石化企业仪表调校记录管理系统的设计与实现

曹纪中 熊智华

（1.金陵石化公司；2.清华大学信息科学技术学院）

石油化工企业普遍实行2～4 年一次的生产装置大检修模式，大检修对装置长周期平稳运行起着至关重要的作用。 某企业烷一车间作为主要生产车间，承担了该企业的核心生产任务。 优化生产工艺并合理调配人员和设备是提高生产能力、改善产品质量的关键［1］。 作为生产装置的“心脏”，仪表保持完好显得尤为重要。 但是目前仪表调校记录仍采用手工作业， 操作人员工作量大，急需开发管理系统，以提高工作效率。

在仪表检修时，操作人员需要对全部仪表进行现场检修， 针对不同类型的仪表进行调校测试， 测试结果合格后填写调校记录并整理归档。目前企业采用人工填写纸质调校记录的方式，需要完成校验、填写及复核等工作，从而填写形成仪表投用的原始记录。 烷一车间有1 000 多台仪表，每台仪表的调校记录大约有60 个数据，因此填写仪表调校记录的工作量巨大。 由于装置检修的时间性要求高、操作人员工作强度大，首次错误率达到了约10%。每张纸质调校记录表格的填写时间大约需要180 s，而且往往需要多次调校、修正和重复记录，再加上表格数量多，造成记录和整理需花费很长的时间。 在记录整理归档后，由于纸质案卷多，查阅时非常不方便，严重影响工作效率。 根据调校记录表格的共性和查阅记录表格的需求，技术人员应尽快采用信息技术开发调校记录表格管理系统， 实现表格的数字化、管理的信息化，让仪表人员从机械化、重复性的高强度填写、复核、修正工作中解放出来，提高工作效率。

1 问题分析与解决思路

针对上述采用纸质表格方式进行仪表调校记录工作中存在的问题，采用质量管理中的要因分析法进行分析， 即分析造成问题的重要原因，通过缩小范围，从解决要因入手，进而寻找解决方案。 对仪表调校记录效率低的问题，从人、机、料、法、环5 个方面分析得出多个末端因素。 笔者仅针对得出重点原因的过程进行分析。

表格数据错误率高的末端因素，需要对仪表调校记录数据的特点进行分析，从而找出错误率高的要因。 通过调研现有的各种类型仪表的调校记录表格，可以将其中的数据分为4 类，分别为通用数据、现场数据、实验数据和推导数据。 通用数据是指某批次调校记录中通用的数据，例如签名和日期，约占整个数据量的10%。 现场数据是指仪表自身的信息， 例如位号、 型号等， 约占11%。 实验数据是指调校测试实验得到的数据，例如压力变送器的上下行程误差，约占18%。 推导数据则是依据一定的规则，采用前3 种数据中的部分数据进行计算或判定而得到的数据，例如标准表信息、误差变差等，约占61%。 为了便于分析，依据上述4 种数据的特征，对数据进一步进行归类，将前3 类数据统一称为一次数据，由一次数据推导而来的数据称为二次数据。 通过分析错误数据可以发现，错误往往出现在人工利用一次数据计算误差、变差时，致使二次数据错误多，增加了整体错误率。 因此，人工计算错误多是调校记录效率低的要因。

采用纸质表格方式开展仪表调校记录工作，会造成记录和整理时间长、 查阅时间长等问题。经过分析可以发现，在仪表调校记录过程中人工填写占用了大量时间，因此人工填写表格方式是调校记录效率低的要因。 由于采用纸质的记录表格，在没有纸质文件快速检索的前提下，必然会造成表格查阅时间长的问题，因此纸质文件难以检索是调校记录效率低的要因。

根据质量管理中的要因分析法， 分析仪表调校记录效率低的原因，得出了人工计算错误多、人工填写表格方式、纸质文件难以检索3 个要因。因此，针对这3 个要因给出解决方法，就能达到改善以上情况的目的。在解决方案中，采用数字化的记录表格是解决问题的关键， 可以设计一个能满足实际生产需要的调校记录管理系统。

信息技术为解决上述问题提供了有效途经，其中表格的数字化是前提，数据的信息化处理是核心。 在常见的设计中，普遍存在的问题是各种系统之间相互独立，缺乏信息自动转换和共享功能［2］。因此，本次设计将采用多软件的联动使用来避免以上问题。 本次设计的核心点是数据管理，它是对数据形式的记录信息进行管理，还应具有数据采集、存储、分类、汇总、统计、分析、查询及报表生成等功能［3］。因此，本次设计的工作流程为先建立数字化表格，将人工纸质作业转换为数字化管理，然后利用数据库和软件编程对数据进行流程化处理。

2 系统设计与实现

2.1 系统功能

为了设计和实现仪表调校记录管理信息系统，先建立数字化的表格，然后利用数据库和软件编程对数据进行流程化处理，并生成相应的调校记录表格。 因此，调校记录管理信息系统的功能应包括以下内容：

a. 制作不同类型仪表的Excel 样表， 实现数字化的调校记录；

b. 为每种类型仪表建立MySQL 表， 用于存储原始数据；

c. 使用Python 实现对不同MySQL 表的数据读取和数据处理功能；

d. 使用Python 实现对调校记录的生成功能；

e. 可在Excel 和MySQL 中实现双查阅调校记录的功能。

根据功能要求，给出了系统设计流程，如图1所示。

图1 系统设计流程

2.2 调校记录数字化

通过调研现有仪表调校记录工作规范，查阅不同类型仪表的Excel 调校记录样表， 制定相应的电子表格， 有利于实现调校记录的数字化，从而实现业务的数字化管理。 还可通过软件程序依据样表生成每张调校记录，以方便查询，同时在Excel 和MySQL 中实现双查阅调校记录的功能。

在调研现有仪表调校记录纸质表格的基础上， 设计了多种类型的仪表调校记录样表。 图2是压力变送器调校记录样表的表头，其中列出了表格中的一次数据，例如位号、型号、允许误差及标准值等。

图2 压力变送器调校记录样表表头

2.3 数据库设计

本次设计采用MySQL 数据库表存储仪表调校记录数据，以实现存储原始数据的功能，形成原始调校记录， 并且作为后续程序读取的数据源。 采用MySQL 建立了与调校记录样表一一对应的数据库表， 其中按仪表的种类还设计了包含不同字段的数据库表。 表1 是某个压力变送器的数据记录， 原始数据记录内包含一次数据中的现场数据以及上下行程误差等实验数据。

表1 某压力变送器数据记录

查询单台仪表信息时，可使用只含有单个仪表信息的数字化Excel 调校记录。 查询多台仪表信息则可使用数据库查询语句DQL 来查询MySQL，以实现在Excel 和MySQL 中双查阅调校记录的功能。 这样获得的多组数据可以进一步用于可视化分析等管理工作。

MySQL 数据库本身内嵌了大量针对计算机网络的保护特性，提供了用户标识、确认、加密、授权及审计等控制来实现对数据库的安全保护［4］。 因此，本次MySQL 数据库设计也包含了用户密码、主机地址等保密措施。

2.4 程序设计

相比于其他语言，Python 语言具有很多成型的库或模块可以使用，因此，本次的程序设计和实现使用Python 来完成。以表1 所示的压力变送器数据记录为例，设计的运行流程如图3 所示。

图3 压力变送器运行流程

程序内包含MySQL 数据库连接所需的默认地址、用户名及密码等信息。 当程序开始运行时，需要输入作为原始数据源的MySQL 数据表名，例如输入“表1”，程序将自动读取表1 的全部行数并定义光标，作为程序运行的起止信号。 接着读取第1 行的数据，然后按照程序设置好的处理逻辑， 依据规则利用一次数据推导出二次数据。最后，程序将复制图2 所示的压力变送器样表并填入全部数据。 在执行完一行的操作之后，光标会移至下一行重复以上操作。 当全部行执行完毕之后，程序结束。 程序的每一次运行，可以实现对一张数据表内每一行的操作，从而生成一张对应的调校记录表。 表2 给出了数据处理中采用的相应方法。

表2 设计方法

3 应用成效

仪表调校记录管理信息系统设计完成后，将其和之前的人工操作方式进行多次比较实验，发现记录和整理时间由180 s 缩短至约20 s， 错误率基本为零， 查阅时间也由分钟级缩短至秒级。人工操作方式所存在的错误率高、 整理时间长、查阅时间长三大问题，在采用调校记录管理信息系统后得到了根本性改善。

4 结束语

信息技术升级带来的信息化取代人工操作是发展的必然趋势，可以从机械化、重复性、高频率的部分取代出发， 逐渐实施更复杂的逻辑判断。 本次设计将新技术应用于仪表调校记录管理信息系统， 解决了所在车间的实际工作问题，提高了工作效率，也提升了管理水平。 在本次设计中，由于仪表类型不同和所需数据不同，还需要人工核对现场数据，并输入数据库中。 在未来可以设计手持扫码枪对接数据库，在仪表端使用行业统一的二维码，使用扫码枪快速从仪表端获取现场数据到数据库， 进一步减少相关环节的时间，最终实现智能工厂的建设目标。