综合智慧能源管理系统架构设计与开发

邵湘萍,邹玉华,彭嘉祥,杨慧君,余同启

(1.五凌电力有限公司,湖南 长沙 410004; 2.国能陈家港发电有限公司,江苏 盐城 224624; 3.湖北国网华中科技开发有限责任公司,湖北 武汉 430000)

近年来,随着我国能源基础设施水平的快速发展,企业对信息化的支撑、数据与信息的交互程度、分析的实时性和准确性提出了更高的要求。作为传统信息的载体,纸张的使用速度逐年递增,与之相关的还有环境污染,资源过度消耗问题[1-2]。20世纪80年代,微电子技术带来的新科技革命使传统生产流程中图纸的手工设计转变成计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD),减少了纸张的消耗,也使信息的传递变得更为便捷,提高工作效率。为了满足能源和社会需求的矛盾,开发取代传统业务流程的信息化管理系统的需求迫在眉睫[3]。本文根据综合智慧能源项目的管理需求和安全要求,提出了项目文件管理的信息化解决方案。

综合智慧能源是能源革命的一种实现形式,其针对区域内的能源用户,改变原有的不同能源品种和不同供应环节单独规划、单独设计、单独运行的传统模式,以绿色清洁电能为核心,提供电、热、冷、气、水、氢等能源一体化的解决方案。通过中央智能控制服务平台,实现横向能源多品种之间、纵向“源—网—荷—储—用”能源供应环节之间的协同和互动[4-5]。

综合智慧能源项目是各种业务类型在不同应用场景下的按需组合,以满足用户多元化的用能需求。通过对不同业务类型和场景的研究,实现对综合智慧能源公司综合管理、生产运营和研发过程中产生的文字材料、运营数据等资料规范化分类和归档[6-7]。目前,实际建设过程的项目文件管理还存在着管理体制不健全、责任落实不到位、管理经费不足、保存条件简陋、工作流程不规范、管理人员业务水平低等普遍性问题[8-9]。此外,在施工过程中很少注意项目文件的收集,将导致后期工作繁重。在传统模式下,工程项目管理的控制难度大,而项目文件的管控是整个项目执行过程中一个必不可少的环节,档案管理必然要求有新的创新。

本文基于工程项目管理理论,提出了一种科学实用的综合智慧能源项目文件管理系统,对项目管理起到积极作用。该系统拟加强综合智慧能源项目的整个生命周期过程中的文件管控[10],以确保文件的完整性和规范性。本文分析了综合智慧能源工程建设过程中各项业务流程的文件保存需求,并以光伏发电项目建设为例说明综合智慧能源工程项目建设中文件管理的工作流程和必要性;介绍了综合智慧能源管理系统的软件架构,各个功能系统子模块功能以及系统数据库的设计;并对整个综合智慧能源项目文件管理系统进行了功能总结和评价。

1 需求分析

1.1 综合智慧能源项目文件管理分析

本部分将分别从综合智慧能源工程项目的前期和中后期分析文件管理的需求。

在项目执行前的阶段,需要处理和保存大量文件,而且这些文件在工程中通常非常重要,包括从项目初始阶段开始需要留存的各种测试数据、图纸,内容有文字、表格、图片、音频、视频等多种形式。项目文件不仅是工作成果的重要记录,也是实施和项目验收的重要依据。项目施工初始阶段需要收集的文件见表1。

在项目执行的中后期,也需要根据不同文件的特点和作用,结合初始阶段的工作流程,明确文件收集范围,保存各类文件。下面列举了在项目中后期需要处理和存档的常见文件类别:①项目相关文件。项目期间产生的相关文件,如设计图纸、合同和财务报告。②项目规则。关于如何存储、分类和管理文件的指导原则,以及不同档案管理者的责任。③文件检索方法。根据需要访问和检索文件的程序。

鉴于项目文件收集成果数量多、内容专业、时效性强、形式多样等特点,文件管理人员应在初始阶段及时收集从各环节形成的各类文件,根据文件的真实性、准确性、完整性和系统性原则,这些文件应按类别和形成登记、归档和保存时间进行分类,以确保文件具有清晰的目录和层次结构、格式标准、内容完整。本文提出以“一个中心,垂直集成”为中心思想的综合智慧能源项目管理框架。“一个中心”是指基于WBS的渐进式工作流程图系统。“垂直集成”是指初始阶段4个子阶段(决策、施工准备、勘察和设计、项目审批)的项目文件管理工作流程。此外,该系统还通过协调各项目部门的横向集成辅助实现施工项目文件的集成管理[11-13],如图1所示。

1.2 综合智慧能源文件管理系统的应用

广义综合智慧能源项目是一个以通信技术为支撑的集发电、传输和分配、转换、存储、消费于一体,综合能源发电、传输和消费的系统。综合智慧能源管理系统终端如图2所示。

图1 综合智慧能源项目文件管理系统框架Fig.1 Comprehensive smart energy project document management system framework

图2 综合智慧能源项目系统终端Fig.2 Comprehensive smart energy project system terminal

综合智慧能源文件管理系统通过研究不同业务类型和场景的需求了解用户对能源的具体需求,并结合公司的实际情况来制定相应的组合方案,下面以光伏发电工程项目为例说明系统在整个工程中的应用。

综合智慧能源项目包括能源生产工程、能源运输工程、负荷管理工程、储能建设工程这几个关键环节。与项目相关的文件包括:①光伏电站的土建设计图纸、电气设计图纸和结构设计图纸;②合同文件,包括设备采购合同和施工合同;③财务报告,包括项目投资计划、投资收益分析报告等。对上述文件的归档使用文件存储的方式,如将电子文件加密后存储在本地硬盘、磁带、光盘驱动器或云服务商,纸质文件存放在档案室。文件可按照项目阶段分类或按照文件类型分类,同时分配好每一位档案管理员的责任,例如项目经理负责维护文件的准确和完整性,档案管理员负责存储文件。文件的检索使用文件名称、项目阶段、文件类型等关键字建立数据库索引。文件的备份遵循“3—2—1 原则”,即相同的数据有3个副本,存储在2种不同媒介上,有1份需要在异地保存,做好地震、火灾等灾害的预防工作。

综上所述,利用文件管理系统,对生产运营、研发过程中产生的文字材料、运营数据等资料进行规范化分类归档,方便日后需要时快速找到相关资料。通过组合不同的能源项目,从多个方面满足用户的用能需求,提高能源的利用效率,同时也提高了管理者的水平。

2 系统组成

传统文件管理流程中,各部门相互独立,因此数据在线共享是一个问题。根据上述改进的管理策略,开发基于多平台融合数据的综合智慧能源项目文件管理系统[14-15]。软件的主要功能子模块如图3所示。

图3 综合智慧能源项目文件管理系统子模块Fig.3 Comprehensive smart energy project document management system submodule

E-R图(Entity-Relationship diagram)是数据库系统设计不可或缺的一个环节。E-R图描述了数据库中的实体、属性和关系,它们共同构成了数据库的逻辑结构。在整个综合智慧能源项目文件管理系统设计中,E-R图可以作为系统的需求分析和数据建模的输入,并为后续的数据库设计、编程和实现提供了基础[16]。通过对E-R图的分析,开发人员可以更好地确定数据库的数据结构,并在此基础上设计数据库模型。本综合智慧能源项目文件管理系统的数据库设计E-R图如图4所示。

2.1 系统登录和基本信息管理

该模块的主要功能是设置登录权限,方便各级管理人员使用。一般用户只能使用系统。但管理员除了使用系统外,还可以添加用户、更新系统文件模板等。在综合智慧能源工程项目中,项目管理纵向流程是项目实施过程中不可缺少的一部分。它主要包括项目前期规划、项目开发、项目施工和项目竣工验收4个阶段。①项目前期规划阶段包括对项目的详细规划和预算,包括预算的确定、风险评估和合同的签订;②项目开发阶段包括项目的设计、招标等活动,这些活动是确保项目成功实施的关键因素;③项目施工阶段是实际建设阶段,包括施工图的制定、生产的准备、安装的开始和设备的安装;④项目竣工验收阶段是确保项目质量和完成度的重要阶段,包括竣工验收、设备的调试和最终交付。通过项目管理纵向流程的不断实施,可以确保项目的顺利实施和高质量完成,体现了图1中的纵向流程。

图4 数据库实体—联系Fig.4 Database entity-contact diagram

综合智慧能源工程项目管理涉及多个部门,包括工程设计、采购、生产、安装和调试。这些部门必须密切合作和协调配合,以确保项目的进展和质量。工程设计部门需要确保设计方案符合相关标准和规范,采购部门需要保证材料和设备的及时到货,生产部门需要确保设备的生产质量,安装和调试部门需要确保工程的高质量安装和调试。这些部门之间的合作和协调配合是实现项目目标的关键因素,同时也是保证项目的顺利实施的重要前提,体现了图1中的“横向部门”。

项目基本信息导入系统后,将生成标签作为后续统计分析和评估的重要标准。里程碑计划信息导入系统后,将作为实施进度的判断基准,基于里程碑计划生成的条形图可以直观地显示项目进度。

2.2 项目数据导入和进度管理

本模块主要管理每个项目的实施进度。首先,使用光学字符识别(Optical Character Recognition,OCR)技术识别图片中的文本,或直接读取文件中的项目进度数据,根据设置的规则进行预处理并导入系统。

数据导入后,每个项目都会自动生成项目执行进度、预算使用情况、计划预期进度和项目实际进度,然后通过比较,生成报表。同时,系统自动判断应完成的节点,在每一个统计周期结束时根据实际完成节点、异常节点来判断应该在下一统计周期中完成的节点。

2.3 项目统计分析和报表管理

本模块主要管理项目的经费或项目完成目标。前一小节介绍的项目进度管理系统的统计维度可以根据实际需要进行选择,具体目标包括决策、施工准备、勘察和设计、项目审批4个子阶段,以及分析项目里程碑节点的完成率和及时性。最后,根据系统设置的所需统计需求和通知模板,通过计划任务自动生成关于实施进度和里程碑节点的月度报告以及预警信息,用户和管理员可以在系统中下载报告,同时预警信息通过邮件服务器或消息推送服务器及时通知给相应的用户,使项目管理流程实现自动化。

2.4 项目总体评估和分析管理

本模块通过分析不同设备的投资、材料和服务的采购和实施、预算偏差分析和里程碑实施,实现项目成本控制、项目计划的合理编排以及项目典型问题的解决。

2.5 项目帮助和查询管理

本模块主要提供项目进度定义、计算公式、系统操作说明以及数据的查询。为了对系统的组织结构和功能进行分析,本系统使用业务流程来实现这一目的。以一个实际的项目的业务流程为例,将涉及到的流程串联起来进行分析。业务流程图是用一系列规定的符号及箭头方向将某个具体业务连接起来的处理过程。业务流程分析可以清晰地了解该业务的处理过程、查看错误的流程,修改或取消不合理的部分,优化业务处理流程。文件管理系统的业务流程如图5所示。

图5 业务流程Fig.5 Business flow

3 结论

在综合智慧能源项目的初始阶段,需要处理大量的文件,这些文件在施工、质量评估、验收管理和后续维护中发挥相当重要的作用,是以实际能源项目管理流程为依据设计开发的。

(1)通过工作分解结构分析,本文提出的文件管理系统将文件收集和工作流相结合,将所有相关文件按照工作流分组。

(2)使用该系统可以融合多个平台的数据,通过与里程碑计划比较,实现项目进度的偏差分析,并自动报告施工进度。

(3)对预算执行和计划节点预警,实现了对生产项目过程的精确管理和控制,指导项目管理和投资规划。

(4)本系统的开发推动了综合智慧能源企业无纸化办公的进程,帮助企业节约生产成本,降低了资源浪费,增加企业收益,具有较好的社会意义。