★ 海洋石油工程股份有限公司 王會(huì )峰，儲樂(lè )平，張良軒，林 宏，童暉，金海洋，楊淦，劉應旭

1　目標和概述

 傳統海洋油氣裝備制造屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，具有 產(chǎn)品類(lèi)型多、制造工序長(cháng)、定制化比例大、標準化程度低等顯著(zhù)特點(diǎn)，其各生產(chǎn)環(huán)節的數據碎片化現象嚴重，實(shí)現 數字化、智能化難度極大，這成為制約行業(yè)質(zhì)量效率提升的重要瓶頸。海洋石油工程股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)海 工）的傳統生產(chǎn)車(chē)間多采用人工裝配工藝和傳統工業(yè)以太網(wǎng)通訊模式，生產(chǎn)過(guò)程中占用大量人力資源和固定網(wǎng) 絡(luò )通訊手段，產(chǎn)品品質(zhì)一定程度上依賴(lài)工人的主觀(guān)責任心和技術(shù)水平。在疫情沖擊下，海工在生產(chǎn)制造過(guò)程中 的問(wèn)題越發(fā)突出，成為海工提質(zhì)增效的關(guān)鍵瓶頸。

（1）成本問(wèn)題：人工成本逐年遞增，用工荒問(wèn)題凸顯，同行競爭優(yōu)勢不再； 

（2）缺乏數據：定額數據源頭缺失，數據掌控不強，成本核算不準確； 

（3）安全隱患：建造生產(chǎn)現場(chǎng)環(huán)境復雜，人員素質(zhì)參差不齊，用工數量巨大，難以管理； 

（4）管理粗放：生產(chǎn)環(huán)節涉及多部門(mén)協(xié)調，效率低下。

 針對以上問(wèn)題，公司將推動(dòng)新一代信息技術(shù)和業(yè)務(wù)深度融合，以智能制造為核心，以5G網(wǎng)絡(luò )為傳輸為手 段，以全廠(chǎng)數字孿生為目標，加快智能全業(yè)務(wù)鏈數字化建設，促進(jìn)數據資產(chǎn)沉淀共享，推動(dòng)核心業(yè)務(wù)能力升級與管理效率提升，構建數字工廠(chǎng)和透明工廠(chǎng)。

 2　方案介紹 

2.1　系統架構

 根據海工的數字轉型規劃，本項目通過(guò)縱向維度 和橫向維度來(lái)做整體規劃?？v向上，分為設備層、網(wǎng)絡(luò )層、邊緣計算層、中心計算層四個(gè)維度。 

（1）設備層中主要包括各種生產(chǎn)設備和傳感器，如具備5G模組的AR眼鏡、5G攝像頭、5G安全帽、5G 工業(yè)PAD等，不具備5G能力的設備如AGV小車(chē)、機 械臂、自動(dòng)化焊機和PLC則通過(guò)5G終端設備接入5G 網(wǎng)絡(luò )，如5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)、5G工業(yè)路由器、5G CPE、5G DTU等。 

（2）在網(wǎng)絡(luò )層，根據各種設備的不同網(wǎng)絡(luò )需求和安全需求，將5G專(zhuān)網(wǎng)做網(wǎng)絡(luò )切片管理。生產(chǎn)網(wǎng)切片， 主要針對AR眼鏡、5G攝像頭等，帶寬需求較大的采用 eMMB切片；工控網(wǎng)絡(luò )切片，主要針對機械臂、AGV 等，對時(shí)延要求低的設備采用URLLC網(wǎng)絡(luò )切片。網(wǎng)絡(luò ) 切片采用切片隔離和切片認證技術(shù)保證網(wǎng)絡(luò )安全。 

（3）在邊緣計算層采用下沉式UPF+MEP服務(wù)器的獨享MEC模式，其由多個(gè)分布式協(xié)同服務(wù)器組成， 能提供可擴展的邊緣計算服務(wù)，可用于滿(mǎn)足可靠性、實(shí) 時(shí)性、安全性等需求。在邊緣層主要部署對時(shí)延要求比 較高的信息系統如焊機群控管理系統、SCADA系統和 塔吊控制的上位機系統等。 

（4）在中心計算層建設海工數據中心，在中心上部署大數據治理平臺和數字孿生平臺，在平臺上部署自 主研發(fā)的DIMS系統、ERP系統、MES系統、CRM等對 計算資源、存儲資源要求較高的系統。

 橫向上，根據海工數字轉型規劃，已初步建成天津臨港制造基地，未來(lái)將會(huì )繼續規劃青島智能制造基地和 珠海智能制造基地。

 海油工程整體部署方案如圖1所示。

圖1 海油工程整體部署方案圖

 2.2　數據架構 

目前的數據架構中，主要包括AWP架構（各類(lèi)單體模塊、CWP/IWP數據）、UDM架構（產(chǎn) 品結構視圖、圖紙結構視圖）、IWP數據包架構 （MBOM）、工藝路線(xiàn)架構（Process）、制造資源架 構（Resource）。系統中跨業(yè)務(wù)活動(dòng)設備、集成間的 集成方式均通過(guò)接口的形式實(shí)現，接口均按照制定的技 術(shù)規范進(jìn)行集成。其中，技術(shù)規范對接口通用說(shuō)明、需 求概述、接口架構設計（包含架構設計、技術(shù)路線(xiàn)）、 接口集成匯總清單、接口設計、系統設置等六大方面進(jìn) 行了規范設計。

 2.3　軟硬件部署 

2.3.1　邊緣計算層 

MEP服務(wù)器上部署了SCADA系統，SCADA系統作為MES系統與底層設備之間溝通的橋梁，對下可以將 MES信息下發(fā)到底層設備，對上可以將底層設備信息提 供給中心計算層包括MES在內的第三方系統。與MES 等上層系統相比，SCADA系統更傾向于底層設備的數 據實(shí)時(shí)采集，并將相關(guān)數據進(jìn)行歸檔，處理方便后續追 溯使用；與底層設備系統相比，SCADA系統提供了豐 富的IT接口，可采集包括MES在內的上層系統數據并 在現場(chǎng)看板做實(shí)時(shí)展示。SCADA系統可以采集智能橋 式起重機、RGV、等離子切割機、型鋼切割機、打磨機 器人、2臺焊接門(mén)架和1臺組對門(mén)架的設備狀態(tài)、報警參 數等數值，方便辦公室人員查看現場(chǎng)設備實(shí)時(shí)狀態(tài)及生 產(chǎn)進(jìn)度，并依次有車(chē)間級畫(huà)面、區域層級畫(huà)面和設備層 級畫(huà)面予以顯示。

 此外，5G智能工廠(chǎng)還在邊緣層部署了動(dòng)能監測系 統、智能安防系統、單體焊機群控系統、塔吊防碰撞系 統、塔吊遠程起重機安全監視管理系統、空壓機管網(wǎng)智 能調控系統、橋門(mén)式起重機監測系統、龍門(mén)吊監控系 統、門(mén)座式起重機監控系統、有機廢氣在線(xiàn)監測系統、 粉塵在線(xiàn)監測系統、環(huán)境因素在線(xiàn)監測系統、電動(dòng)通風(fēng) 采光系統共13套工控系統，實(shí)現對全廠(chǎng)區關(guān)鍵、大型 生產(chǎn)設備、系統的實(shí)時(shí)數據采集和監控，為安全生產(chǎn)、 能源管理、風(fēng)險管控、節能降耗、綠色環(huán)保工作保駕護 航，為全廠(chǎng)設備數據采集和一體化生產(chǎn)監控平臺建設打 下了堅實(shí)的基礎。

 2.3.2　中心計算層 

（1）打造了用于計劃管理、數字化工作包管理、 圖文檔管理、UDM主數據管理、變更管理、工藝路線(xiàn) 管理、計劃排程、工單管理、生產(chǎn)執行、資源調度、質(zhì) 量管理、材料管理、安全管理等的數字化智能制造管理 系統（DIMS）并部署在中心計算層上。DIMS系統以 “工廠(chǎng)化管理+工單制執行”為抓手，打造了一體化的 信息系統平臺，實(shí)現建造環(huán)節的“生產(chǎn)可監控，計劃可 跟蹤，質(zhì)量可追溯”，實(shí)現臨港基地的數字化協(xié)同建 造、高效率及時(shí)生產(chǎn)、高質(zhì)量準時(shí)交付。 

（2）部署了包含板材切割下料執行系統、甲板片 預制執行系統、工藝管線(xiàn)預制執行系統共3套MES系 統。MES系統作為車(chē)間執行層面的管控系統，主要用于 工單接收、執行和狀態(tài)反饋，具體內容包括工單接收、 工藝文件接收、圖紙接收、計劃排產(chǎn)、派工、報工、設 備監控、狀態(tài)記錄、工時(shí)填報及產(chǎn)品過(guò)程檢驗信息填 報和狀態(tài)記錄。通過(guò)應用信息化手段，大部分生產(chǎn)過(guò)程 的執行可通過(guò)信息化傳遞至相應的工作單元中，如板 材、型鋼材料加工、甲板片自動(dòng)焊接等。一些必須通過(guò) 手工執行的工作，其下達的指令可自動(dòng)記錄在信息化系 統中，方便跟蹤和追溯。此外，通過(guò)設計不同的工藝路 線(xiàn)，生產(chǎn)過(guò)程中的檢驗環(huán)節可在系統中填寫(xiě)、提交，基 本覆蓋質(zhì)量控制的要點(diǎn)，實(shí)現質(zhì)量信息追溯完整性。 

（3）部署了用于庫存管理和材料出入庫管理的 WMS系統，并依據倉儲管理規范要求（供應鏈倉儲物 流管理辦法、供應鏈倉儲物流實(shí)施細則）對倉儲接收、 驗收、入庫、盤(pán)點(diǎn)、配送等進(jìn)行合規管理。通過(guò)WMS 系統與WCS系統的集成，實(shí)現對立體倉庫、堆垛機、 RGV輸送車(chē)、AGV小車(chē)、輸送線(xiàn)等自動(dòng)化配套資源的 調度，完成物資入出庫、上下架調度、庫存管理等基礎 業(yè)務(wù)功能，實(shí)現倉儲入出庫全流程的可視可控。通過(guò) WMS系統與SAP系統、DIMS系統、MES系統等各系 統軟件的高效集成，完成材料與生產(chǎn)的融合管理。

（4）其他的辦公系統如ERP、CRM等。

 2.4　5G應用場(chǎng)景打造 

5G應用場(chǎng)景主要部署在邊緣服務(wù)器上，結合海洋 石化裝備制造業(yè)先生產(chǎn)預制構件后建造組裝的特點(diǎn)，可分為生產(chǎn)和建造兩大模塊。 

2.4.1 在生產(chǎn)模塊 

 （1）5G+智能倉儲 

5G智能倉儲系統實(shí)現了2500平方米范圍內設備的 自動(dòng)作業(yè)、2304個(gè)貨位的智能化作業(yè)，減輕了工廠(chǎng)作業(yè) 人員的工作強度，提高了產(chǎn)線(xiàn)作業(yè)能力，實(shí)現了貨物的 自動(dòng)搬運及智能倉儲，達到了少人化、智能化的目的。 

（2）5G+智能生產(chǎn)

 5G智能生產(chǎn)依托自主開(kāi)發(fā)的DIMS系統，在5G技 術(shù)加持下，員工在現場(chǎng)可以使用PAD登錄系統快速接 發(fā)數據，實(shí)現了生產(chǎn)的全流程數字管控，全面打通了設 計、倉儲與現場(chǎng)生產(chǎn)的數據，車(chē)間人員不必花費大量時(shí) 間在電腦前伏案整理數據，項目管理人員也不必時(shí)時(shí)刻 刻在現場(chǎng)監督，大大節省了人力成本，提高了管理效率 與生產(chǎn)質(zhì)量。 

（3）5G+人員安全

 在海工5G智能工廠(chǎng)里，北斗人員定位單兵巡檢 +5G的配合使用主要應用在5G智能工廠(chǎng)內作業(yè)人員管理 等場(chǎng)景，其通過(guò)5G高速率的特性，將采集的位置信息 實(shí)時(shí)回傳，同時(shí)結合5G MEC統一監控平臺，實(shí)現人員違規、廠(chǎng)區環(huán)境風(fēng)險監控的實(shí)時(shí)分析和報警，大大提高 了作業(yè)安全規范性。 

2.4.2　在建造模塊 

（1）5G+AR遠程指導

 當技術(shù)人員在總裝場(chǎng)地建造過(guò)程中，通過(guò)5G+AR 的創(chuàng )新技術(shù)對建造人員進(jìn)行視頻指導，基于5G網(wǎng)絡(luò )的 AR看到的內容可以讓一線(xiàn)操作人員解決現場(chǎng)遇到的問(wèn) 題；通過(guò)5G的低時(shí)延特點(diǎn)還可以擴展遠程協(xié)作功能， 可以將預組裝所需要的質(zhì)檢信息、物料信息以及工藝 工序信息及時(shí)地反饋給建造人員；通過(guò)5G+AR智能設 備，可以幫助一線(xiàn)組裝人員及時(shí)和研發(fā)設計中心進(jìn)行溝 通，利用基于5G的AR遠程協(xié)助，通過(guò)語(yǔ)音視頻通訊、 AR實(shí)時(shí)標注等功能進(jìn)行遠程協(xié)作，實(shí)現預組裝流程的 閉環(huán)管理，避免了線(xiàn)下自主溝通造成的資源浪費。 

（2）5G+塔吊遠程控制

 針對海油工程車(chē)間現場(chǎng)環(huán)境要求，建設一套現場(chǎng) 操作少人化、集中至中控室統一遠程操控的塔吊系統， 并通過(guò)在每個(gè)塔吊安裝高清攝像頭（覆蓋塔吊操作范 圍），以及聯(lián)通5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)與總裝場(chǎng)地5G宏站實(shí)時(shí)通 訊，實(shí)現中控室的集中遠程遙控的高清視頻可視化（低 延時(shí)、超高清）。根據各車(chē)激光防撞信號，對塔吊進(jìn)行 減速、停機等連鎖控制，并通過(guò)塔吊位置數據，優(yōu)化防 撞措施，同時(shí)通過(guò)起重重量限制、高度限制、超速限制 來(lái)提高塔吊安全監控與保護。

 （3）5G+視頻分析

 前端點(diǎn)位通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸，中心平臺支持視 頻進(jìn)行自動(dòng)智能分析，及時(shí)報告可疑事件的發(fā)生，并對 提取出來(lái)的事件信息和視頻數據進(jìn)行記錄，從而達到實(shí) 時(shí)報警和有效視頻檢索的目的。借助智慧化技術(shù)，實(shí)現 區域陌生人、車(chē)入侵布控預警應用，捕捉人體大圖，并 實(shí)時(shí)結構化分析，便于后續檢索查詢(xún)。

 2.5　安全措施 

本項目通過(guò)5G宏站+室分的SA組網(wǎng)的方式進(jìn)行無(wú) 線(xiàn)側的部署，實(shí)現廠(chǎng)區各類(lèi)數據的采集和下發(fā)，特別是 對移動(dòng)性要求高的應用終端，提供了便捷可靠的無(wú)線(xiàn)接 入方式，并通過(guò)部署邊緣UPF的方式，將聯(lián)通核心網(wǎng)的 分流和計算能力下沉到用戶(hù)邊緣，保障了可靠的生產(chǎn)控 制類(lèi)信息交互，并將園區普通用戶(hù)流量和園區內網(wǎng)數據 流進(jìn)行隔離和分流，提高了業(yè)務(wù)數據的安全性。本項目安全措施如圖2所示。

 圖2 安全措施圖

 3　代表性及推廣價(jià)值 

3.1　創(chuàng )新性 

本項目是產(chǎn)學(xué)研用一體實(shí)施（同時(shí)開(kāi)展研究，同時(shí) 開(kāi)展學(xué)習，同時(shí)落地應用）的代表。海油工程組建200 多人核心技術(shù)團隊，聯(lián)合中國聯(lián)通、國內知名高校和科 研機構，統籌國內外優(yōu)質(zhì)資源，攻克了數字協(xié)同設計、 智能化排產(chǎn)、智能定位組對、自動(dòng)切割焊接、智能倉儲 等海洋工程智能制造關(guān)鍵技術(shù)難題，成功搭建了工業(yè)大 腦。該項目以數據資產(chǎn)為核心，運用5G技術(shù)賦能，實(shí) 現智慧管理，填補了我國海洋油氣裝備數字化、智能化 制造領(lǐng)域的多項技術(shù)空白，成功探索了海洋石油工業(yè)領(lǐng) 域“以行業(yè)龍頭企業(yè)為需求、5G運營(yíng)商為保障、知名 高校與科研院所為支撐、相關(guān)企業(yè)為配套”的5G智慧 生態(tài)的全新模式。 

3.2　方案成熟性

 海工5G智能工廠(chǎng)的建設將對高端裝備行業(yè)智能工 廠(chǎng)建設與推廣應用產(chǎn)生示范帶動(dòng)效應，成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的 新引擎；將拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游200億元相關(guān)產(chǎn)業(yè)，帶動(dòng) 終端生態(tài)，推動(dòng)海洋裝備制造業(yè)數字化轉型，促進(jìn)海洋 裝備制造工廠(chǎng)5G技術(shù)的發(fā)展及應用，打造5G智能工廠(chǎng) 標桿，賦能人才培養。 全新的海工5G智能工廠(chǎng)正在孕育形成一系列以數 據為核心的海洋工程技術(shù)產(chǎn)品、服務(wù)模式和商業(yè)形態(tài)， 將極大拉動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng )新型企業(yè)不斷涌現壯大，并將 成為經(jīng)濟增長(cháng)的重要新動(dòng)能。

 3.3　商業(yè)價(jià)值 

海油工程天津智能化制造基地作為中央企業(yè)數字 化轉型示范基地，大量應用5G、工業(yè)大數據、人工智 能等先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)分析和總結公司多年來(lái)在大型工程 結構物方面項目計劃、生產(chǎn)組織、車(chē)間執行等技術(shù)和經(jīng) 驗，實(shí)現從項目管控、車(chē)間建造到廠(chǎng)區管理的全流程智 能化，為海洋油氣裝備行業(yè)提供了可復制、可推廣的數 字化、智能化運營(yíng)管理模式，也推動(dòng)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的整 體提升。 

（1）對于產(chǎn)業(yè)上游的材料和設備供應商，主要包 括鋼材、焊材、涂料以及各種設備制造行業(yè)，通過(guò)5G 的生產(chǎn)應用場(chǎng)景，將項目訂單的工藝、計劃。交貨信息 直接傳遞到供應商的系統中，同時(shí)能夠及時(shí)獲取供應商 最新的生產(chǎn)進(jìn)度及質(zhì)量反饋，在后續的總裝現場(chǎng)裝配過(guò) 程中，也可以通過(guò)5G+AR場(chǎng)景與上游供應商進(jìn)行遠程 配合解決現場(chǎng)的裝備問(wèn)題，整體提升了產(chǎn)業(yè)上游的服務(wù) 交付能力。 

（2）對于產(chǎn)業(yè)中游，主要為國內的博邁科、蓬 萊巨濤海洋、南通惠生等企業(yè)，還有中集來(lái)福士、外 高橋造船、招商工業(yè)、中遠海運重工等中國船廠(chǎng)，通 過(guò)運用多種5G智能場(chǎng)景，提升工廠(chǎng)的工作效率，降低 人力成本，杜絕安全事故，在海油工程行業(yè)內起到了 引領(lǐng)作用，對國家的能源行業(yè)發(fā)展起到了帶頭示范作 用。 

（3）對于產(chǎn)業(yè)下游，主要客戶(hù)是國際油氣開(kāi)發(fā)公 司、天然氣液化行業(yè)以及工程承包商。在服務(wù)下游業(yè) 主方面，本項目以整個(gè)海油工程EPCI核心主鏈條為主 線(xiàn)，實(shí)現了工程項目總包管理與業(yè)務(wù)的協(xié)同，最終實(shí)現 了項目高質(zhì)量低成本交付，推動(dòng)了海洋制造產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā) 展。

 3.4　社會(huì )價(jià)值 

（1）提升了我國海上油氣制造業(yè)的競爭力 

海油工程天津5G智能工廠(chǎng)的主要應用和價(jià)值創(chuàng )造 體現在工廠(chǎng)智能生產(chǎn)、工廠(chǎng)內部生產(chǎn)管理、產(chǎn)業(yè)鏈供應 鏈協(xié)同三大方面。海洋石油工程集團通過(guò)自身5G智能 工廠(chǎng)的建設，將5G、大數據、人工智能與工業(yè)場(chǎng)景深 入融合并積累了相關(guān)場(chǎng)景的建設經(jīng)驗，為我國海洋油氣 制造業(yè)的數字化轉型提供了可供參考、可以落地的重要 經(jīng)驗，對提升我國海上油氣制造業(yè)數字化、打造行業(yè)核 心競爭力具有重要意義。 

（2）保障了國家海上能源安全獨立自主

 受地緣政治沖突、新冠肺炎疫情、氣候變化等多重 因素疊加影響，國際能源形勢呈現諸多新變化。我國作 為能源消費大國，面對國內陸地石油資源日益枯竭、國際油價(jià)突飛猛進(jìn)的新常態(tài)，海上石油的開(kāi)發(fā)利用成為了 解決這一問(wèn)題的重要抓手之一。

 海洋石油工程集團作為國內唯一一家具備全產(chǎn)業(yè)鏈 裝備制造能力的海上油氣裝備制造商，面對行業(yè)發(fā)展瓶 頸，結合企業(yè)自身發(fā)展痛點(diǎn)，通過(guò)海油工程天津5G智 能化制造基地的建設，并采用國產(chǎn)裝備開(kāi)發(fā)油氣資源， 大力提升了海洋油氣裝備的制造能力，為推動(dòng)海洋科技 實(shí)現高水平自立自強、保障國家能源安全、建設海洋強 國作出了突出貢獻。 

（3）推動(dòng)了我國數字經(jīng)濟加速向前發(fā)展 

當今時(shí)代，數字技術(shù)、數字經(jīng)濟是世界科技革命和 產(chǎn)業(yè)變革的先機，是新一輪國際競爭重點(diǎn)領(lǐng)域。天津海 工5G智能工廠(chǎng)建設發(fā)揮了智能制造、數字工廠(chǎng)的示范 作用，海工5G智能工廠(chǎng)正在孕育形成一系列以數據為 核心的技術(shù)產(chǎn)品、服務(wù)模式和商業(yè)形態(tài)，其相關(guān)領(lǐng)域的 創(chuàng )新型企業(yè)在不斷涌現壯大，自身也在形成一個(gè)新興產(chǎn) 業(yè)，并將成為經(jīng)濟增長(cháng)的重要新動(dòng)能。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年第2期暨《邊緣計算2023專(zhuān)輯》