變得方便、高效。權限管理模塊以權限的動態變更為設計思想，利用角色與用戶雙授權的方式，從而有效的滿足了系統中用戶權限的變更需求。系統日志的記錄，方便了系統管理員對用戶登入系統的情況進行查看、監督、統計，進一步的提高了系統的安全性。

2 系統運行環境

2.1系統運行的硬件環境

系統服務器端建立在windows操作系統上，鑒于數據的多樣性和復雜性，因此要求服務器端CPU2*四核E5-2650，內存至少在16G以上。因為存在流程圖的加載以及初始化，所以對客戶端的要求：顯示器分辨率設置為大于等于1280*800，內存至少2G，CPU 2.4G以上。

2.2系統運行的軟件環境

1)服務端 數據庫，SQL Server2008 r2；服務器，Tomcat 6.0；JDK1.6.0。

2)客戶端 操作系統，Window20032008XP平臺操作系統，瀏覽器要求Internet Explore6以上，建議使用Internet Explore8。

3 應 用

3.1適用范圍及行業

由于設計方面強大的兼容性以及可擴展性，輸油流程操作模擬培訓系統有著廣泛的用途。它不僅適用于原油或成品油集輸系統的流程操作模擬、員工理論知識培訓、操作技能培訓以及考核等工作，而且通過對系統流程的動態配置，還可以在燃氣、化工、電力、給排水等與工藝流程操作有關的行業進行拓展應用。

3.2系統的具體應用

1)流程的動態配置應用 流程動態配置的實現，拓展了該系統的應用層面。它不僅適用于輸油管理，而且適用于各種存在工藝流程操作的行業，如燃氣、化工、電力、給排水等。①流程的動態新建。即用戶可以根據生產的實際需要，對本企業所涉及到的流程圖進行繪制、標注，并自定義名稱。②流程的初始化操作。在新繪制的流程圖中，設置設備的開關屬性，對應于該流程圖中，顯示出該設備的初始化屬性。③流程的更新，包括流程圖的更新以及流程圖中設備狀態的更新，都可根據實際情況，進行自主的設置。

2)流程作業票的電子化管理 流程作業票是針對標準流程作業下所填寫的規范化的操作憑據。一個完整的流程作業票，它應該具有預令、擬票、審票、接受正令、正令執行與反饋5個步驟[5]。這5個步驟對于流程作業票的生成是至關重要的，任何一步都不容許出現錯誤或者缺失。然而傳統的作業票是使用手寫的方式，首先，手寫操作票的方式沒有統一的規范，即使有表格的限制，也做不到標準語句的規范，這必然導致同一個流程作業會出現不同的表達方式。其次手寫的流程作業票，隨著時間的推移，操作票很容易丟失或者毀壞，即使保存完好，也不便于進行搜索查找，這樣給工作帶來了麻煩，也給生產添加了負擔。“輸油流程操作模擬培訓系統”使用標準化的作業票電子管理，從根本上杜絕了手寫票存在的問題。①使用操作流程圖的方式，用戶按照標準流程作業在流程圖中進行操作，系統會自動生成流程操作記錄。每一步操作的表達方式，都具有一定的規范性和統一性。②采用系統化的管理方式[6]，對于已經生成好的流程作業票，系統將其整理歸檔。用戶可以根據操作票的操作部門、操作開始時間、操作結束時間等特征對其進行查詢和管理。③嚴格執行標準化的作業票錄入程序，崗位員工接收預令(一般由當前值班干部發出預令)，擬票(根據預令，在流程圖中進行模擬操作，生成操作記錄)，審票(值班干部根據操作記錄判斷操作正確性，進行審核)，接受正令(審核通過后，崗位員工選擇開始時間、結束時間，并進行流程操作匯報)，正令執行與反饋(根據流程操作票中的操作記錄進行正令執行，并將實際操作情況反饋到系統中)。這樣在每一個環節都層層把關，確保了流程操作的規范性、準確性，進而大大的降低了因為流程作業失誤而導致的安全問題。

3)員工培訓的應用 在油氣生產過程中，崗位員工的理論水平與操作能力都直接關系到安全生產與環境保護，一個小小的操作失誤，就有可能釀成顛覆性的事故，守住一個細小的環節，就有可能振救眾多的生命，這要求管理者理論結合實踐開展員工培訓，要在實踐中滲透理論，在理論中體現實踐[7]。輸油流程操作模擬培訓系統以理論學習結合模擬流程操作的練習，并滲透知識的互動交流，干部員工能夠在一個開放的網絡之中進行學習探討，這為員工水平的整體提高奠定了良好的基礎。①理論學習中，以知識點的形式歸類不同專業技能方面的題目，包括單選題、填空題、簡答題、多選題、圖形題等多種題型。用戶可以根據自身情況，進行各種題目的練習。習題內容密切結合生產實際而設置，同時涵蓋《集輸工》全套知識題庫，從而體現了理論結合實踐的設計理念。②模擬操作練習中，用戶根據自己所在場站的工藝流程進行練習，結合自身的不足，對不熟悉的流程進行操作模擬練習，進而強化對實際流程操作步驟的掌握，加深流程操作理論知識的印象，在實踐中鞏固理論。③健全的考核機制，促進更有針對性的培訓。該系統的考核體制是：從題庫中抽出有代表性的理論題或者模擬操作題生成試卷，設定考試信息(包括考試人員、考試開始時間、考試結束時間、及格分數等)，考試結果分析(以柱狀圖的形式展現出本次考試的成績統計，直觀有效的展現本階段培訓的效果)。④知識的互動交流模塊，發布經常出現的錯誤操作、理論知識要點，或者把好的思路、經驗、方法、意見及建議發布到網上，供員工進行查閱交流，在整個企業形成一個技術交流的網絡平臺。

4 結 語

通過分析生產實際需求，提出了輸油流程操作模擬培訓系統的研發目標，設計開發了集員工培訓、流程模擬操作、動態流程配置、流程作業票電子化管理為一體的流程模擬操作培訓系統，并通過在長慶油田某輸油處的實際應用，驗證了系統的合理性與實用性。通過該系統，員工可以深刻體會到流程操作的原理，明確整套工藝流程的具體結構及分布概況，從而更好的去履行崗位職責。另外系統所提供的綜合型培訓，能夠強化員工基本功訓練，拓寬知識面，鞏固員工對知識點的掌握，這能夠為企業的持續發展提供更有力的基礎保障。

[1]馮蘭萍，朱禮軍，蔣亞東.一種模塊化本體構建方式研究[J].現代圖書情報技術，2012(6):58-64.

[2]陳江亭，羅三定.圖形化組態的數字圖像處理實驗系統的設計.科技廣場[J],2010(3):104-107.

[3]向模軍.基于Flex的RIA應用系統的設計和研究[J].信息與電腦，2010(2):101-102.

[4]劉曉華.J2EE企業級應用開發[M].北京：電子工業出版社,2003.

[5]李煜.標準流程作業的信息化[J],中國電力企業管理，2007(6):60-61.

[6]楊仙.淺談關于弱電智能系統化的管理方式[J],無線互聯科技，2013(4):77-79.

[7]陳紅.職工培訓中理論與實踐關系的處理原則[J],成人教育,1994(7):35.

2013-06-20

滿萬祥(1962-)，男，工程師，現主要從事原油集輸系統生產運行及數字化與科技管理工作。

張玉龍(1985-)，男，工程師，現主要從事油氣儲運與管理方面的研究工作；E-mail:alongrown@163.com。

TP393

A

1673-1409(2013)28-0029-04

[編輯] 洪云飛