级
F425.4学号2009006045
硕士学位论文
题目基于OE的设备维护维修信息系统
体系的研究
作者姓名
指导教师姓名、职称
马龙方明教授管理科学与工程2012年04月10日
学科(专业)名称提交论文日期
学位论文创新性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。
论文作者签名：____________日期：____________
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本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到《中国学位论文全文数据库》并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。
论文作者签名：__________导
师
签名：__________
日期：__________日期：__________
·注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出（含解密年限等）
中文摘要
论文题目：基于OE的设备维护维修信息系统体系的研究专
业：管理科学与工程
龙(签名)明(签名)
硕士生：马指导教师：方
摘要
随着生产设备的广泛使用和设备维护维修信息化的快速发展，石油天然气生产企业为了加强设备维护维修管理，需要对生产设备进行信息化建设。由于油气生产企业设备种类多、维护维修工作量大，设备维护维修信息系统的建设仅局限于某个管理部门或局部功能，信息系统体系的设计需要从企业生产管理整体考虑建设。
本文针对油气生产设备维护维修信息系统体系的优化设计问题，在研究OE管理系统、信息系统体系架构理论、SOA软件体系结构与多智能体理论分析与应用等基础上，首先，提出了以OE管理优化理念为基础的设备维护维修信息系统的总体架构，并将其与传统的设备维护维修信息系统体系进行对比分析，实现了分布式环境下企业设备维护维修信息系统体系的整体设计，通过以长庆油田长北项目部的设备维护维修管理为例，构建了基于SOA的OPEMISA软件体系结构，验证了SOA软件体系结构的合理性；其次，面对油气生产设备运行过程中产生的信息量大、类型多的特点，提出OPEMISA数据信息体系结构，采用数据仓库技术实现了设备维护维修中的大量数据分类和组织方式。最后，将人工智能领域中的多智能体技术应用到设备维护维修信息系统中，提出了基于多智能体的OPEMISA应用软件系统结构，实现了智能化的设备维护维修管理和决策。
关键词：信息系统论文类型：应用研究
设备维护维修体系结构SOA多智能体OE
II
英文摘要
Subject:researchontheEquipmentMaintenanceInformationSystemArchitecture
basedonOE
Speciality:ManagementscienceandengineeringName:
MaLong(signature)
Instructor:FangMing(signature)ABSTRACT
Withthewideuseofproductionequipmentandrapiddevelopmentofequipmentmaintenanceinformatization,oilandgasproductionenterpriseneedtoproductiveequipmentinformationconstructioninordertostrengthenthemaintenanceofequipmentmaintenancemanagement.Sincetheoilandgasproductionenterprisehaveakindsofequipmentandmaintenanceworkload,theconstructionofequipmentmaintenanceinformationsystemislimitedtocertainadministrativedepartmentorthelocalfunction.Therefore,thedesignofinformationsystemarchitecturefromwholeconsiderationoftheenterpriseproductionmanagement.
ThisthesismainlyfocusesonoptimaldesignofBasedonoilproductionequipmentmaintenanceinformationarchitecture,basedontheanalysisandtheapplicationofOEmanagementsystem，informationsystemarchitecturetheory,softwaresystemstructureofSOAandmulti-agenttheory.firstly,theequipmentmaintenanceinformationsystemarchitectureofbasedontheOEmanagementideafortheoptimizationisproposed,anditiscompared
withthetraditionalequipmentmaintenanceinformationsystem,Itrealizedwhole
designofequipmentmaintenanceinformationsystemarchitectureunderdistributedenvironment,takingmaintenancemanagementofChangBeiprojectdepartmentofequipmentinthechangqingoilfieldforexample,theOPEMISAsoftwarearchitecturebasedontheSOAisconstructed,andverifiestherationalityoftheSOAsoftwarearchitecture.Secondly,accordingtoproblemoflargeamountofinformationandtypeinoilproductionequipmentoperationprocess,OPEMISAdatainformationarchitectureisproposed,thedatawarehousetechnologyisusedinordertorealiseclassificationandorganizedwayintheequipmentmaintenancemaintenance.Finally,multi-agenttechonolyofthefieldofartificialintelligenceappliedtoequipmentmaintenanceinformationsystem,theOPEMISAapplicationsoftwaresystemstructurebasedonthemulti-agentisproposed,itisrealizedmanagementanddecisionmakingoftheintellectualizationequipmentmaintenance.
III
英文摘要
Keywords:InformationsystemThesis:ApplicationStudy
EquipementmaintenanceArchitectureSOA
Multi-AgentOperationexcellence（OE）
IV
目录
目录
第一章
1.1
绪论.............................................................................................................................1研究的背景和意义....................................................................................................11.1.1研究背景............................................................................................................11.1.2研究意义...........................................................................................................21.2
国内外研究现状........................................................................................................21.2.1信息系统体系结构的研究现状.......................................................................21.2.2设备维护维修信息系统研究与应用现状.......................................................41.2.3油气生产企业设备维护维修信息系统研究与应用现状................................51.3
目前研究存在的问题和主要研究内容....................................................................71.3.1目前研究存在的问题........................................................................................71.3.2论文研究的思路和内容....................................................................................81.41.5第二章
论文的创新点............................................................................................................9论文研究框架..........................................................................................................10相关理论概述............................................................................................................112.1.1信息系统体系架构的概念...............................................................................112.1.2信息系统体系架构的组成..............................................................................112.1.3信息系统体系架构的特点.............................................................................132.2OE——一种先进的设备维护维修管理理念..........................................................14
2.2.1OE管理系统的概念与实质............................................................................142.2.2OE管理系统的组成模型................................................................................152.3长北项目OE-MIE管理体系的内涵及实质.............................................................16
2.3.1长北项目OE-MIE管理体系的概念..............................................................162.3.2OE-MIE管理体系的实质...............................................................................172.3.3OE-MIE管理体系的内涵及组成...................................................................172.3.4OE-MIE管理体系的需求分析.......................................................................192.3.5OE-MIE管理体系的目标...............................................................................202.4本章小结....................................................................................................................21第三章基于OE的设备维护维修信息系统体系架构研究..................................................22
3.1基于OE的OPEMISA的组成---以长北项目为例...................................................22
3.1.1传统的设备维护维修信息系统体系的缺陷..................................................223.1.2基于OE的油气生产设备的维护维修管理信息系统体系模型..................23
2.1信息系统体系架构概述..............................................................................................11
V
目录
3.1.3基于OE的OPEMISA模型的特性................................................................253.2SOA的基本概念和特点............................................................................................25
3.2.1SOA的定义.....................................................................................................263.2.2SOA的特点.....................................................................................................263.3基于SOA的OPEMISA软件体系结构的设计.......................................................26
3.3.1SOA与传统的软件体系架构的区别.............................................................273.3.2软件体系结构的层次和组成.........................................................................273.3.3基于SOA的OPEMISA软件体系结构的特点.............................................303.4本章小结.....................................................................................................................31第四章OPEMISA的数据信息体系结构研究.......................................................................32
4.1数据仓库的定义和特点.............................................................................................32
4.1.1数据仓库的定义..............................................................................................324.1.2数据仓库的特点.............................................................................................324.1.3数据信息体系环境的定义和作用.................................................................334.2OPEMISA的数据信息体系的组成和工作原理.......................................................34
4.2.1数据信息体系的组成.....................................................................................354.2.2数据信息体系结构的工作原理.....................................................................374.3OPEMISA中数据仓库的数据组织...........................................................................38
4.3.1设备维护维修数据的组织结构......................................................................384.3.2设备维护维修数据仓库的元数据.................................................................394.3.3设备维护维修数据仓库的粒度设计.............................................................414.4设备维护维修的数据仓库数据组织体系结构.........................................................424.5本章小结.....................................................................................................................43第五章基于多智能体的OPEMISA应用软件系统结构......................................................44
5.1多智能体的基本概念.................................................................................................44
5.1.1智能体的定义和特点......................................................................................445.1.2多智能体概念和外延.....................................................................................445.2基于多智能体的OPEMISA应用软件系统的组成..................................................46
5.2.1传统OPEMISA应用软件系统的缺陷...........................................................465.2.2应用软件系统的层次结构和功能.................................................................465.3OPEMISA应用软件系统中多智能体间的协作和冲突消除...................................49
5.3.1多智能体间的协作技术..................................................................................495.3.2多智能体间的冲突消除..................................................................................515.4本章小结....................................................................................................................52第六章总结与展望.................................................................................................................54
VI
目录
6.1总结............................................................................................................................546.2展望............................................................................................................................54致谢.........................................................................................................................................56参考文献...................................................................................................................................57攻读硕士学位期间发表的论文...............................................................................................60
VII
第一章绪论
第一章绪论
设备维护维修管理在企业生产管理中起着越来越重要的作用，特别是对于石油天然气生产企业，加强设备维护维修管理，是保障企业安全、有效生产，提高生产效率的关键。面对油气生产企业设备种类多、资金投入大、数量多，管理困难、工作量大的现状，加大企业设备维护维修管理信息化建设的力度，提高企业信息化建设的科学性和有效性是非常必要的。
1.1研究的背景和意义1.1.1研究背景
本课题是以长北项目设备维护维修管理信息系统建设为背景开展研究的。长北项目是中国石油天然气集团公司与英荷皇家壳牌石油公司壳牌（中国）勘探与生产有限公司共同合作的对外国际合作项目。在长北项目的设备维护维修管理过程中，采用了“卓越运行”（OperationalExcellence，简称OE）的生产管理模式，产生了显著的效果，成为全国石油天然气生产企业管理的典范。OE-MIE（OperationalExcellence-MaintenanceIntegrityExecution，卓越运行—维护维修完整性执行）是OE的重要组成部分，是企业生产设备维护维修管理的一种新模式，在长北项目设备维护维修管理中起着重要的作用。对长北项目OE-MIE管理体系进行系统的分析总结，可以不断地改进长北项目OE-MIE管理效果，并在更大范围推广长北项目生产设备维护维修管理的成功经验。
设备在企业生产中的重要性日益增大，这给企业和社会带来了一系列新的问题，主要是因为设备性能的恶化(磨损、腐蚀等)、突发故障或维护维修人员的误操作等都会给企业自身或社会带来严重的损失，一方面，维修费用、管理费用已经不再是一项辅助性投入，而是成为企业建设的重要组成部分；另一方面维修效益、管理效果已经不再是微不足道的因素，而是成为影响企业总体投资和损耗、生产的安全性、产品质量、市场竞争力、环境保护等众多重大方面的重要因素。这对设备管理工作提出了严峻的挑战。
面对企业中使用的生产设备具有类型复杂、企业在设备维护管理和购买中投入巨额资金等特点，特别是随着许多复杂的综合性设备快速发展，以机电一体化为特色的设备的自动化水平越来越高，大型化、复杂化、精密化和柔性化成为设备发展的主要方向，与此同时，解决企业中的复杂设备的管理问题就必须实施信息化工作。因此，设备管理的信息化建设就成为现代油气生产企业关注的焦点。
基于上述的诸多复杂度的、不确定的难题成为现代企业的重点问题，而解决这一问题的最佳方法就是构建出相应的信息系统体系结构，既要改善设备性能、提高管理效率，又要优化设备效能，发挥设备投资效益，现代设备管理信息系统已经发展成为一项主要的企业管理系统工程。论文以长庆油田长北项目设备维护维修为依据，开展研究基于长北项目OE管理的信息化建设，将OE的先进管理理念与计算机信息系统体系架构完美融合，实现了企业整体管理思想的转变和先进的信息技术的应用。
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西安石油大学硕士学位论文
1.1.2研究意义
科学技术的发展，特别是以计算机网络为代表的信息技术革命和市场竞争全球化趋势的日益发展，企业之间的竞争日益加剧，加上政治、经济、社会环境的巨大变化，企业面临的是一个剧变随时发生、竞争异常激烈、需要企业不断创新的超竞争环境。信息系统在这些变化中的作用也逐渐凸显，而这些信息系统的开发尚未能说明企业有效实现了信息化，主要是由于它是从某些具体的业务而开发信息系统，没有从企业全局、整体出发，合理利用企业各种资源。因此，要想提高企业管理效率，企业的信息化和相应的信息系统体系结构的构建是必不可少的组成部分。企业信息化是国民经济信息化的重要组成部分，引入信息系统辅助企业管理，充当企业信息化建设的先锋，是企业信息化建设的基础和重点。企业的信息化是企业实现现代化的管理手段，企业信息系统是企业管理信息化的有力工具，推行企业管理信息系统体系是企业发展的必由之路。
在工业企业中，设备占企业资产总值相当的比重，是工业生产的物质技术基础。企业的劳动生产率不仅受工人技术水平和管理水平的影响，而且还取决于设备整体性能。这就需要我们对设备维护维修管理工作要足够的重视，如果不重视设备维护维修管理工作，不能及时地维护保养设备，短期内会造成设备生产率下降甚至因故障停机而增加损失；如果长期失修，就会因为设备的磨损不能及时维修而产生事故甚至提前结束设备的生命周期，这样会破坏连续和均衡的生产。尤其是现代油气生产企业自动化程度不断提高，有着很强的生产连续性，日常劳动活动不断地从依赖人力操作转而依靠设备的自动化操作。企业中的一台重要设备因故障停机可能会使企业全部停产，甚至造成已经生产出的半成品或产成品全部报废。为了克服这些问题，我们需要对企业实施信息化、自动化的设备维护维修管理，而信息系统的开发建设不能只是针对企业的某一部分或局部功能，这是由于设备的维护维修信息技术直接影响到企业生产过程中各环节之间的协调配合，因此，从企业整体战略的角度考虑构建相应的信息系统体系结构是十分必要的。
1.2国内外研究现状
1.2.1信息系统体系结构的研究现状
随着计算机应用技术的不断发展，信息系统的体系结构也在更新换代，信息系统体系结构(ISA)是在协助企业生产经营管理领域、计算机领域的广泛应用中形成的。总结信息系统开发设计和实际应用中积累的经验，我们认为它们不能取得预想目标的主要原因是:信息系统的规划和设计缺乏企业整体战略规划思想的指导，信息系统技术的应用、信息系统的开发忽略了与企业组织结构、人员、文化知识结构等之间的联系。因而，开发出来的信息系统缺乏灵活性，难以适应企业动态变化的业务需求。近几年来，国外有关学者提出了企业信息体系(EnterprisesInformationArchitecture)的新观点[1-6]，认为它能支持企业建立响应全球化、分散化、及时生产以及多种计算应用的系统平台。
信息系统体系结构(InformationSystemArchitecture，简称ISA)是近些年来出现的新型的研究领域，学术界对它的定义没有精准的界定.学者王众托认为，它“比单纯的计算
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第一章绪论
机体系结构、计算机网络体系结构、软件体系结构的意义更广泛而且更深远.它是指对企业整个信息技术应用按照企业发展远景所制订的总体发展规划，分步实施方法和策略，带有思想、观念和哲理性”
[7-10]
。
关于ISA的理论研究尽管经历了很长的时间，但是在国外实际应用中，已逐步地采用了建立信息系统体系结构的思想，并进行了一些积极地探索,然而，这些探索研究为开发人员提供了指导作用，也促使人们对ISA领域有了更加深入的认识和理解。
JohnZachmano（1987）是最早提出企业架构（EnterpriseArchitecture）概念的学者，在《AFrameworkforInformationSystemsArchitecture》一文中首次提出的信息系统体系结构框架，现在这个框架已成为企业管理业务变化的完整框架，并被业界广泛接受。他所创建的Zachman框架是我们建立信息系统体系结构的基础指南，Zachman认为由于信息系统实施的复杂性和规模的扩大，在定义和控制信息系统所有组成部分的整合和界面时，必须使用某种逻辑构建或架构。这种架构改善了信息系统领域的专业交流，将各种系统工具和方法论相互关联起来，开发出制订各种架构的新方法，也就是重新思考传统的信息系统体系架构应用开发过程的实质[11]。
Sowa（1992）认为，信息系统体系架构提供了一种将现实世界事物与计算机世界的表述相关联的系统分类，其目的是要说明信息系统中各个组成部分是如何相互联系和协同工作的
[12]
。
Rvan（1993）在Buildinganente中riseinformationarehitecture一文中也提到了企业信息系统体系架构，并对企业信息系统体系架构的概念做了进一步深化分析。文中进一步描绘了未来信息系统的蓝图、框架和实现途径。
PopkinSoftware（2002）认为，Zachman架构是一个以有用的相关的方式将企业知识关联起来的一种机制，它可以帮助使用者保证建立一个更加健壮的企业。从IT和信息系统角度看，该架构是一种保证技术解决方案与业务紧密相关的工具，也是一种提供将技术设计与当前业务需求整合起来的解决方案的途径[]。
KennethC．Laudon（2005）在其著作《管理信息系统，管理数字化公司》一书中提出了ISA的概念，并在信息系统、组织、管理与战略、管理体系、信息系统安全与控制和伦理道德体系等方面也有一定的描述。ISA是指使用适当的表达方式从不同角度对一个企业的信息系统进行描述，以产生一系列能代表企业实际情况的企业模型。Laudon认为，随着时间的推移，信息系统在企业和组织结构中的角色更加重要，并要伴随企业发展成为数字化企业
[15]
14
[13]
。
我国学者王众托认为，信息系统体系结构要比单纯的计算机体系结构、计算机网络体系结构、软件体系结构的意义更深远。它是指对企业整个信息技术应用按照企业发展远景所制订的总体发展规划,分步实施方法和策略,带有思想性和哲理性”
[15]
。
以上学者基本勾画出企业信息系统体系结构的轮廓，但又有所侧重，然而，他们都未能就企业信息系统体系结构，特别是从企业全面的角度如何构建很少涉及，也没有对
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西安石油大学硕士学位论文
支撑系统中的信息体系开展研究。
从上述分析我们得知，对信息系统体系结构的思想演变经历了两个阶段：
第一阶段：从技术方面的来讲。信息系统体系尚未能充分发挥它应有的作用，不能达到预期的效果，常常在使用的信息技术及会对信息系统造成的质量影响方面寻找原因。认为问题发生在技术或使用的软件选择上。IBM公司在尝试使用信息系统体系结构时，着重只考虑应用技术、数据、网络和支持系统的体系结构上，美国联邦通讯委员会(FCC)也不考虑处理器、软件、网络等技术方面的规划，主要侧重以技术方面。信息系统体系结构即为技术体系结构。
第二阶段:信息系统体系结构是一个复杂的系统工程。信息系统体系结构不仅仅是软硬件和技术方面的组成问题，它应包括组成成分和组成成分之间的关系，以及它们的整合、协调与集成。涉及到各学科领域汲取精华，如信息资源管理、全面质量管理、信息工程、企业过程重组等等。因此信息系统体系结构是一个规模庞大、复杂程度极高的体系结构。
依据上述信息系统结构的研究现状和演变过程可以看出，国内外的众多学者对信息系统体系结构研究的主要特点可以总结为以下三个方面：
(1)从定义的角度，学者们逐渐地对信息系统体系结构的定义给出了明确的界定。(2)从企业的角度，对概念界定的同时也与企业的整体战略规划考虑在内，但是很少涉及到如何从企业全面的角度去构建信息系统。
(3)从应用的角度，学者们只是对概念给出初步的想法，几乎没有涉及到实际的应用，对支撑信息系统的体系架构的研究还尚未开展。
1.2.2设备维护维修信息系统研究与应用现状
国内的设备维护维修信息系统，最初只是作为整个企业管理信息系统的一小部分，或者作为“生产管理信息系统”的一小部分出现的，它在企业的设备维护维修信息化建设中得到很少的重视。在制造企业内，大多数企业都建有“管理信息系统”，从70年代初起几乎与TPM(全员生产维修)开始推进的同时，以计算机为代表的现代信息处理技术的飞速发展，迅速地改变了设备管理手段落后的局面，到了80年代设备管理已从预防性计划维修，发展到状态监测维护维修时代。追根溯源，早期美国、德国、荷兰、日本等国的许多企业开始采用EDP(电子数据处理)技术，来参与设备维护维修管理工作，这也就是计算机辅助设备维护维修管理工作的开端。国外设备维护维修管理信息系统大体上分为四个阶段
[16]
:
第一阶段:以EDP为主的设备管理信息系统(主要用于局部的维修计划、备件管理及设备档案信息管理等)，这个信息系统主要是在管理层次使用。
第二阶段:综合性设备管理信息系统(主要用于预防性的计划维修、备件管理与采购、档案、维修人员管理)以及作业层使用的设备管理信息系统(包括状态监测及设备诊断专家系统)，它主要由企业的管理层人员在使用。
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第一章绪论
第三阶段:主要是建立由管理层与作业层的全面结合，并且有良好的决策支持功能的设备综合管理信息系统。
第四阶段:设备管理信息系统作为整个企业信息系统集成化的重要组成部分。世界上先进的工业国家大多普遍进入第三阶段，而且进入第四阶段的也很多，如日本新日铁、韩国、澳大利亚BHP公司及德国蒂森公司等。随着计算机技术得到广泛运用，已经普遍开始向第四阶段发展。
国内外企业在对设备维护维修信息的认识与应用水平上存在着较大的差距，主要体现在管理水平和技术水平方面。国外企业是在基本完成了工业化改造过程后，企业生产经营全面实现了现代化、规范化、制度化的基础上开展企业的设备维护维修信息化工作；而我国许多企业工业化改造尚未完成，企业生产经营的组织机构还尚未实现现代化、规范化和制度化的基础上就进入了设备维护维修信息化阶段。在技术上，我国大部分企业还没有完成机械化和自动化，实施信息化的时间相对较短，积累的经验也相对较少。因此目前国内企业中在多数情况下处于第一阶段较多，即利用计算机来进行小范围的辅助设备管理工作，少数单位已经开始迈入第二和第三阶段，这包括从国外引进先进技术以及自主开发，只有为数不多的大型企业步入了第四阶段。但是，不管目前我国的企业处于哪个阶段，也不管信息化程度的规模大小，计算机辅助设备维护维修管理所起的作用和影响是非常重要的。
从以上的研究现状来看，设备维护维修信息系统的主要特点：
(1)信息系统技术的利用范围有限，由于我国目前工业化和自动化的建设处于起步阶段，许多企业实时信息化的周期较短，信息技术还不成熟。
(2)信息系统技术的使用范围有限，部分企业虽然建设了业务应用信息系统，但是只是针对企业的管理部门而一线生产部门的作业层还难以实现全面的信息化管理。这种信息系统对于真正需要帮助的设备维护维修管理人员来说，它的这些功能还远远不够，这种软件系统体现的是一种粗放式的管理模式，看上去功能强大，实际落实至各个具体的管理功能上，功能十分有限。
(3)设备维护维修技术相对落后，我国目前的设备管理水平和技术水平相对落后，设备维护维修大部分采用的是事后维护维修和预防性维护维修手段。
1.2.3油气生产企业设备维护维修信息系统研究与应用现状
油气生产行业是一个跨专业领域、多种复杂知识相互交叉的技术知识密集型行业。油气生产企业信息化的发展也伴随着行业的发展进程，并发挥了相当重要的作用。20世纪80年代，计算机信息技术已经在油气生产勘探领域获得了较为广泛的应用，并取得了明显的效果；油气生产企业已经发展到了离开信息系统就无法生存的地步，全面信息化已经成为各石油企业的重要战略
[17-19]
。
美国前副总统戈尔（1998）提出的数字地球（DigitalEarth）概念而引发出来信息化油田。这个全新的概念一经出现，迅速得到BP、壳牌、斯伦贝谢、雪佛龙、挪威Hydro
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西安石油大学硕士学位论文
等全球的石油公司、技术服务公司以及能源咨询服务公司的广泛关注，兴起了油田信息化技术研究的热潮
[20]
。
剑桥能源研究会（CERA）组织（2000），“数字油田——新一代油藏管理技术”会议，研究报告阐述了数字油田技术将会给石油工业带来的影响、作用，同时，对这项技术给予了高度的评价和总结[21]。
英国皇家壳牌集团（2001）在整个企业内部，其中ERP及石油天然气行业解决方案的用户已达到53000名（其中从事下游业务的有3万名），占壳牌石油公司雇员的50％，即每两个人中就有一个人在使用这一系统。特别是壳牌的下游企业均应用了SAPR/3产品中所有的功能模块
[22]
。
美国石油工程师协会的年度技术会议和展览上（2005），对“数字化能源”进行了专题讨论，讨论的内容是在智能井技术的基础上，进一步研究报告了能源企业数字化的重要性和企业的可持续发展
[23]
。
斯伦贝谢SIS公司（2006）主办以“迈向数字化油田的通途”为主题的会议。此时，中国论坛“信息化油田”在厦门隆重召开，并且已成为21世纪石油和相关业界讨论的热门话题。在国外，关于“信息化油田”的文献已经大量涌现，在这些文献中，相当多的案例研究表明了数字油田的潜在价值和实际作用。“信息化油田”已经从初期的仪器、仪表和监测的数字化发展成衔接现场作业和各业务部门作业的闭环工作流程。通过这些业务流程的无缝衔接，信息化油田的全部潜能将不断得以发挥和实现
[23]
。
李道银、余忠凯、田海（2007）通过对油田数字办公平台、油田效益分析评价系统、数字井筒应用系统、钻井随钻剖面应用系统、油气勘探生产数据传输系统进行了介绍，对其建设目标、开发内容和技术路线进行了详细探讨。进一步丰富了信息系统在油田企业的应用
[24]
李海峰（2009）根据石油企业信息化发展特点的重新认识，提出了石油企业信息化建设一些建设性策略和发展目标的规划，对促进石油企业信息化建设具有积极作用设思路，对发展人工智能技术在石油企业中的作用具有重要的意义。
王侠，姜晶华（2011）根据我国数字化、智能化油田的发展现状和构想提出后，新疆油田公司在国内率先全面启动智能化油田建设，这对我国石油企业实施智能化开创了先河[29]。
石油天然气企业属于高危险行业，生产业务就在一线作业，作业队野外工作，分布地域辽阔，作业现场情况复杂多变，地理环境和气候条件以及设备故障等很多现场问题存在大量不确定性因素，其生产过程中存在许多安全隐患，从保障人员安全、保护环境、承担企业社会责任等考虑，其生产设备的完好、安全和可靠尤为重要。因此，设备的维修维护工作是石油企业不容忽视和十分重视的工作。与此同时，要想高效地管理油气生产企业的设备，油气生产企业的信息化和相应的信息系统的构建就成为企业发展的必经
6
[25-28]
。
丁润逸缪彬（2010）通过我国石油企业信息化的现状，初步提出了智能化油田的建
第一章绪论
之路。
根据上述研究分析可知，油气生产企业设备维护维修信息系统的主要特点可以概括为：
(1)该信息系统在一定程度上能为特定设备提供合适的维修方式,很大程度上保证了设备在不同状态下维修方式的选择,解决了设备维修系统的维修方式决策问题,为设备维修提供了很好的灵活性。
(2)设备维护维修信息系统在部分程度上减少高层管理部门和一线生产工作人员的工作强度,具有很好的数据采集和存储功能，实现了数据信息的共享。
(3)设备维护维修信息系统逐步引入了人工智能领域中的概念，针对关键设备采用智能诊断维修的思想,对设备进行主动性维修,避免了故障后果,保证了生产运营。传统的维修方式一般都是维修人员通过个人经验确定维修的时间和维修方式,往往会造成维修不足或维修过剩等现象,事后维修更会提高停机成本。
1.3目前研究存在的问题和主要研究内容1.3.1目前研究存在的问题
目前，油气生产企业的设备生产运行管理需要相应的信息系统的支撑，而设备维护维修信息系统建设其局限性在于仅仅是从信息系统软硬件构成来考虑开发，缺乏从信息系统架构整体考虑如何支撑设备的有效运行。从总体上讲，油气生产设备维护维修信息系统开发建设在许多方面还是传统型的、规定型的，面向个别管理部门的。在设备维修管理信息系统中，普遍存在着信息系统维护成本偏高、维护维修信息资源配置不合理等现象，其主要表现在：
(1)维护维修信息系统只是从单个部门应用方面考虑而没有从企业整体战略的角度考虑，造成维护维修信息系统业务应用范围的限制。在传统的设备维护维修建设中，主要依据设备制造厂的建议和维修人员的经验，相应的信息系统缺乏科学有效的定量分析功能，因而设备维护维修信息系统方式缺乏针对性和精确性，维修人力、物力资源不能得到合理配置。这必然会造成盲目的维护维修工作、计划检修标准项目和非标准项目以及其实施方案基本依靠维护维修和管理人员的经验制订，而不是基于科学、系统地分析设备故障的基础上，维修项目缺乏针对性，维修中对全部的环节都重视，不能突出维修重点，资源分配不合理，不该修的修得太过，该修的却未能引起足够重视。
(2)设备维护维修信息系统对维修过程中产生的基础资料存储不全面，这样会造成信息查询困难。在大部分油气企业，设备相关信息的记录和保存还采用传统的手工管理方式，效率低下，信息的保存不完整，而且维修管理各个部门各自负责一块，各自为政，易形成“信息孤岛”。对于设备数量多和技术密集型油气生产企业来说，海量设备相关数据的存储和查询困难，造成各部门之间信息沟通不及时，各个部门之间容易出现利益冲突，导致维修管理比较混乱，故障的处理和维修的效率不高，带来较多的故障损失。
(3)油气生产企业设备结构和工艺条件复杂，信息系统体系构建困难。油气企业生产
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西安石油大学硕士学位论文
装置是一个“人—机—过程—环境”相互作用的复杂系统，突出表现在生产设备数量大、生产环境复杂多变等方面。首先，生产设备零件类型多、数量大，零部件中存在着许多的非标准部件，致使生产设备的数据信息体系的构建复杂；其次，由于产品、环境、操作工况存在着差异，再加上工艺过程参数标准变化不定，信息查询和标准规范统一难度大；最后，因为维修人员技术水平的差异造成设备随机故障的比例增加，数据信息的采集和整理难度加大。
从油气生产企业设备维护维修信息系统研究的现状和信息系统体系的构建分析来看，设备维护维修信息系统体系结构存在着以下问题：
(1)油气生产企业的信息系统体系的管理只能是各部门各自的管理，由于油气生产企业的管理部门和一线作业部门在地域上的分散性，信息系统体系架构的设计还只是采用传统的架构模式，没有根据现实情况结合目前最新的软件体系架构SOA去解决以网络为基础的分布式信息管理的需要，这导致管理部门人员和维修技术人员为了查询某些信息，有时要亲自到现场才能收集的所需信息，更为严重的是有时还不能收集到所需信息，这严重影响了设备的管理与维修工作的效率。
(2)在设备维护维修的过程中，受到信息技术的限制，部分的设备维修管理工作缺少人工智能技术（多智能体）的支撑，信息系统体系架构部分上难以实现信息的自动化功能，在油气生产企业有限的生产环境和管理方式下，存在一部分的统计、查询和计算全都由手工方式来完成，他们面对的是一大堆的数据表格，日常的工作负担很重，而且，由于使用者的身份较多、管理也比较复杂，使得手工管理难以达到对数据安全性、完整性的要求。
(3)油气生产设备维护维修的数据信息对数据统计和决策分析有着重要的作用，直接影响着设备维护维修信息系统的使用效果。而这在信息系统体系架构的设计中缺乏考虑数据的分析和决策功能，面对油气生产企业中各个信息系统都各自比较完整地管理着某一部分的数据信息,数据以不同的数据格式和访问方式分散在不同的系统中,形成众多的信息孤岛,在各个信息孤岛中存在着许多冗余和不一致信息。因此，数据仓库技术是作为决策支持系统服务基础的分析型数据库，用来存放大容量的只读数据，为制订合理的决策分析提供了保障。
(4)油气生产设备的数据还只是简单的存储，数据库只是存储数据而不具备数据分析的作用，这对设备在使用中出现的故障、事故等，分析处理不快捷;有关维修费用统计、事故、信息反馈分析方面，手段不先进，管理工作上存在欠缺。
1.3.2论文研究的思路和内容
本文针对油气生产企业设备维护维修信息系统体系构建和数据的组织管理问题，在研究信息系统体系结构、SOA、多智能体及OE的理论分析与应用等基础上，将从OE管理系统和信息系统体系架构整体化的概念出发构建设备维护维修信息系统，提出了基于OE的设备维护维修信息系统体系和基于SOA的OPEMISA(OilProductionEquipment
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第一章绪论
MaintenanceInformationSystemArchitecture，简称OPEMISA)软件体系结构，并将其与传统的体系结构进行分析对比分析，实现了设备维护维修信息系统体系结构的优化和分布式信息通信的需要，同时，应用数据仓库的知识，构建了设备维护维修中数据组织结构以及数据信息体系环境的搭建。最后将人工智能领域中的多智能体技术应用到设备维护维修业务中，着重讨论了多智能体在分布式数据管理环境下的协调和冲突问题。实现了油气生产企业设备维护维修过程中基层运作和高层管理决策所需数据信息间的协同管理和信息资源的共享。
主要内容包括:(1)基本理论的介绍
通过对本文中用到的基本理论做了全面的介绍，尤其是OE管理系统中涉及到新思想、新见解进行了深入介绍，并对OE在长北项目中设备维护维修完整性执行（OE-MIE）体系中的内涵和实质进行了总体概述，对OE在完成全部设备维护维修过程的基本要求做出了分析介绍，这对本文的后续研究奠定了基础。
(2)面向服务（SOA）的设备维护维修信息系统体系结构的研究
通过对SOA和信息系统软件体系结构的理论分析与应用理论的深入研究，提出基于SOA的设备维护维修信息系统软件体系结构,并将其与传统的软件体系结构进行分析对比，实现了一线生产基地的设备维护维修数据与异地的管理部门之间的传输要求，通过长北项目设备维护维修数据信息组织结构，验证了此软件体系结构的有效性。(3)设备维护维修中数据信息组织的研究
在维护维修软件体系结构确定的情况下，研究提出了油气生产设备维护维修管理数据信息体系结构。在介绍了数据库和数据仓库的区别和特点的基础上，针对油气生产过程中，各类设备运行过程中产生的信息量大、种类多的特点，综合考虑到企业管理部门和一线维护维修人员对数据信息的重视，将数据信息分类管理，满足前端应用平台中数据挖掘和分析的需要，实现了数据信息的高效利用和共享。(4)多智能体技术在设备维护维修管理中的应用研究
提出基于多智能体的OPEMISA应用软件系统结构。在引入了人工智能中多智能体概念和特点的基础上，将多智能体技术应用到OPEMISA中，同时，着重讨论了多智能体在设备维护维修软件体系结构中的协同工作机制，这充分体现了油气生产设备维护维修过程中各部门和各系统模块间协调作用以及自动化管理决策的必要性。更为重要的是为管理人员和维护维修人员提供了辅助支持作用。
1.4论文的创新点
(1)研究提出了基于OE的设备维护维修信息系统体系
在介绍信息系统体系结构概念的基础上，将壳牌公司领先使用的OE管理思想应用到我国石油生产企业，本文以长北项目为例中的设备维护维修的特点以及从该企业涉及到的相关业务领域整体角度分析考虑，说明了长北项目中基于OE的设备维护维修信息
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体系的作用。
(2)给出了基于SOA的OPEMISA软件体系结构
考虑到设备维护维修在一线生产现场的实际环境和远在异地的管理部门之间地域上的分布特性，引入了目前计算机领域较为先进的体系架构SOA，从而解决了企业在网络环境下分布式数据传输和管理的难题。
(3)研究提出了油气生产设备维护维修管理数据信息体系结构
在介绍了数据库和数据仓库的区别和特点的基础上，针对油气生产过程中，各类设备产生的信息量大、种类多的特点，考虑到数据信息对企业管理部门和一线维护维修人员的重要性，将数据信息分类组织管理，满足前端应用平台中数据挖掘和分析的需要。(4)提出基于多智能体的OPEMISA应用软件系统结构
在引入了人工智能中多智能体概念和特点的基础上，将多智能体技术应用到OPEMISA中，同时，着重讨论了多智能体在设备维护维修软件体系结构中的协同工作机制和智能体间的冲突消除过程，这充分体现了油气生产设备维护维修过程中各部门和各系统模块间协调作用以及自动化管理的重要性。
1.5论文研究框架
基于OE的设备维护维修信息系统体系研究国内外研究现状理论支持信息系统体系数据仓库技术OE研究背景目的和意义相关理论概述现实依据现实管理难题维护维修信息管理系统基于OE的设备维护维修信息系统体系模型的研究系统现状OE管理思想的实际应用SOA软件体系结构的应用与传统软件体系结构对比分析基于SOA的OPEMISA软件体系结构设计OPEMISA的数据信息体系结构研究基于多智能体的OPEMISA应用软件系统结构提出结论和展望图1-1基于OE的设备维护维修信息系统体系的研究
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第二章相关理论概述
第二章相关理论概述
本章详细介绍了信息系统体系架构的概念、组成关系和特点，并对OE管理系统的相关理论知识做了总体的介绍，系统地阐述了OE管理理念在设备维护维修信息系统中突出作用。
2.1信息系统体系架构概述
2.1.1信息系统体系架构的概念
在信息系统中使用体系结构这一术语,不同于的计算机体系结构,网络体系结构和数据体系结构那么易于理解。这是因为信息系统是基于计算机、网络通讯等现代化工具和手段,服务于信息处理的人机系统数据体系结构更为复杂。
信息系统体系架构(InformationSystemArchitecture---ISA)指的是在全面考虑企业的战略、业务、组织、管理和技术的基础上,重点研究企业信息系统的构成要素及构成要素之间的关系,建立起分层次多维度的、集成的开放式体系结构,并为企业提供具有一定柔性的信息系统,及灵活有效的实现方法
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,不仅包括了计算机、网络和数据信息等,并且还包含
了大量人为的因素,因此对ISA的研究要比单方面的计算机体系结构、网络体系结构、
。
它是为企业使用信息技术提供了长远战略规划,是适合企业业务和信息资源最佳利用的方式.信息系统体系结构的概念代表了信息技术计划方法的一个重要研究进展,与强调企业各职能部门(财务、市场营销、工程等)信息需求的“自顶向下”的方法完全不同,信息系统体系结构开发过程采用的是“自顶向下”的方法,它强调了信息对于跨越职能部门间业务流程的支持作用。信息系统体系结构体现了企业的整体战略目标,企业职能、流程和任务规划的业务过程,并将企业整体战略目标、业务过程与提高企业生产效率所需的信息有效地结合起来。
2.1.2信息系统体系架构的组成
虽然不同的企业在组织结构、管理、文化、技术水平上有所不同，但就如何将信息技术、信息系统与企业的具体业务、组织结构和管理方法充分地结合起来，利用信息系统体系结构作为支持是所有企业共同需要的。单方面的模型无法准确地描述信息系统体系架构的全部内容，ISA模型应该是分层次和集成的开放式的模型。
信息系统体系架构从总体角度来讲，主要有四个相互关联的方面构成：企业战略规划系统、业务系统、应用系统和信息基础设施。它们的组成结构与管理的金字塔模型具有一致的层次结构。信息系统体系架构的组成结构如图2-1所示。(1)战略系统
战略系统指企业中与高层战略制定、高层决策有关的管理活动和计算机辅助系统。战略系统处于企业信息系统的最上层，这与金字塔中的战略管理层次的功能类似，主要表现在两个方面：一是依据企业业务的动态变化，提出构建业务流程重组的要求；二是将动态变化的业务集成到已有的信息系统中的要求。
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战略规划系统战略管理战术管理
业务系统应用系统第一层
第二层
运行管理
信息系统基础设施管理金字塔
图2-1信息系统体系架构的组成结构
第三层
战略系统主要由两部分组成：一是以计算机辅助为基础的高层决策支持系统，这表示信息系统对企业高层决策者的决策支持的能力，它属计算机信息系统:二是企业的总体战略规划体系，是依据企业的整体发展需要而构建的人工系统，表示企业战略规划对信息系统建设的影响和要求。(2)业务系统
业务系统是指企业中为完成具体业务功能的各部分组成的系统。不同的企业中有许多不同的业务系统，它们分别完成一定的业务职能，例如:生产系统、设备维护维修系统等。业务系统处于金字塔模型的中间层，属于战术管理层，业务系统主要进行业务处理流程的优化，对企业进行管理控制和业务控制。
业务系统在ISA中的作用主要是:对企业现有业务系统、业务过程和业务活动进行建模，并在企业战略规划的指导下，采用业务流程重组的原理和方法进行业务过程优化重组，并对重组后的业务领域、业务过程和业务活动进行建模，从而确定出相对稳定的数据，并以此相对稳定的数据为基础，进行企业应用系统的开发和信息基础设施的建设。(3)应用系统
应用系统即应用软件系统，指信息系统中的应用软件部分，一般采用高级语言编程，与硬件和系统软件相对独立，具有较强的可移植性，是各个领域计算机化的先导。不同的行业如果有一套行之有效的应用软件，计算机技术就会在行业中得到迅速而成功的推广应用。应用软件一般可分为四类:科学工程计算类、工业控制类、事务处理类、数据库与情报系统类。对于企业信息系统中的应用软件(应用系统)，按完成的功能一般可分为:事务处理系统(TPS)、管理信息系统(MIS)、决策支持系统(DSS)、专家系统(ES)、办公自动化系统(OAS)、计算机辅助设计与制造系统(CAD/CAM)等。对于其中的MIS又可按所处理的业务需要，再进一步细分为不同的子系统:如生产控制、设备管理等子系统等。
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第二章相关理论概述
无论处在哪个层次上的应用系统，从“体系结构”的角度来看，都包含两个基本组成部分:(l)实现具体业务的内部功能部分;(2)外部界面设计部分。这两个基本部分由更为具体的组成成分及组成成分之间的关系构成。其中功能实现部分包括数据、算法和程序控制;界面部分包括界面形式、输人输出格式、界面导航和键盘定义。
界面设计部分是应用系统中相对变化较多的部分，主要由用户对界面形式要求的变化引起。功能实现部分中，相对来说，处理的数据变化较小，而程序的算法和控制结构的变化较多，这主要由用户对应用系统功能需求的变化和对界面形式要求的变化引起的。(4)企业信息系统基础设施(EnterprisesInformationInfrastructure，简称EII)
企业信息系统基础设施是指根据企业当前业务和可预见范围的发展趋势及对数据信息采集、处理、存储和传输的要求，构筑由信息设备、通信网络、数据库、系统软件和支持性软件等组成的硬环境。信息基础设施处在信息系统最下层，是企业实现信息化的基础部分，它在为应用系统和战略系统提供数据上的支持的同时，也为企业的业务过程重组提供有效的、灵活响应的技术上和管理上的支持平台。
EII主要由三部分组成:①技术基础设施，它是由计算机、网络、系统软件、支持性软件、数据交换协议等组成；技术基础设施由于技术的发展和企业系统需求的变化，在信息系统的设计、开发和维护中，面临的变化因素较多，并且由于实现技术的多样性，完成同一功能有多种实现方式。②管理基础设施，它是指企业中信息系统部门的组织结构、信息资源管理人员的分工、企业信息基础设施的管理方法与规章制度等。③信息资源设施，它是由数据与信息本身、数据交换形式与标准、信息处理方法等组成。信息资源设施在系统建设中的相对变化较小，无论企业完成何种功能，业务流程如何变化，都要对数据和信息进行处理，它们中的大部分不随业务改变而改变。
2.1.3信息系统体系架构的特点
围绕信息系统体系架构的定义和组成结构，信息系统体系架构的特点有以下几点：(1)组成方式上的多样性
由于体系架构组成要素的不同，选择与组合它们之间不同的连接方式,可以产生体系架构在最终构成形式上和风格上的不同.这些不同形式与风格的体系架构,其具体的组成要素可能是相同的。因此,用同样的组成要素根据不同的要求产生不同的结果,这些可以认为体系架构具有一种适应性。(2)具有层次性和传递性
体系架构的组成要素可以随着逐步分析设计与实现的深入而细化,从概念设计的抽象成分到逻辑实现成分,再到具体的物理实施中的具体成分,在层次结构上的可以细化分解.体系架构的框架、原则、模型、标准和指南都可以从最抽象的概念层,传递到较为具体的逻辑层,再到最为现实的物理实现层。(3)强调创造力与应用科学的结合
体系架构强调设计人员的创造力,一个成功的体系架构必须是人的创造力与科学知
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识应用的完美结合。在同样的基本构成要素下,只有充分发挥人的创造力,才能创造出不同形式、不同风格、满足各类需求的体系架构。
2.2OE——一种先进的设备维护维修管理理念
壳牌公司上世纪90年代开始引入卓越管理模式，并在下属石油炼制企业全面推广，取得了良好的效果。2000年以来，壳牌公司将卓越管理模式经过改进并逐渐在其石油开采企业进行推广，在全球范围内都有卓越实施成功的典范。
长庆油田长北项目部吸收和借鉴了国际先进的油（气）田设备维护维修管理理念，将用于壳牌公司生产管理体系中的OE管理思想和方法在长北项目设备维护维修中进行了实践，并取得了显著的效果。
2.2.1OE管理系统的概念与实质
OE管理系统是指在企业核心价值观和原则的基础上，采取标准化、规范化和具体化的流程和标准，以高度的有计划的执行和运营，通过设备维护维修的持续改进，促使企业精准地达到组织目标的管理要素的集合。
理解OE的实质，要把握好以下几个方面：(1)企业核心价值观和原则
OE强调企业核心价值观的全面体现，强调企业核心价值观贯穿于企业的所有环节和部分，贯穿于卓越维护维修模式的各项要求之中，核心价值观成为企业全体员工，尤其是企业高层决策管理人员的理念和行为准则。
不同企业对核心价值观的认定不同，普遍认同的OE核心价值观有十一条，即追求卓越的领导、以顾客为导向的卓越、组织和个人的学习、尊重员工和合作伙伴、快速反应和灵活性、关注未来、促进创新的管理、基于事实的管理、社会责任与公民义务。(2)流程和标准
OE在一定程度上可以称为流程驱动型管理模式，是高度信息化的整合管理模式。OE将相互脱节、不统一的设备运行产生的信息孤岛加以整合，动态建模，敏捷扩展，通过对管理重点、组织结构、控制体系、业务流程的分析，构建完整的标准化、规范化和具体化的流程和标准，实现全面的流程监控手段、完整的业务解决方案和高效的业务流程重组。(3)计划执行
OE强调所有的维护维修活动和预算都在高度的计划控制下进行，强调计划的控制和管理。OE计划是以最终价值（顾客需要）为计划的起点，根据最终价值的需要，反推计划安排，尽量减少中间停留，保证各环节之间的流畅衔接。
与传统设备管理思想不同，OE强调在设备维护维修过程中的计划控制，强调计划执行和计划变更的规范性，要求企业的所有行为在有计划的前提下实施。(4)维护维修改进
OE强调维护维修的优化和卓越，致力于将最佳的设备维护维修措施推广到组织各
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第二章相关理论概述
个部门，通过持续不断地设立新的发展目标、改进技术与流程规则，使企业保持一种持久的改进和发展能力，以确保组织快速成长。(5)精准目标
OE强调精确地实现企业发展目标，努力将偏差率降低到最小程度。卓越管理意味着力求将失误率降到百万分之3～4，达到6σ精确程度，从而形成强大的竞争力。
2.2.2OE管理系统的组成模型
随着实践的经验积累，OE已经从单纯的流程优化概念，衍生成为一种管理哲学思想。它不仅仅是一个衡量业务流程能力的标准，也不仅仅是一套业务流程不断优化的方法，同时强调通过综合的维护维修管理方法，使组织和个人得到进步和发展，提高组织的整体设备管理能力，为企业和其他相关方面创造价值，并使组织持续获得成功。OE已经突破狭义的产品质量概念，强调涵盖了从领导、战略到具体业务的全面质量概念，是综合的设备管理方法。
壳牌石油公司所采用OE管理系统的核心内容，可以用“涡轮模型”来表示，如图2-2所示。涡轮模型是壳牌公司设计的全面反映油气生产企业OE管理体系的演示模型。
根据图2-2可知，涡轮模型类似于涡轮发动机，由中轴、内层密封圈、叶片和边缘组成。采用涡轮模型来反映OE的基本内容，一方面是由于涡轮发动机是油气生产企业的关键设备，另一方面更为重要的是OE要取得良好的运行效果，必须各个部位紧密配合，因为涡轮的叶片只要有一个产生了裂纹或者失效，会给整个涡轮带来毁灭性的损伤，这从某种意义上强调了OE管理系统每一个部分是相互联系、相互依存、相互协调的。
28化学品管理
1领导力及战略计划
27井及油气藏管理
2生产工艺部门组织
26预测25实时操作24现场操作23规划
7沟通
22油气生产信息管理
8年度计划及预算
21计划外产能损失、操作可靠性改进流程及原因分析
20所有者总成本
19整体设备状况
11信息管理
18检查和基于设备状态的维护维修
12安全关键设备及性能标准
17风险和可靠性管理
16材料和存货管理
15后勤
13变更管理
9综合作业计划10工作准备、计划和执行3运行卓越团队4技术及能力5绩效管理6持续改进
14采购及合同管理
图2-2OE管理系统的组成要素
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在涡轮模型中，中轴代表OE；内层密封圈包括健康、安全、保障、环境（HSSE）及资产完整性两个部分，代表OE的实施目标；叶片共有28个部分，代表OE核心的28项主要工作内容；边缘包括4P，分别是People（员工）、Process（流程）、Plant（生产设施）和Production（生产）的可靠性，4P相互协作形成了4Ps模型。4Ps模型的核心是指企业根据可靠的流程，由最优秀的人来执行，以确保生产设备的可靠性，进而实现可靠性的生产。4Ps模型如图2-3所示：
企业需要可靠的设备，不会发生意外的故障，才能保障可靠的生产生产可靠性Production卓越运行的目标是实现100%的可靠生产，没有计划外的停产，也没有损害技术完整性工厂可靠性Plant需要有技能的、态度积极的员工按照正确的流程工作人员可靠性People流程可靠性Process需要一贯地执行工厂操作和维护维修过程中要求的正确流程图2-3OE管理体系的4Ps模型图
壳牌公司上世纪90年代就开始积极引入OE管理模式，并在下属石油炼制企业全面推广，取得了良好的效果。2000年以来，壳牌公司将OE管理模式经过改进并逐渐在石油开采企业推广，壳牌公司全球范围内都有OE实施成功的典范。
2.3长北项目OE-MIE管理体系的内涵及实质
2.3.1长北项目OE-MIE管理体系的概念
本文所研究的设备维护维修信息系统体系主要是依据OE管理系统的维护维修完整性执行（MIE）体系，它融入了目前各种先进的设备维修管理理念、方法和技术，能有效地提高设备的完好率和可靠性，保证企业正常、安全的生产运行，是石油天然气生产企业设备维修管理的一个行之有效的管理模式。
OE-MIE又称为维护维修完整性执行，OE-MIE管理体系属于第四代维修管理模式。是指按照成熟的维修体系，以生产设施的预防性维修和矫正性维修为核心，以实现生产设施的安全、可靠运行，确保设备的完整性，避免不安全事故的发生为目标。
从系统论的观点来看，MIE管理是将设备维护维修管理作为一个系统工程，以维护维修管理理论为基础，运用系统化的方法和步骤，从系统集成的角度出发，综合考虑资源的合理利用、环境保护、安全生产等问题，通过组织、技术、经济三个方面，进行设
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第二章相关理论概述
备维修和维护的综合管理系统。在OE管理系统的维护维修完整性执行（MIE）体系中融入了目前各种先进的设备维护维修管理理念、方法和技术，能有效地提高设备的完好率和可靠性，保证企业正常、安全的生产运行，是石油天然气生产企业设备维修管理的一个行之有效的管理模式。
2.3.2OE-MIE管理体系的实质
(1)OE-MIE管理体系的核心目标是实现资产完整性
OE-MIE管理体系具有三大目标，但其核心目标是实现资产完整性。资产完整性主要体现在四个方面：一是设备故障造成的各种生产责任零事故；二是各种设备都在良好的状态下按照设计要求工作；三是尽可能减少由于设备故障或者设备检修造成的停工时间；四是各种设备达到最大的使用寿命周期。(2)OE-MIE是一套综合的设备维护维修管理模式
OE-MIE是一套建立在科学技术进步，特别以监测和诊断技术的发展为基础的，优化的综合设备维修管理模式，它根据设备中不同的重要程度、可控程度和可维修程度，科学合理地选择相应的维修方式。OE-MIE的实施是以设备当前的工作状况和设备使用时间为依据，通过先进的状态监测手段、可靠性评估方法及使用寿命预测手段，判断设备的运行状态，识别故障的早期征兆，对故障部位及其磨损的严重程度、故障的发展趋势做出科学的判断，并根据预先诊断的结果进行实时的维护维修管理。这种维修模式明确了维修目标和维修动机，提高了设备的利用率，降低了设备的故障率，减少了维护维修费用开支。
(3)OE-MIE是针对性维护维修
OE-MIE着眼于每一台设备的具体运行状况，以设备的真实状态，以及设备的实际使用时间作为维修的依据，通过状态监测技术搜集设备状态信息，并利用各种先进的技术和方法对被监测设备的真实状态进行评估，根据评估的结果来决定是否维修，何时维修。
(4)OE-MIE是计划性维护维修
OE-MIE是有计划的维修，而且这种计划是建立在设备实测“状态”的基础上。OE-MIE强调有计划地进行检测，也强调提前对各种可能的故障做出相应的预案，计划好维修措施，计划适时适度修理，它的计划更加符合实际。(5)OE-MIE是基于预测的维护维修
OE-MIE利用监测技术对设备的运行状态进行监测，通过故障诊断技术和寿命预测技术对设备故障进行早期诊断，并对未来的发展趋势进行预测，因此维修人员可以根据设备诊断和预测的结果，综合考虑企业的生产安排、备品备件、维修力量等各方面因素，提前做好维修前的各项准备工作，在维修方案的制定以及维修时间的安排上更加灵活。
2.3.3OE-MIE管理体系的内涵及组成
长北项目OE-MIE管理体系是一种基于OE目标——“卓越运行”的全新的设备维
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护维修管理体系，其内涵可以概括为“两大组成模块、两类维护维修手段、三大实施目标”。
(1)OE-MIE管理体系的两大组成模块
OE-MIE管理体系由技术完整性保障（IntegrityAssurance，以下简称IA）和维护维修的实施（MaintenanceExecution，以下简称ME）两大模块组成。可用下述公式表示：
MIE=IA+ME
技术完整性保障（IA）是指在正常运行条件下，基于HSSE要求对生产设备设施系统的各组成部分进行合理划分和优化，确保设备设施能够执行性能标准，进而确保整个资产的安全、可靠、完整。技术完整性保障的核心是建立“完整性保障任务”，最有效地降低设备设施损坏及事故发生的风险，以提高生产运行的安全性、可靠性。因此，所有的维护维修工作应在进行风险评价的基础上，对维护维修决策进行优化，制定出规范的、科学的维护维修计划，以此来实现资产的安全和完整性。
维护维修的实施（ME）是指维护维修工作的准备、计划和执行等一系列的操作、执行过程，其主要要求就是能够在第一时间按时正确地执行工作，进而提高工作效率，减少浪费，提高生产效率。维护维修的实施（ME）又分为预防性维修（PM）和矫正性维修（CM）两个部分。预防性维修（PM）是指根据技术完整性保障（IA）要求，按照固定的设备维修计划，定期对设备状态进行的检查、状态诊断、定期更换，以保障设备的可靠运行，进而为实现资产的完整性服务。矫正性维修（CM）是指对发生故障的设备修复过程。
由此可见，MIE管理体系又可用下述公式来表示：
MIE=IA+（PM+CM）
(2)OE-MIE管理体系的两类维护维修手段
OE-MIE管理体系的整个实施过程采用的是预防性维修（PM）和矫正性维修（CM）两类维修手段相结合的维修模式。其中预防性维修是在购入时即按照设备的性能和执行标准，利用OE-MIE管理体系特有的技术完整性保障体系（IA）制定出完善的预防性维护维修计划，设备投入运行后每天形成预防性维护维修工单，使得设备维护维修人员能够明确自己的任务，并且及时反馈非常规维护维修现象，极大地增强企业设备维护维修管理能力。矫正性维修则是通过日常的检查设备发现问题，或者通过与专业化维护承包商合作，利用他们的专业知识，快速找到故障或风险，及时进行准确的故障模式影响分析，并按照OE-MIE的维护维修执行流程而进行的修理。
OE-MIE管理体系的维护维修执行流程正是通过采用这两类维修手段相结合的维修模式，使得整个资产（设备）处于正常运行状态，大大提高了设备的可靠性，并杜绝事故的发生。
(3)OE-MIE管理体系的三大实施目标
OE-MIE管理体系的实施目标主要表现在三个方面，即确保生产的安全性、资产完
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第二章相关理论概述
整性和设备可靠性
一是确保生产的安全性。目前企业的生产过程中，由于设备问题引起的安全事故占有相当的比例，设备安全在企业的安全生产中具有十分重要的地位。因此，保证设备安全、保障安全生产已成为设备维修的最基本的核心目标，保证设备的安全运行也成为OE-MIE管理的首要任务，其核心是确保整个生产和运营的技术安全、人员安全和系统安全。
二是确保资产的完整性。资产的完整性表现在三个方面，即资产（设备）完整、技术完整、执行完整。首先，所有的资产或者设备必须是完好无缺的，必须是处于完整、良好的存在状态和运行状态；其次，所有的技术性能、技术要求和技术指标是完整的，能够完整地达到设备的设计要求，按照技术设计完整地运行；最后，资产的所有执行过程也是完整的，所有资产的操作和维修工作都是按照规范的要求严格执行。
三是确保设备的可靠性。其核心作用是确保企业的设备是可靠的。减少由于设备问题带来的停工和检修时间。将设备的维修作为日常持续不断的工作，减少集中的设备停工大修，清楚了解各种设备的情况，设备处于可靠、可用、可知状态。
通过精心地维修保养项目的各项设备、设施，并对它们进行适当的维修，使设备、设施始终处于良好的技术状态，保证生产过程连续稳定地进行，确保“我们的资产是安全的，并且我们知道”。“我们知道”表明对所有设备的状态、运行情况都处于严格的监控之中，对所有设备的运行情况都清楚地了解。
2.3.4OE-MIE管理体系的需求
在传统的设备维护维修信息系统建设过程中，尤其是在获取需求分析阶段，长期困扰开发者和管理者的一个问题是：企业中不同的用户（设备管理人员）不能准确或全面地提出系统的需求，导致设备维护维修系统的建设进度停滞不前。而需求获取过程也不能过多地依赖设备管理人员，这是因为设备管理人员的专业水平参差不齐，而且可能不熟悉计算机应用的有关问题。要根本解决该问题，必须依靠系统开发者自身，在与企业中的设备管理人员充分沟通的基础上，信息系统的开发者应站在设备管理人员的角度全面考虑软件的操作和使用，即系统开发者要学会替设备管理人员进行需求分析。
在开发和设计设备维护维修的信息系统体系架构时，首先要了解企业中各类管理人员的需求，主要可以从以下几个方面着手：
(1)首先按照设备维护维修信息系统总体规划的思路来调查设备管理人员的需求，了解欲建立的设备维护维修信息系统解决企业的相关业务问题时所采用的方式，让管理人员理解设备维护维修信息系统的实际建设的系统工作模式和企业的手工工作模式的区别及对应关系，尽力说服设备管理人员，及时与管理人员进行沟通，说明设备维护维修信息系统的建设对其企业设备管理水平和经济效益的提高是必须的。
(2)必要时可以先按照设备管理人员最初对设备维护维修信息系统的描述和开发者对设备维护维修信息系统的理解，建立一个能够反映企业不同管理人员的业务所需的信
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息系统软件原型，管理人员可以通过这个软件原型的运行过程和运行模式进一步理解信息系统的运行特点和解决实际业务问题的模式。
(3)如果信息系统的开发者以前有过同类的设备维护维修信息系统的开发经历，那么最好能够带领企业中的主要设备管理人员去观看以前开发和应用比较成功的信息系统，这样可以让企业设备管理人员能充分了解设备维护维修信息的运行特点和解决实际业务问题的理解。
建设信息系统的目的是要使得企业设备维护维修业务全面信息化，而一个企业的设备管理业务通常是很复杂的，这就要求信息系统的建设者在系统建设过程中的任何一个环节都能够非常全面地考虑所有问题。
通过对设备维护维修信息系统的需求进行分析可知，考虑到OE管理系统的优化理念和结合OE中28个子系统的需要，将OE管理思想应用到设备维护维修信息体系中，这样有利于从企业的整体角度优化设备维护维修业务体系。因此，OE-MIE管理体系有效的实施是设备维护维修信息系统的重要环节，涉及的人员有设备故障监测者、维护维修人员、高层管理人员等。对于这些设备管理业务环节，企业的相关业务人员把设备维护维修业务流程描述为：诊断设备故障、管理人员提出问题解决方案、维护维修实施。相关的特殊情况有，当设备未发生故障时，对设备采取实时性监测，通过对监测到的设备数据进行分析，从而对设备实行预防性维护维修和矫正性维护维修。那么作为开发者需要对这个过程进行全面的分析，采取严密的思维方式，全面地考虑到设备运行过程中可能出现的各种情况。
2.3.5OE-MIE管理体系的目标
长北项目OE-MIE管理体系的目标就是要确保长北项目设备有更高的可用度和可靠性，更高的安全性，更高的产品质量，对环境的无危害性，更长的设备寿命以及更好的成本效益。长北项目OE-MIE的基本工作目标如图2-4所示：
维护维修完整性执行防止和降低事故风险（安全性）设备、技术、执行完整（完整性）使设备处于良好的状态（可靠性）避免事故损失减少停工损失保证设备完好降低生产成本了解设备状态实现企业的目标图2-4维护维修完整性执行（MIE）的目标和要求20
第二章相关理论概述
根据长北项目OE-MIE信息系统的基本需求，长北项目OE-MIE的具体工作目标主要体现在以下几个方面：
①避免事故损失：将设备事故降低到最小值范围，基本杜绝设备事故的发生。②减少停工损失：减少因为事故或者维修造成的停工。③保证设备完好：保证设备完全、齐备并处于良好的可用状态。
④降低生产成本：通过外包等形式，减少人员占用，提高维修专业化水平，提高劳动效率，节约维修费用，从而降低生产成本。
⑤了解设备状态：清晰地了解设备过去、当前的状态和使用情况，了解设备的设计要求，并确保设备一直按照设计要求运行。
2.4本章小结
本章主要首先对信息系统体系结构概念以及组成结构、OE管理系统的概念、特点做了详细的介绍，其次对长北项目建设中OE-MIE的内涵、实质和基本目标等内容进行了详细的描述，并利用软件工程理论，对OE-MIE管理体系进行需求分析，将OE的管理理念运用到设备维护维修信息系统中，充分体现了OE在设备管理中的重要性，这些需求分析的结果对本文第三章的设备维护维修信息系统体系架构的设计奠定了基础。
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第三章基于OE的设备维护维修信息系统体系架构研究
本章利用企业信息系统体系结构的设计思想，提出以长北项目为例的基于OE的设备维护维修管理信息系统体系结构模型，该模型从企业设备维护维修信息系统建设规划、维护维修数据管理、网络基础设备等内容，并利用SOA的技术，给出了一个基于SOA的油气生产设备维护维修管理软件体系结构。该体系结构是从生产现场数据信息的采集到经过各个分层体系结构的信息传输整体考虑企业信息体系结构建设，它能有效提高系统的可集成性、可维护性、分布性和数据信息的共享性。
3.1基于OE的OPEMISA的组成---以长北项目为例
长北项目中支持设备维护维修信息系统的支撑平台SAP应用系统只是从企业具体业务需求的软硬件方面去应用，没有从企业整体战略规划的角度考虑，而且SAP无法实现分布式环境下业务应用的需要，OE作为一个整体优化的管理系统，依据OE的基本组成要素中第22个子系统油气生产信息管理的要求，特别是针对设备维护维修中信息管理的需要，构建出满足油气生产企业中各个业务需要的整体化的信息系统体系架构。
3.1.1传统的设备维护维修信息系统体系的缺陷
传统的设备维护维修信息系统体系的缺陷主要表现在以下几点：(1)缺乏数据分析功能
在传统的设备维护维修信息系统体系中，系统的设计只对设备运行过程中产生的数据信息进行简单的查询、删除和修改，它的主要功能是对设备运行中产生的数据只进行简单的操作，无法满足数据分析的需要，这势必造成信息系统本身缺乏相应的数据分析功能。
(2)系统的维护效率低
传统的设备维护维修信息系统体系只是依据当时较早的计算机软件体系架构（例如B/S模式或C/S模式）去构建的，这些模式在单机系统上，系统的可维护性较高，而在分布式网络环境下难以满足现代企业设备维护维修的需要。(3)信息系统体系构建困难
油气企业生产装置是一个“人—机—过程—环境”相互作用的复杂系统，企业设备结构和工艺条件复杂。首先，生产装备备件品种多、型号多、数量大，存在着大量的非标准产品，致使数据信息体系结构的构建复杂；其次，由于物料、环境、操作工况不尽相同，再加上工艺过程参数经常变动，信息系统体系的统一规范比较困难；第三，由于操作、维修人员素质的差异造成随机性设备故障的比例加大，数据信息系统的构建难度加大。
(4)系统缺乏整体性
传统的设备管理信息系统体系只是面向企业中的某一方面的应用需求而构建的，构建的信息系统体系包涵的内容较少，涉及的问题点有限，没有从企业中的所有业务需求出发去构建信息系统体系架构，这样必然会造成信息孤岛现象。
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第三章基于OE的设备维护维修信息系统体系架构研究
3.1.2基于OE的油气生产设备的维护维修管理信息系统体系模型
长北项目OE-MIE的基本目标是建立一个综合的设备维护维修管理信息系统，而综合的信息系统不仅从底层的设备维护维修业务出发，而且要从涉及企业内外信息系统建设的整体战略角度去考虑，OE管理系统用涡轮模型表示，涡轮中有28个叶片，涉及到企业生产管理方面的28个子系统，其中油气生产信息管理作为一个重要的子系统，代表着企业信息化发展的先进程度，而设备维护维修管理信息系统成为这个子系统的关键部分，具有一定的代表性，在OE管理系统中对设备维护维修信息系统的构建主要包括数据信息建设，维护维修业务、应用系统的开发，基础网络设施的建设以及信息法规等内容。
由于传统的石油企业设备维修是以事后维修和定期预防维修为主的维修方式，辅助其管理的信息系统多是针对维修部门单方面的需求进行设计和构建的，没有从EIA的角度和OE管理系统的组成将设备维修信息系统作为企业信息系统整体的一部分来考虑，不利于企业整体信息化的建设。随着设备维护维修理论的发展和企业生产的需要，目前油气生产企业越来越重视生产设备的维护和维修，将OE-MIE基本目标中的生产设备的完好与企业的发展战略目标、经营计划和安全生产紧密联系起来，逐步加强了对油气生产设备维修的事前计划和OE管理系统中第18个子系统的状态监测维护，改变以往只重视对设备的故障维修而忽视日常的维修和保养，将事前计划和状态监测维护相结合，以进一步提高设备维护维修管理的有效性。因此，与之相适应的信息系统体系结构也需要克服传统信息系统体系构建的弊端，依据EIA概念和OE管理系统中油气生产信息管理子系统的要求，设计出能有效支撑设备维护维修管理的信息系统体系结构。
根据上述分析和OE-MIE的基本目标可知，为适应油气田企业现代化管理和信息化建设整体发展需要，提出构建基于OE的油气生产设备的维护维修管理信息系统体系结构（OilProductionEquipmentMaintenanceInformationSystemArchitecture，简称OPEMISA）的六维体系结构模型，该体系结构模型详细地描述了设备维护维修信息系统体系中各个组成部分的含义和作用。它主要包括设备维护维修信息化建设规划体系、设备维护维修数据信息体系、设备维护维修业务体系、设备维护维修应用信息系统体系、设备维护维修网络基础设施体系和设备维护维修信息化法规与标准体系等六个维构成。基于OE的油气生产设备的维护维修管理信息系统体系结构模型如图3-1所示。
从下图可知，在以OE管理系统为指导构建的油气生产设备维护维修信息管理系统体系结构模型从信息化建设总体规划开始，结合设备维护维修的实际业务和应用系统构建相应的体系结构，最后考虑数据信息的远程通信和信息化建设应遵循的规则问题，设计出网络基础设施和信息化规则模块。
设备维护维修信息化建设规划体系:该体系是针对长北项目中设备维护维修信息化开发建设所应该遵循OE管理系统中标准而提出，同时，也是企业中高层管理人员为指导企业设备维护维修信息化和自动化建设与发展所做出的整体规划和决策分析，是企业
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信息系统开发和业务流程重组的纲领性文件体系，也是企业全部信息化建设规划体系中的重要组成部分。
维护维修信息化建设规划体系
维护维修数据信息体系维护维修业务体系
应用信息系统体系
维护维修网络基础设施体系
维护维修信息化法规与标准体系
图3-1基于OE的油气生产设备的维护维修管理信息系统体系模型
设备维护维修数据信息体系：该体系是按照OE管理系统中对设备零部件的数据信息参数标准构建出来的设备维护维修数据信息体系结构，主要是设备维护维修业务中所涉及到的有关数据和信息的综合集成，包括设备基础信息、设备维护维修日常管理业务数据信息和设备维护维修预测分析及决策信息等，数据信息体系的构建对油气生产企业大量的复杂数据信息进行分类组织和排序，以充分实现设备维护维修信息的共享和设备零部件的统计分析工作需求。
设备维护维修业务体系：该体系依据OE管理系统的作用对设备维护维修业务流程的改进、实施和评价等方面构建的体系结构。也就是说，表示在设备维护维修信息化建设规划体系指导下的设备维护维修业务流程重组及体系结构将要做的变更。
设备维护维修应用信息系统体系：该体系是按照OE管理系统的要求，构建油气生产企业所要用到的具体维护维修业务信息化管理的平台。它也是长北项目中完成设备维护维修管理业务实施的重要工具和企业各部门管理人员与现场维护维修人员信息交互的窗口，包括实现设备维护维修管理信息化所应包含的设备维护维修管理信息系统软件、设备维护维修管理流程信息系统等。
设备维护维修网络基础设施体系：该体系指根据OE管理理念对企业高层部门业务管理和现场一线生产设备维护维修业务的地域分布性的现实要求，实现了企业各部门和生产现场远程数据信息传输的物理设施。根据设备维护维修业务的发展趋势及应用范围，实现了对设备维护维修在线管理与设备信息的采集、处理、存储和流通的要求，构筑由信息设备、通信网络、数据库、支持系统应用软件等组成的基础物理环境。它是实现设备维护维修信息化建设的硬环境。
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第三章基于OE的设备维护维修信息系统体系架构研究
设备维护维修信息化法规与标准体系：该体系按照OE管理系统中对企业业务信息化和标准化的要求，将油气生产企业中设备管理法规与国际设备管理标准相接轨，制订出与国际和国内对设备管理的政策法相一致的标准体系，从而保障设备维护维修业务的正常进行，达到企业设备维护维修信息化与标准的设备管理法律完全吻合，提高设备维护维修数据信息管理的安全性和管理效率。
油气生产设备的维护维修管理信息系统体系结构模型是企业开展信息化的第一步，它是从企业的各个方面考虑构建出来的整体框架结构，包括业务、人力资源、法律法规、网络基础设施等，企业信息化的后续工作都是依靠这一框架来分模块、分步骤实现的。因此，设备维护维修管理信息系统体系结构对油气生产企业信息化建设具有重要的指导作用。
3.1.3基于OE的OPEMISA模型的特性
OE管理系统要求从油气生产数据信息管理出发，针对现代油气生产企业信息化建设的实际问题，与传统的设备维护维修信息系统体系相比，基于OE的OPEMISA模型除了具有一般的设备维护维修信息体系的特性外，还具有如下一些特性：(1)维护维修管理集成化
维护维修中管理的集成化包括两个层次：其一是维修与企业生产、销售、财务管理等在企业经营层面上的集成，这种集成体现了维修与企业其他职能部门在数据、信息和策略上的关联；其二是监测、状态评估、故障诊断、维修决策、维修计划、维修执行、维修协调与调度、维修监督、维修评估和维修改进等维修业务流程的集成，这种集成全面反映了维修流程在时序上的关联。(2)维护维修决策的科学化
长北项目的设备维护维修是在线化维修，这种在线化维修决策的科学性源于两个方面：一是有丰富的量化维修信息和相应决策支持软件对维护维修决策进行全面支持，确保了当前决策是以往决策的优化和改进；二是在线化的工作方式使得维修决策者能够及时准确地掌握当前维修工作的全貌，从而保证了维修决策的实时性。(3)维修管理规范化、标准化
长北项目设备维护维修信息系统体系是规范化、标准化的管理体系，它使整个维护维修项目管理的各项活动都有明确的、可操作的、可跟踪的检查和考核标准，并将设备维护维修管理工作纳入规范化的轨道。可以说，规范化、标准化的管理为长北项目能够安全、可靠地运行，进而保证天然气生产的正常运行提供了很好的基础条件。
3.2SOA的基本概念和特点
当前，油气生产企业的管理部门和现场开采部门之间存在地域上的分布性，这使得传统的针对单独业务应用的信息系统软件体系结构难以适应现实需求，这与OE管理系统从整体考虑设计信息系统相矛盾。此外，计算机领域中采用的软件体系结构在不断地更新换代，这也主要是为了提高信息系统效率、减少资源成本等目的，例如C/S、B/S、
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SOA等模式，它们在不同的软硬件环境下都有各自的优缺点，对处理分布式环境下信息系统的开发设计，只有利用SOA软件体系架构模型才能更好地解决。
3.2.1SOA的定义
SOA（Service-OrientedArchitecture，简称SOA），意思为面向服务的架构。SOA的概念从提出到现在，随着其中的技术与业务的不断发展其相应的概念也不断给出新的定义，各个组织也对SOA的理解不同而给出了不同的界定。
最早提出SOA概念的是全球最具权威的IT研究与顾问咨询公司Gartner，该公司将SOA描述为：“客户端/服务器的软件设计方法，一项应用由软件服务和软件服务使用者组成……SOA与大多数通用的客户端/服务器模型的不同之处，在于它着重强调软件组件的松散耦合，并使用独立的标准接口
[30]
”。
Service-architecture.com将SOA定义为：“本质上是服务的集合。服务间彼此通信，这种通信可能是简单的数据传送，也可能是两个或更多的服务协调进行某些活动。服务间需要某些方法进行连接
[31]
。
综合上述观点，本文认为，SOA是一个整体战略性的技术框架，它促使企业内部以及外部所有相关的系统公开和访问定义良好的服务接口以及绑定于那些服务的信息，他们有进一步抽象成流程层和组合应用，从而形成新的解决方案。从本质上说，SOA为设备维护维修信息系统架构增添了灵活性，我们可以灵活地通过系统配置层完成系统的更改和集成，而不是依据动态变化的业务再重新开发新系统。
3.2.2SOA的特点
根据对SOA的定义，SOA的主要特点可以概括为
[32-34]
：
(1)服务与行为的重用性；即无需大量重新开发或数据集成的工作，就具有系统之间的相互调用能力。换句话说，SOA促进了统一标准的应用功能，多次的重复使用而不需要代码和数据的移植，就好像使用本地存在的行为一样可以方便地使用远程的应用行为。
(2)敏捷性；即在现有设备的信息数据及维护维修服务基础上，按照业务需要敏捷地修改业务流程使之支持灵活多变的业务能力。
(3)监控；即实时监控设备数据信息点与服务点并判断企业各部门间用于数据信息交流的健康状况。此外，SOA提供了根据企业的维修业务需求实时修改与调节设备维护维修业务流程的能力。
(4)范围的延伸；即可以将企业内部某些业务流程公开给其他外部企业，从而实现跨企业的业务合作或流程共享的目的。
3.3基于SOA的OPEMISA软件体系结构的设计
在基于SOA架构的软件体系结构中，利用不同的方法对粗粒度、可复用的服务等进行组装整合，以构成满足不同业务需要的各种新应用系统。SOA架构的服务独立于具体的实现技术，能提供很好的交互能力和位置透明性。通过企业服务总线等架构模式，来达成系统的重要架构。
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第三章基于OE的设备维护维修信息系统体系架构研究
SOA采用自顶向下的设计思路，是处理分布式信息系统架构的有效整合工具。当前SOA继承和发展了过去软件体油气生产企业所面临的设备维修管理业务环境复杂多变，
系结构的先进技术，能够更好地构造出复杂的设备维护维修系统体系结构，提高业务流程的灵活性，使企业加快发展速度，降低总体成本，有助于开发出灵活敏捷的应用系统、快速实现信息系统价值，使企业适应快速变化的业务需求。
3.3.1SOA与传统的软件体系架构的区别
(1)标准化
SOA作为被广泛使用网络服务，保证了操作界面的规范性。在SOA出现以前，各个厂商的不同规范限制了软件体系结构的通用性。(2)关注的重点不同
SOA服务主要关注业务级的活动及信息交互。在这之前，SOA关注的服务范围比较狭窄，只是作为技术领域的一个子系统。(3)连接性强
SOA服务的连接是动态的而且是灵活的，在这以前，服务的交互行为很难编程而且对程序的依赖性强。(4)重用的等级
SOA服务能被广泛地用于现存的IT设备中，无需重新设计满足SOA的新系统，在这以前，所有的重用都是基于以前的程序。
3.3.2软件体系结构的层次和组成
根据分析，OPEMISA中的设备维护维修应用信息系统是基于网络的分布式系统。以我们所开发的长庆油田“长北项目”部设备维护维修管理为例，其管理人员分布在生产一线基地、“长北项目”西安管理部和北京管理部等不同的地点，生产基地的维护维修人员与总部的分析决策人员之间需要经常进行信息交流和协同服务，因此其应用系统软件体系结构需要考虑支持分布式计算和信息共享，以及分布式环境下软件的可维护性。SOA可以简单地理解为“抽象、松散耦合和粗粒度”的软件架构设计方法，它可以根据服务请求通过分布式网络对松散耦合的应用群件进行部署、组合和使用。根据SOA的概念，针对OE管理系统中油气生产信息管理子系统的分布性特点，在OPEMISA中的设备维护维修应用信息系统中，提出构建基于SOA的OPEMISA软件体系结构，基于SOA的OPEMISA软件体系结构见图3-2：
从上图可以看出，整个软件体系结构由系统管理服务器端、网络通讯平台和客户端组成。其中服务器端是基于SOA技术构建的OPEMISA软件体系结构的核心部分，分为数据层、服务层、业务层和通信层；客户端是基于SOA技术构建的OPEMISA软件体系结构的表示层。(1)数据层
数据层由数据接口平台和协同数据仓库管理平台组成。数据接口平台是知识库、模
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型库、标准库和数据库与数据信息管理平台（SOA数据服务层组件）之间数据格式转换的接口。它将客户端的本地数据库中的数据通过层层传输到服务层中的SOA服务器中，在通过数据接口平台进行转换为服务器端内不同的数据库需要的数据格式。数据接口平台主要连接以下几个库：
油气生产设备维护维修小组设备维护维修组件本地数据库….…设备维护维修组件本地数据库通讯代理通讯代理客户端油气生产设备维护维修应用信息系统通讯接口（TCP/IP、支持INTERNET）通信层UDDI注册中心维护维修组件消息映射维护维修计划组件流程控制业务流程管理组件服务发布工具统计分析组件业务层WebServices网络安全服务XMLWSDL服务层数据信息管理平台（SOA数据服务层组件）数据层数据接口平台（ODBC、JDBC、ADO、CORBA）协同数据仓库管理平台知识库模型库标准库数据库协同数据仓库服务器端图3-2基于SOA的OPEMISA软件体系结构①面向油气生产设备维护维修的数据库；它用于存储各类设备零部件的属性关系和标准参数信息，这对于设备的磨损、腐蚀程度和维修精度是一个重要的参考信息。
②支持设备维护维修的知识库；是对过去已经存在的维护维修方法的存储和利用现在存在的最佳的维护维修方法对过去的维护维修方法的更新，同时也对将来设备中零部件需要维护维修的既定方法提供了参考价值。
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第三章基于OE的设备维护维修信息系统体系架构研究
③设备维护维修信息化法规与标准库；它是对企业设备信息化建设中需要遵循的法律法规和国家设备工程协会或国家对设备信息化发展的规定条款的存储，油气生产企业设备维护维修必须依照这些规定的标准来实现设备维护维修信息化产业的建设。
④协同数据仓库和维护维修业务管理预测及决策方法库；协同数据仓库用于统计分析设备维护维修中最新的数据信息，实现数据信息的实时共享，方便企业高层决策部门和一线生产部门之间的同步工作。对它们的管理是决定设备维护维修工作能否高效顺利地进行的一个关键因素。(2)服务层
服务层是整个软件体系结构的核心，主要用来组织设备维护维修数据在SOA服务器内部的描述方式以及应用系统的接口。服务层主要有以下几个组件：
①XML是专门制定的Internet上数据转换和数据表示的标准语言，是允许用户定义自己标记的元语言，可以用来定义和描述结构化数据。XML使用以文本为基础的、利用标准字符集的编码方案，从而避开了数据编码平台不兼容问题
②WebServices是模块化的应用程序，它将维护维修业务从逻辑上分解为独立的服务，而这些不同的服务是可以通过Internet发布、查询和引用的。是实现分布式环境下数据信息的计算模式，它是服务器中数据集成的有效机制。
③网络安全服务是通过设置用户权限和口令，只有授予特殊用户的特殊权限，保障SOA服务器的安全使用和运行。
④WSDL
WSDL(WebServicesDefinitionLanguage)即Web服务描述语言。它用文档来描述已经存在的服务，是Web服务的接口定义语言，它用一种和具体语言无关的抽象方式定义了Web服务收发的有关操作和消息。
WSDL文档以端口集合的形式描述Web服务，服务描述包含对一组操作和消息的一个抽象定义，绑定到这些操作和消息的一个具体协议和该绑定的一个网络端点规范。(3)业务层
根据油气生产企业的特点和设备维护维修管理的需要，业务层分为两部分：
①是用于设备维护维修管理软件系统的各类组件，这些组件实现了油气生产企业中用到的各类生产设备从一线生产作业现场到异地的高层管理部门之间的设备维修管理、设备维修中计划需要的零部件和维修方法等、对维护维修业务中的流程进行管理和数据信息统计分析管理等工作，包括维护维修组件、维护维修计划组件、业务流程管理组件和统计分析组件。
②是通过企业信息集成平台负责服务的注册、发布以及查询，用服务发布工具将设备维护维修中相应的数据信息、维护维修服务工具和维护维修中所要用到的服务方法映射在UDDI服务注册中心，同时，还可以注销服务注册中心的冗余信息，企业内外部所有涉及到维护维修业务的应用系统（软件组件）借助SOA服务器访问已经发送到服务注册
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中心中已有的设备维护维修需要的不同信息，企业信息集成平台将企业业务流程、设备运行消息与底层服务信息相互关联，实现消息的传递和共享等，其最终目的是为了对设备维护维修业务服务信息进行统一管理，实现全局的信息共享以及数据交换。(4)通信层
通信层主要是油气生产设备维护维修应用信息系统通讯接口，用于支持互联网的TCP/IP通信协议，是实现了分布在不同地区的各个应用系统通过互联网相互联机工作，及时获得异地现场作业区生产设备的运行信息和数据。同时，提供了企业维护维修管理信息的分布式服务发布和数据信息传输平台，主要是对于作业现场的设备维护维修信息，通过高效的传播方式在不同部门之间传输。(5)表示层
表示层是由设备维护维修组件和本地数据库组成。主要功能是维护维修小组成员实现设备维护维修业务、数据信息的可视化操作，现场维修小组成员利用设备维护维修组件（应用系统）把生产基地的设备维护维修所有业务数据存储在本地数据库中，通过通讯代理把本地数据库中的数据传输到异地的管理部门服务器中数据库内，管理部门的工作人员通过访问服务器索取所需要的数据信息，管理部门借助这些数据信息完成了各种资源计划的制定、合理配置和优化管理，实现不同管理部门之间所需信息的沟通、协同工作等。
3.3.3基于SOA的OPEMISA软件体系结构的特点
SOA是一种粗粒度、松散耦合的服务架构，其服务之间通过简单、精确定义的接口进行通讯，不涉及底层编程接口和通讯模型。采用SOA技术设计的OPEMISA软件体系架构具有下面几个特征:(1)服务的分布性
OPEMISA软件体系架构使得用户能够方便地访问远程的设备维护维修资源，并且以一种可控的方式与其它用户共享资源。此外，分布式系统对于企业的不同用户而言是透明的，方便地管理用户所需的数据，有效地处理好网络负载均衡。(2)标准化的接口服务
OPEMISA利用标准化的服务接口描述，致使该服务可以提供给任何异构平台和任何用户接口使用。这一描述涵盖了全部与服务交互需要的细节。该接口自动隐藏了实现服务的全部细节，允许实现服务所依靠的软硬件平台互相独立以及使用服务描述服务所用的编程语言。OPEMISA利用SOA中出现两个重要标准是XML和Webservices，它拥有强大的功能，而且推进OPEMISA到更高一级，并OPEMISA的使用价值得到了提升。Webservices提供标准化使用功能，标准化传输方式和标准化协议进行服务调用。(3)支持不同类型用户
借用精准定义的服务接口和对XML、Webservices标准的支持，可以支持不同类型的用户，包括一线的生产通信和管理部门间的数据交互实现。
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(4)易于维护性
OPEMISA利用维护维修服务提供者和服务使用者间的松耦合关系，及对利用开放式的标准化接口实现了软件体系结构的便于维护的特点。(5)较强的独立性
依靠维护维修信息系统服务的设计、开发和部署的结构模型，一线生产设备管理服务提供者可以相互独立调整业务不同的服务，以便满足设备维护维修过程中不同的服务需求。
3.4本章小结
设备维护维修信息系统体系架构是油气生产企业信息化建设的主要环节，是“数字油田”系统的组成之一，是实现“智能维护维修”的基础。本章所提出的以长庆油田长北项目部油气生产设备维护维修信息系统体系结构和基于SOA的OPEMISA软件体系结构，从企业信息化建设的整体考虑，实现了油气生产企业现场设备的维护维修到跨地域的企业高层管理部门的决策所需数据信息的传输工作，它充分满足具有跨区域、多层级、分布性的油气生产企业设备维护维修管理的需要，有效提高软件的自适应和可维护性，对于强化管理、节约成本、提高设备维护维修效率具有一定的指导作用。
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第四章OPEMISA的数据信息体系结构研究
目前,油气生产企业不断向信息化、数据集成化、业务综合化、管理扁平化、决策科学化的方向发展，由于油气生产企业用于生产设备维护维修管理、监控、协作、决策分析的信息量大、种类多，大多数设备维护维修过程中产生的数据信息是面向单个部门，并且数据信息系统体系结构基本都是面向操作型环境的，而缺少分析处理功能环境，难以满足用户个性化数据分析处理的需要并且不利于企业高层业务部门的决策支持分析的需求，针对这些不同类型、不同目的用途的信息，为了对数据信息进行有效地管理，企业开始按照内部的业务需求构建了数据信息体系架构，以此验证开发的软件体系结构是否满足业务需要，需要采取合理的信息组织模式对设备维护维修和运行等数据信息进行集成管理。
4.1数据仓库的定义和特点4.1.1数据仓库的定义
对数据仓库概念的定义，数据仓库之父W.HInmon在1992年所著的《BuildingtheDataWarehouse》一书中给出了最具有权威性界定，数据仓库是指在企业管理和决策过程中面向主题的、集成的、与时间有关的、不可修改的数据集合[35-36]。换句话说，数据仓库主要是用于决策支持，面向分析型数据处理，它完全有别于企业已有的操作型环境下的数据库；其次，数据仓库能够对诸多异构的数据源进行有效集成,集成后按照主题进行重构，并包含以往的历史数据，而且在数据仓库中存放的数据一般不再更改。
4.1.2数据仓库的特点
数据仓库是一个解决企业中业务数据信息的方法,不是一种具体的产品,针对不同企业会设计出各自所需的不同数据仓库。数据仓库就是一个用以更好的支持企业或组织的决策分析处理的、面向主题的、集成的、随时间不断变化的但信息本身相对稳定的数据集合。它把分布在油气生产企业网络中不同信息孤岛上的数据集成到一起,存储在一个单一的集成关系型数据库中(1)面向主题性
主题是一些数据集合,它是对分析对象进行的较完整的、一致的数据描述,围绕主题组织数据,使得查询更为简便。(2)数据的集成性
它是对原始的,过分详细的数据进行筛选、清理、概括和聚集等处理后的结果,它更适合决策系统的需求。(3)数据的不可更新
数据仓库中只存放只读型数据，数据装载时以静态快照的格式进行的，数据的访问只能以批量方式载入与访问的。(4)数据的时变性
32
[36]
。
[38]
根据数据仓库的定义可知，数据仓库的主要特点：
第四章OPEMISA的数据信息体系结构研究
它可把业务系统中不断变化的数据,及时追加进数据仓库中去,且能把过时的、已无参考价值的数据及时删除等。总之，数据仓库能更有效地支持决策系统。
4.1.3数据信息体系环境的定义和作用
数据信息体系是油气生产设备维护维修信息系统体系结构模型的重要组成部分，同时也是企业高层管理管理部门决策的重要依据。数据信息体系环境的构建只有通过数据仓库技术来实现和完善。
数据信息体系环境是指在一个企业或组织结构内，由各个面向应用的联机事务处理数据库及各级面向主题的数据仓库所组成的完整的数据体系环境，在这个数据体系环境上建立和实施一个企业或部门的从联机事务处理到企业管理决策的所有应用。
根据数据信息体系环境的定义，数据信息体系环境在数据仓库中的主要作用是：(1)数据信息系统体系有效地把数据信息的操作型环境与分析型环境完美地融合。(2)针对不同的企业可依据自己不同的业务需要建立各级部门的数据仓库，实现了构建数据体系环境的基础。
(3)企业各级数据库之间、数据仓库之间、数据库与数据仓库之间的界限与联系要清晰地确定。
简而言之,数据仓库就是数据管理中心，它完全孤立于系统程序的，并提供综合性的、历史性的数据以方便企业决策分析需要。
利用数据仓库技术搭建数据信息体系环境必然会涉及到数据仓库的许多相关概念。在构建油气生产企业设备维护维修数据信息体系环境时主要涉及到数据仓库中的主题、元数据、数据粒度、数据集市等相关概念，下面依次介绍。
(1)主题
主题是一个抽象的概念，它是在较高层次上将油气生产企业设备维护维修信息系统中的数据进行综合、分析及归类而使用的抽象名词。从逻辑意义上讲，主题相对的是油气生产企业设备维护维修中宏观领域分析对象。面向主题的设备维护维修数据组织方式，就是站在较高层次上对设备维护维修对象的数据进行一致性、完整性的描述，能完整、统一地管理所涉及的企业各项设备数据以及数据之间的关联关系
(2)元数据
元数据主要描述了设备维护维修管理数据仓库中的数据和环境，即关于数据的数据，它不仅确定了数据仓库中存储了什么数据，而且还指明了数据仓库中存储数据位置，描述了设备维护维修数据的抽取和转换规则，存储了与设备维护维修数据仓库主题有关的各种设备信息。
(3)数据粒度
数据粒度是数据仓库的一个核心概念，粒度是指提供给用户服务数据的详细程度[12]。粒度可分为两种主要形式，第一种粒度是度量油气生产设备维护维修数据仓库中数据的综合程度高低的，这既影响着存储在数据仓库中的数据量，也影响着数据仓库提供给用
33
[10]
[9]
。
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户提出的业务咨询的类型。因此，数据粒度越小，细节程度越高，综合程度越低，提供的业务咨询的类别就越多。以设备主题为例，设备故障记录表、设备维修信息表等综合表就属于第一种形式的粒度，另一种是样本数据库，它是根据设备维护维修的需求从现场采集的源数据中获得一个样本，因而它将无法回答维护维修中存在的一些细节性问题。(4)数据集市
数据集市是针对某个具有战略意义的应用或部门级的应用，支持管理部门和一线设备维护维修人员利用已有的数据作出设备维护维修管理决策
[36]
。通常要想在整个企业组
织范围内构建数据仓库，它的工作量大、代价高，并且在实施过程中，也很难了解企业的全部管理决策要求，因此，提出了数据集市的概念来解决这些问题。数据集市可分为两种类型
[38]
：独立型数据集市与从属型数据集市，分别如图4-1、4-2所示。
独立型数据集市的数据直接来自各个设备维护维修系统，从企业的投入方面的考虑，最终建成的就是独立数据集市，在该系统体系结构中，IT部门必须设计多个数据转换程序，把各个设备管理部门中的操作数据转换到独立数据集市中，以便保持一致性的数据。
从属型数据集市的数据直接源自全局数据仓库
[38]
。显然，这种结构能保证数据的一
致性和完整性，它有效地提高了用户查询信息的速度，通常会为访问数据仓库十分频繁的关键业务部门建立从属数据集市，这样可以很好地提高查询操作的反应速度。油气生产企业设备维护维修的数据仓库采用从属型数据集市。
设备管理系统设备维护维修系统理系统据源财务管现场数设备管理系统设备维护维修系统理系统据源财务管现场数管理部门数据集生产设备数据集现场人员数据集管理部门数据集数据仓库图4-1独立型数据集市图4-2从属型数据集市
由上图可知，数据仓库按照不同的主题，划分成不同的数据集市，如管理部门数据集市、生产设备数据集市、现场人员数据集市等，并且“面向主题”是数据仓库中数据组织的最基本原则。因此，油气生产企业设备维护维修的数据仓库围绕着某些具体的分析主题而组织，以满足系统开发的需要。
4.2OPEMISA的数据信息体系的组成和工作原理
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第四章OPEMISA的数据信息体系结构研究
4.2.1数据信息体系的组成
根据壳牌公司OE管理系统组成要素中第11个子系统的工作要求，信息管理子系统主要是将设备维护维修过程中的关键数据信息以各种形式（数据、文档及知识）在整个组织内流动的技术。不良的数据信息管理对设备运行都是一种风险，有可能导致违法违规、技术完整性和生产损失、商业利益损失等。良好的信息管理意味着有完整可靠的信息用于决策，意味着一旦有需要即可获得信息，同时信息易于理解和使用。良好的信息管理能够缩短冗长的决策过程及生产时间，使公司实现更大的价值。
油气生产企业的设备维护维修信息系统体系结构的成功应用需要大量的规范化数据信息的验证，因此，数据信息体系是油气生产设备维护维修中产生的海量数据的有效组织方法，同时，它也是OPEMISA模型的重要组成部分。这是因为油气生产企业用于生产设备维护维修管理、监控、协作、决策分析的信息量大、种类多，包括现场设备运行数据信息、部门统计办公信息、领导决策分析信息和协同工作信息等。
更为重要的是OPEMISA的数据信息体系有效地对设备维护维修数据进行分类组织管理，可以实现企业内部维护维修数据的共享，控制了快速、及时、动态的设备维修精确度。因而，数据信息从用途上可分为日常事务处理型信息和决策支持分析型信息。其中，日常事务处理型信息主要有设备的基础信息，如设备的名称、规格、产地、价格等；设备的使用信息，如设备的使用单位、操作者、设备负荷率等；设备的运行信息，如运行实时数据、运行日志、运行巡检记录等；常规检测数据，如点检数据等。决策支持分析信息包括各种状态监测数据，如振动数据、温度数据、油液分析数据等；设备历史事件数据，如设备的投产日期、故障记录、历次修理记录等；设备状态判别的各种标准，如绝对标准、相对标准和类比标准等。针对这些不同类型、不同目的用途的信息，为了对信息进行有效地管理和合理的利用，需要采取合理的信息组织模式对设备运行信息进行集成管理。为此，给出了一个OPEMISA的数据信息体系结构如图4-3所示：
OPEMISA的数据信息体系结构中将油气生产设备维护维修信息在横向上分为：(1)设备维护维修据库管理系统
根据4.1.2节数据库的主要任务和特点可以知道，设备维护维修数据库管理系统主要用于存储数据信息体系结构中不同级别的日常数据信息，例如完整性保障信息、预防性维护信息和矫正性维护信息等，这些信息作为不同级别（例如部门级）实施数据的统计和分析的基础数据，这也为数据仓库系统的的实现提供了数据共享。(2)设备维护维修数据仓库管理系统
由数据仓库的定义和特点可知，设备维护维修数据仓库管理系统通过OPEMISA的数据信息集成系统把数据库中的基础数据进行处理，转变以数据仓库为特点的数据信息。数据仓库系统利用统计和分析功能实现数据的分类处理，最终将这类数据提供给不同级别（例如部门级）的管理人员决策和分析的需要。
OPEMISA的数据信息体系结构中将油气生产设备维护维修数据信息在纵向上分为：
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井场级、维修部门级、项目部级(“长北项目”部)和总部级等数据信息。(1)井场级（作业级）
井场级为第一级信息，从OE-MIE管理系统的实质来看，这些存储在数据库管理系统中的信息主要包括：设备运行信息、设备状态信息和井场采集信息。而存储在数据仓库管理系统中具有统计和分析的信息包括：设备统计信息、设备完好分析和井厂实时决策。
以设备状态信息为例，OE-MIE着眼于每一台设备的具体运行状况，以设备的真实状态，以及设备的实际使用时间作为维修的依据，通过状态监测技术搜集设备状态信息，并利用各种先进的技术和方法对被监测设备的真实状态进行评估，根据评估的结果来决定是否维修，何时维修。(2)部门级
部门级为第二级信息，从OE-MIE管理体系的两级执行流程可知，存储在数据库中的信息主要包括：预防性维护信息、矫正性维护信息和设备维修标准信息。而相应地数据仓库管理系统中的信息包括：设备维修预测、计划和辅助决策分析。在这里主要以预防性维护信息和矫正性维护系统为例，OE-MIE管理体系的整个实施过程采用的是预防性维修（PM）和矫正性维修（CM）两类维修手段相结合的维修模式。因此，在数据信息组织体系中会产生预防性维护信息和矫正性维护信息。其中预防性维修是在购入时即按照设备的性能和执行标准，利用OE-MIE管理体系特有的技术完整性保障体系制定出完善的预防性维护维修计划，设备投入运行后每天形成预防性维护维修工单，使得设备维护维修人员能够明确自己的任务，并且及时反馈非常规维护维修现象，极大地增强企业设备维护维修管理能力。矫正性维修则是通过日常的检查设备发现问题，或者通过与专业化维护承包商合作，利用他们的专业知识，快速找到故障或风险，及时进行准确的故障模式影响分析，并按照OE-MIE的维护维修执行流程而进行的修理。(3)项目部级
项目部级为第三级信息，根据OE管理系统中的绩效管理子系统和年度计划及预算子系统的要求，在结合OE-MIE的两大组成模块之一技术完整性保障（IA）可知，设备维护维修数据库管理系统中存储的信息包括：完整性保障信息、财务管理信息和人力资源管理信息。于此相对应的数据仓库中的组件有设备统计分析、维修财务分析和维修知识管理。
以完整性保障信息为例，技术完整性保障（IA）是一个完善的、系统的管理过程，是用整体优化的方式管理设备的整个生命周期，以达到资产的可靠性、安全性、环保以及经济性的要求，并可持续发展。技术完整性保障的完成具体是通过识别所有的安全关键设备（SCE），按照设备性能标准（PS）防止事故风险，并通过建立规范的、科学的预防性维修计划，来实现资产的安全和完整性，而且保证我们所有人都知道这一点。技术
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第四章OPEMISA的数据信息体系结构研究
完整性保障（IA）的最终结果是制定系统的维修计划，为维护维修执行工作（ME）提供基础。
设备规划信息设备整体信息协同工作信息远程诊断分析远程咨询信息集成共享信息总部级OPEMISA完整性保障信息财务管理信息人力资源管理信息设备统计分析维修财务分析维修知识管理项目部级预防性维护信息矫正性维护设备维修标信息准信息设备运行信息设备状态信息井厂采集信息的数据信息集成系统设备维修预测设备维修计划辅助决策分析部门级井厂实时决策设备统计信息设备完好分析井场级设备维护维修数据库管理系统设备维护维修数据仓库管理系统图4-3OPEMISA的数据信息体系结构
(4)总部级
总部级为第四级信息，也是企业管理部级。它主要依据第三章提出的基于OE的OPEMISA的总体结构中的要求，其中存储在数据库中的信息主要包括：设备规划信息、设备整体信息和协同工作信息，于此对应的数据仓库中的统计分析包括：远程诊断分析、远程咨询信息和集成共享信息。
以设备规划信息为例，依据OE管理系统的组成要素中的第一个子系统领导力和战略计划子系统的要求，为了指导企业设备维护维修信息化和自动化建设与发展所做出的整体规划和决策分析，是企业信息系统开发和业务流程重组的纲领性文件体系。
4.2.2数据信息体系结构的工作原理
第一级信息经过数据库管理系统和数据仓库管理系统的处理和分析，将筛选的满足上层需求的重要信息传递给第二级。维修部门级为第二级信息，主要是基于设备维修标准信息，以辅助预防性维护和矫正性维护的信息，以及设备维修的计划信息、设备维修的预测信息等。这些信息也将分别得到数据库管理系统和数据仓库管理系统的支持和分类，从第二级处理过的信息中将重要信息传送给第三级分别需要的管理模块中，以便支持上一级业务处理的需要。项目部级是第三级信息，主要是项目部管理者对设备维护维
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修业务过程中所需要的设备完整性保障信息与决策信息以及在项目层面对维护维修组织人员信息、财务信息。设备完整性保障信息是一个完善的、系统的管理过程，是用整体优化的方式管理设备的整个生命周期，以达到资产的可靠性、安全性、环保以及经济性的要求，并可持续发展。完整性保障的最终结果是制定系统的维修计划，为维修工作提供基础。设备统计分析信息、维修财务分析和设备维修知识信息的管理，分别实现了设备维护维修中设备零部件的数据统计、层次关系、维修费用的支出和预算和设备维护维修的基础知识和综合知识在数据仓库中的组织管理，它们是数据仓库管理系统需要支持的业务，同时，这些信息是设备维护维修业务中最为基础的信息。总部级为第四级信息，一方面包括体现企业高层设备管理规划和设备运行整体状况信息以及用于跨地域的各级管理部门之间协同工作中产生的信息，另一方面包括体现从位于异地企业总部的远程诊断分析和远程咨询信息以及集成共享信息，以给生产现场设备的维护维修业务和生产运营提供支持。
4.3OPEMISA中数据仓库的数据组织
OPEMISA的数据组织方式通常与传统企业按个自所需组织管理数据的分散式数据组织方式完全不同，它是在较高层次上对设备维护维修数据的一个完整、一致地描述，并完整地刻画出各个设备所涉及企业的其它各项数据和数据之间的联系。OPEMISA中数据仓库的数据组织涉及OPEMISA的数据组织体系结构、元数据、数据粒度模型的设计三部分。
4.3.1设备维护维修数据的组织结构
油气生产设备维护维修的数据信息组织方式对数据统计和决策分析有着重要的作用，直接影响着设备维护维修信息系统的使用效果。
目前数据仓库建设中主要采用多重粒度和数据分割等数据组织方式，将数据组织结构分为早期细节级、当前细节级、轻度综合级和高度综合级，并根据时间和类型对数据进行分片存储。这种数据组织方式设计简单、容易实现，适用于常规的、通用的数据统计和决策分析，但多是从信息系统开发人员的角度设计数据组织模式，忽视了一线生产设备维护维修人员和各个部门的管理人员的实际需求，未考虑到这些人员以往查询、统计、分析的习惯和关心的问题。
OPEMISA采用面向主题的数据组织，并采用分阶段的方式进行数据组织。相应地OPEMISA数据仓库数据组织体系结构包括[39]：早期细节级、当前细节级、轻度综合数据、高度综合数据以及元数据五部分。油气生产企业设备维护维修的数据仓库数据组织体系结构如图4-4所示。
从图4-4可知，油气生产企业设备维护维修数据仓库的数据组织体系结构是由一线生产基地的源数据向数据仓库层进行数据传输的过程中，利用数据转换工具（ETL）进行清洗、刷新等措施，将完整的、最新的数据交给用户级的数据仓库。为了前端管理部
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门提高数据分析和查询效率。
从下图可知，油气生产企业设备维护维修数据仓库中的数据是由操作层数据向数据仓库层进行数据传输的过程中，一旦维护维修数据过期，数据就由当前细节级层变为早期细节级层。为提高油气生产企业设备维护维修问题的汇总和查询效率，经过综合操作后的设备维护维修数据由当前细节级层进入轻度综合数据级层，并在此基础上，进一步对轻度综合数据进行综合处理进入高度综合数据级层。
高度综合细节级
轻度综合细节级
设备运行状态分析
现场人员工作分析管理部门工作分析
元数
生产设备数据集
现场人员数据集
管理部门数据集
据
当前细节级
油气生产企业设备维护维修数据仓库
早期细节级
图4-4设备维护维修数据的组织结构
(1)早期细节数据
早期细节层数据主要用于存储生产设备过去运行过程中产生的详细数据信息，这真实地反映了设备运行的历史情况。这些数据信息随着时间变化，数据冗余高，使用频度低，一般存储在数据转换的存储介质内。
(2)当前细节数据
当前细节层主要用于存储最近一段时间的设备维护维修业务数据，记录了当前维护维修业务的情况，大量的数据信息，是企业设备维护维修数据仓库用户关注的焦点。随着时间的推移，当前细节层数据由数据仓库的时间控制机制转为早期细节数据。
(3)轻度综合数据
轻度综合数据是从当前设备运行过程中产生的基本数据中抽取出来，经常是在很短的时间段（粒度）中统计而形成的数据。这类数据远远小于细节层的数据量。
(4)高度综合数据
这一层的数据经过每一层的提炼，完全可作为决策支持时要用的数据。
由数据组织结构图可以看出，整个数据的组织结构由元数据统统一来组织，它贯穿整个设备维护维修数据仓库开发的始末，在数据仓库的建造、运行中起着极其重要的作用。
4.3.2设备维护维修数据仓库的元数据
油气生产企业设备维护维修数据仓库的元数据描述了设备维护维修数据仓库中各个
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对象，遍及设备维护维修业务的所有方面，是整个设备维护维修数据仓库的核心。设备维护维修数据仓库元数据相当于设备维护维修数据仓库中的字典，它不仅定义了设备维护维修数据仓库存储了什么，而且指明了设备维护维修数据仓库中信息的内容和位置，刻画了数据的抽取和转换规则，存储了与设备维护维修数据仓库主题有关的各种信息。并且它贯穿于整个数据仓库的设计与运行中，如图4-5所示。
设备维护维修数据仓库元数据描述了设备维护维修数据仓库的数据与环境，即关于数据的数据
[38]
。设备维护维修数据仓库元数据可以分为四类：关于设备维护维修数据仓
库数据源的元数据、模型的元数据、映射的元数据、使用的元数据。(1)关于设备维护维修数据仓库数据源的元数据
关于设备维护维修数据仓库数据源的元数据是对油气生产企业现有设备管理信息系统数据源的描述信息。它是对一线生产基地不同的管理平台上数据源的物理结构和含义的描述，具体包含以下几项内容：
①数据源的全部物理数据结构，包括全部的数据项及数据类型；②所有设备数据项的维护维修业务；
③每个设备数据项更新的频率和对应的过程更新说明；④每个设备数据项的有效值；
⑤企业其它系统中具有设备管理业务数据项的清单；
元数据模型关于设备维护维修数据仓库数据源的元数据设备维护维修数据仓库概念模型关于设备维护维修数据仓库数据源的元数据设备维护维修数据仓库逻辑模型关于设备维护维修数据仓设备维护维修数据仓库物理模库数据源的元数据型据粒度和聚关于设备维护维修数据仓库数据源的元数据设备维护维修数据仓库集模型现实世界数图4-5设备维护维修数据仓库元数据关系图
(2)关于设备维护维修数据仓库数据模型的元数据
关于设备维护维修数据仓库数据模型的元数据描述了设备维护维修数据仓库中存储
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第四章OPEMISA的数据信息体系结构研究
的数据以及数据间的关系，它支持维护维修人员和管理人员从数据仓库中获取各自所需要的设备维修表，并确立表之间的关系，用户通过维修表之间的关系，得到所需的维护维修数据。
关于设备维护维修数据仓库数据模型的元数据主要包含以下内容：
I/O对象：支持设备维护维修数据仓库的I/O操作的各种设备对象。主要描述该设备对象的定义、类型、状态和存储周期。
关系：两个I/O对象之间的关联。如一对一、一对多和多对多。
关系成员：用于描述每个关系中两个I/O设备对象包含的具体角色及约束条件。关系的关键字：用于描述两个I/O设备对象之间如何建立关联关系。每个关系都是通过I/O对象的关键字来建立的，元数据要指明建立每个关系的相应对象的关键字是什么
[11]
。
关于设备维护维修数据仓库映射的元数据是数据源与数据仓库数据之间的映射。即
(3)关于设备维护维修数据仓库映射的元数据
用元数据反映数据仓库中的数据项是从哪个特定的数据源填充的，经过哪些转换、变化和加载过程，源数据与目标数据之间的映射是一种复杂的多对多关系。
可见，关于设备维护维修数据仓库映射的元数据用来支持生产设备的源代码，以完成数据转换工作，实现由油气生产企业操作型数据转换成面向主题的设备维护维修数据仓库的数据。
(4)关于设备维护维修数据仓库使用的元数据
关于设备维护维修数据仓库使用的元数据是对设备维护维修数据仓库中信息使用情况的描述，帮助用户在设备维护维修数据仓库中查询所需要的信息，实现企业设备维护维修管理。例如油气生产企业单位主管按设备主题查看各个生产设备在某一时间段内完成任务情况等，这些都属于关于设备维护维修数据仓库使用的元数据。
从以上可以看出设备维护维修数据仓库存储着大量的数据量，在分析处理时涉及广泛的数据范围，常常涉及到查询海量数据，这需要对数据仓库中存储的大量数据进行粒度分析，从而提高设备维护维修数据仓库系统综合效率。
4.3.3设备维护维修数据仓库的粒度设计
在传统的操作型数据库系统中，都是在最低级的粒度上对数据进行处理和操作的，由上节可知，在设备维护维修数据仓库的环境中，设备维护维修数据仓库元数据存在着轻度综合数据、高度综合数据等不同的数据综合级别，称之为“数据粒度”。
数据粒度是指数据仓库中数据单元保存数据细化或综合程度的级别。它影响存放在数据仓库中数据量的大小，同时影响数据仓库所能回答查询问题的细节程度。数据越详细，粒度越小级别就越低，回答查询的种类就越多；反之，数据综合度越高，粒度越大，级别就越高，回答细节问题的能力就越小。
针对企业不同业务类型的查询分析可以采用不同粒度级别的数据。如在制做长北项
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目设备故障日报表中，可以使用当前细节级数据。它记录的是每个设备每天故障情况。而在制作长北项目设备维护维修的年报表中，如果采用当前细节级层数据，数据查询的工作量大，则系统整理计算的时间过长，而在高度综合级数据中记录的是每月各个设备故障的情况，显而易见，应用高度综合级层的数据能够有效地提高系统查询效率。由此可见，数据粒度的划分将直接影响数据仓库中所需要的数据量以及所适合各自需要的查询类型，而在对数据粒度进行合理划分的之前要先对粒度进行准确的确定。
经过对油气生产企业设备维护维修数据仓库主题的分析可知，对数据粒度的确定没有严格的标准，它是在深入了解设备维护维修业务的基础上，对业务分析要求、系统开销、软件能力等各方面因素进行综合考虑，它的确定过程也是一个决策过程
[34]
。
4.4设备维护维修的数据仓库数据组织体系结构
互联网技术的发展极大地推动了数据仓库应用的实施进程,使得石油开采行业运用数据仓库技术成为可能。首先,在分布式油气生产企业内的计算机网络上，数据仓库的开发和设计投入的成本较低,从而减少了跨地区、跨作业区以及跨部门的数据重用量；其次,对油气田设备维护维修过程中得到的数据进行各种复杂而有效的分析,然后以统一、完整的格式提交给终端用户。
油气生产企业设备维护维修数据仓库组织体系结构(OilProductionEquipmentMaintenanceDateWarehouseOrganizationArchitecture，简称OPEMDWOA），是实现企业设备维护维修系统智能化管理活动的要求。OPEMDWOA的智能管理体系结构分为源数据、数据存储与管理、数据分析与管理、前端应用四个阶段。这几个阶段通过密切协作完成企业设备维护维修智能化管理的功能，设备维护维修的数据仓库数据组织体系结构如图4-6所示。
现场数据全局数据仓库用户数据仓库前端处理数据设备数据信息分类视图抽取、清理装载、刷新全局数据仓库ETL工具设备数据信息分析和视图生成软件分析、集成装载、更新数据查询设备数据信息分类视图数据分析设备数据信息分类视图数据挖掘前端应用数据源数据存储与管理数据分析与管理图4-6设备维护维修的数据仓库数据组织体系结构
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第四章OPEMISA的数据信息体系结构研究
由上图可以看出，设备维护维修系统智能化管理应用有3个十分关键的环节：数据源ETL过程、数据分析和视图生成以及前端应用。(1)数据源ETL过程
ETL过程即数据抽取、清理、装载和刷新的过程[41]。它负责将业务系统中各种关系型数据、外部数据和其他相关数据经过清洗、装载和刷新整理后放进全局数据仓库。(2)数据分析和视图生成
用户数据仓库通过读取全局数据仓库中的数据，利用用户数据仓库中的数据信息分类和视图生成软件分析、集成、装载和更新取来的数据，转换成前端所需要的设备数据信息分类视图，满足了不同业务需求。(3)前端应用
前端的用户按照自己的业务需要访问设备数据信息分类视图，查询和挖掘出大量数据信息后面的“知识”,探索出油气生产中设备运行的规律性,可以进行预测设备的故障、预测未来的生产情况等,从而更有效的进行生产调整和优化,并为参与企业决策提供了重要的依据。
数据仓库作为服务于油气生产企业级的应用,概括说来有以下四个方面的优点：(1)减轻设备维护维修信息系统负担、简化系统的日常维护和管理工作；(2)改进设备维护维修数据信息的完整性、兼容性和有效性；(3)提高了设备维护维修中产生的海量数据存取效率；(4)提供简单、统一的查询和维修报表管理；
4.5本章小结
建立了基于SOA的OPEMISA的软件体系结构还难以满足油气生产企业整体信息化发展的需要，没有企业中设备产生的数据信息的有效组织和分析，构建的所有的信息系统体系结构将是一个空架子，对现实中企业的信息化发展没有任何意义。为此，我们根据油气生产企业用于生产设备维护维修管理、监控、协作、决策分析的信息量大、种类多这些特点，结合油气生产企业的实际生产状况提出了构建OPEMISA的数据信息软件体系结构，另外，根据数据仓库和数据信息体系环境的相关概念，详细阐述了设备维护维修过程中产生的大量数据在数据仓库中的组织结构，同时，设计出了设备维护维修数据仓库数据组织体系结构，说明了在不同的数据仓库内设备运行中产生的数据处理过程。这为不同类用户经常性查询统计分析个自所需提供了快速有效的途径。
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第五章基于多智能体的OPEMISA应用软件系统结构
目前计算机技术和网络技术的高速发展，智能化的设备维护维修信息系统平台作为今后企业信息化的主要趋势。同时也为智能化的数据挖掘平台的实现提供了新的发展机遇。按照多智能体的基本概念，构建基于多智能体的OPEMISA软件系统并且详细分析了多智能体在设备维护维修软件系统中的协作和冲突解决机制，这对数据仓库中的数据挖掘系统的实施和智能化决策提供了可以借鉴的新思路。
5.1多智能体的基本概念
智能体概念最早由美国的Minsky教授在《智力社会》一书中提出。它被用来描述一个具有自适应、自制能力的硬件、软件或其他实体，其目标是认识与模拟人类智力行为
[40]
。
智能体是指能在某一环境中运行并能响应环境的变化，灵活、自主地采取行动以满
5.1.1智能体的定义和特点
足其设计目标的计算实体
[47]
。在本质上它就是一个计算机软件程序，运行于企业动态环
境下并且具有较强的自治能力，能够接受其他实体的委托并为之提供帮助和服务。同时，它能够在预定目标的驱动下主动采取各种必要的行动以感知、适应并作用于动态变化的环境。
Agent具有以下几种特性[40](1)自治性；一个智能体应具有独立的局部于自身的知识和知识处理方法，在自身的有限计算资源和行为控制下，能够再没有人和其他智能体直接干预的情况下持续运行，以特定的方式响应环境的要求和变化。(2)社交能力；智能体往往不是独立存在的，智能体可以通过某种智能体通信语言与其他智能体进行信息交换，同时应具有和外部环境中其他智能体相互协作的能力，而且在遇到冲突是能够通过协调进行冲突消解。(3)反应能力；智能体在感知环境，响应环境的同时，并不只是简单被动的对环境变化作出反应，它可以表现出收目标驱动的自发行为。在某些情况下,他能够感知环境,并对环境的变化及时地做出反应以满足其目标。(4)主动性；智能体不但能够简单地对环境做出反应,而且能够主动发动某种动作行为,执行某个操作,以满足他们的设计目标。
5.1.2多智能体概念和外延
在人工智能研究领域中，Agent概念的实际应用并不是简单地把人工智能领域研究成果集成为一个具有智能行为的机器人，更为重要的原因是人们认识到人类智能的本质是一种社会性的智能。在研究人类智能行为活动中发现，人类绝大部分的活动都依赖于团体的协作才能完成，大型复杂问题的求解需要多个专业人员或团体组织协作完成。人的智能是在由许多个体构成的社会中进行各种活动时体现出来的。协作、谈判、协商等等是人类智能行为的主要表现形式。要对社会性的智能进行研究，构成社会的基本构件“人”的对应物“Agent”理所当然地成为人工智能研究的基本对象，而社会的对应物“多Agent系统”也成为人工智能研究的基本对象。
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第五章基于多智能体的OPEMISA应用软件系统结构
Multi-agent是一个由多个Agent组成的智能体“社会”,Agent之间可以互相通信,Multi-agent系统是一种分布式自主的能够对接受到的消息进行推理,并能从经验中学习。
系统,能够处理分布式问题。它采用基于协商的决策,能够在相同环境中采用不同的解决问题的方法,具有并行性、智能性和柔性。可以从不同角度阐述了多Agent系统的优势，归纳起来，主要有以下几点[41-49]:
(1)多Agent系统中，每个Agent具有独立性和自主性，能够解决给定的子问题，自主地推理和规划并选择恰当的策略，并以特定的方式影响周围的环境。
(2)多Agent系统支持分布式应用，所以具有良好的模块性、易于扩展、设计简单灵活，克服了建造一个庞大知识库所造成的知识管理和扩展的困难，能有效降低系统构造成本。
(3)在多Agent系统的实现过程中，不追求单个、庞大、复杂的体系，而是按面向对象的方法构造多层次的、多元化的Agent，其结果降低了系统的复杂性，也降低了各个Agent问题求解的复杂性。
(4)多Agent系统是一个协调式系统，各Agent间相互协调合作可解决大规模的复杂问题;
(5)多Agent系统也是一个集成系统，它采用信息集成技术，将各子系统信息集成在一起，完成复杂系统的集成。
(6)在多Agent系统中，Agent之间相互通讯，彼此协调，并行地求解问题，因此，能有效提高问题求解效率。
(7)多Agent技术打破了当前知识工程领域中仅使用一个专家系统的限制，在MAS中，不同领域、同一领域不同的专家系统可以协作求解单一专家无法解决或无法很好解决的问题。
多Agent系统具有类似于社会的、生物界组织形式的特征。这类开放系统与目前的计一算机系统有很大差别，它们对于复杂的任务进行异步的计算，它们的节点可以在内部结构陌生的其它机器上产生进程。这些节点能根据不完备的知识与不完整的、经常迟到的信息做出局部决策。整个系统不存在中心控制，而是通过各节点的交互，协作解决问题。分布式人工智能是研究多Agent系统这种社会智能的学科分支，但当把多Agent系统看作一个社会的时候，多Agent构成的并发组合体，它们的交互、策略以及对资源的竞争类似于纯粹的生态学，此外，生态学中其他的概念，如进化、变异，大大拓展了分布式人工智能的研究范畴。将多Agent系统与计算生态学(theecologyofcomputation)联系起来，使得多Agent系统具有更为丰富的内涵。将多Agent系统看作是一个生态系统，引进许多生物的机制，如变异，物种的变化导致生命基因的改变，从而形成物种的多样性，有利于增强适应环境的能力。这类变异策略是人工智能系统提高其自身能力的一种方法。正如Lenat与Brown所说，“未来成功的系统应该是一系列进化的、自组织的符号知识结构的社会系统”。
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5.2基于多智能体的OPEMISA应用软件系统的组成5.2.1传统OPEMISA应用软件系统的缺陷
(1)缺乏智能性
传统OPEMISA应用软件系统将设备维护维修信息系统的各个组成部分视为在维护维修问题处理中不具备智能的被其它软件系统调用，使维护维修信息系统缺乏相应的自适应性和灵活性。(2)被动服务
传统的OPEMISA应用软件系统一般处于被动的等待维护维修问题的处理状态，它不会根据设备的内部问题的求解信息主动为企业管理人员服务，使设备维修人员和管理人员寻找解决方案具有一定的盲目性。(3)不适合复杂问题拆分求解
传统的OPEMISA应用软件系统在处理问题时，仅涵盖已有简单问题的解决方案，这种软件系统仅适合具有单一问题的求解，不能适应具有分布式特征的复杂问题的求解。
5.2.2应用软件系统的层次结构和功能
对于油气生产企业设备复杂的维护维修和保养过程中各类问题的求解中，需要将其分解为具体不同的子问题，采用不同的应用软件和需要多个部门和不同人员共同协商提供相应的解决方案，并对结果进行综合集成，从而得到相应的解决方案，对这类复杂问题的求解，采用分布式多智能体的并行求解方法来解决是比较有效的。因此，为解决设备运行过程中所面临的问题，在多智能体设备维护维修信息系统中，我们建立了相应的基于多智能体OPEMISA应用软件系统。它将维护维修中所涉及的各种软件模块构造为组件智能体，形成相应的组件库和维护维修软件agent，并对组件库进行管理。同时利用软件系统结构所提供的工具，生成符合用户需要的维护维修系统，从而实现维护维修系统的柔性和智能特性，如图5-1所示。模型从下至上，由数据层、工具层、应用层、决策分析层组成。(1)数据层
数据层是由面向企业设备维护维修过程的信息数据库、支持维护维修信息系统的软件组件库以及企业设备维护维修过程的知识库和方法库组成。对它的管理是决定多智能体软件系统能否高效顺利的一个关键因素。
①数据库主要是用于存储现场生产设备运行和不断地进行维护和保养时产生的各类数据信息，也包括适时地录入的人工记录下来的零散信息。
②组件库是存储用于满足设备维护维修以及保养的业务需要而构建的信息系统软件集成模块，这些模块各自拥有强大的计算功能和数据处理功能。
③知识库主要是将油气生产企业的设备维护维修信息和知识资产保存下来，这样有利于加快企业内外部信息和知识的交流学习、有利于实现组织的协作和沟通、有利于帮助企业实现对前端应用平台的有效管理。
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第五章基于多智能体的OPEMISA应用软件系统结构
④方法库它是存储设备维护维修方法模块的工具，用于实现设备维护维修中零部件的需求量和尺寸等计算方法的交互式存储，它将事先设计好的算法和数据信息集成在一起完成维护维修业务的计算过程，并以直观清晰的方式输出结果，为企业高层的决策支持提供正确的引导。
油气生产企业设备维护维修中各类复杂问题EISagent决策支持agent联机分析agent数据挖掘agent决策分析层应用层黑板体系管理agent应用共享agent综合agent预防性工具agent数据采集工具agent数据管理agent备件管理agent固定资产管理agent工具层故障诊断agent协作管理agent维修方案agent特殊设备管理agent数据仓库数据层数据库组件库知识库方法库图5-1多智能体OPEMISA的应用软件系统
(2)工具层
工具层由远程设备维护维修过程中的用到的各类工具agent组成。主要包括以长北项目为例中所要用到的预防性维修工具、数据采集、数据管理、故障诊断、维修方案、备件管理、固定资产管理、协作管理、特殊设备管理等智能体组成。这些工具智能体是设备维护维修业务中的核心组件，以预防性维修工具为例，它是对OE-MIE中两类维修手段之一的预防性维修中出现的问题进行有效的解决。并且体现了从油气生产企业的综合角度考虑实现了企业的智能化和自动化的管理需要。(3)应用层
应用层主要由黑板、体系管理agent、应用共享agent、综合agent组成。
①黑板：黑板调度器作为黑板的控制机构，是一个基于知识规则的实时推理系统，它根据从各个智能体汇集来的数据信息，利用调度规则进行推理，得到调度策略，然后通过黑板传递给相应的智能体。在多智能体系统中，Agent间的通讯一般分为两类，即黑板方式和信息传递方式，黑板方式是一种广播通讯，消息传递是一种点对点通讯，黑板
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方式传输信息的速度更快，主要是因为可以选择多条通信线路进行传递。而消息传递方式如果通信线路故障会造成设备维护维修信息传输延迟，这样会导致高层管理部门不能及时收到最新消息，决策上产生偏差或失误。“黑板”是一个共享的知识结构，智能体可以向它张贴信息，也可以从它读取由其它智能体张贴的信息。考虑到油气生产企业的一线作业和管理部门的地域上的差异性问题，我们采用黑板通信机制更符合企业的现实环境，也符合我们前面所设计的设备维护维修信息系统体系结构的要求。
②体系管理agent的范围较广泛，这里主要是根据OPEMISA软件体系结构中的各个agent和设备维护维修中的各个信息系统agent进行管理。
③应用共享agent是对来自其它agent的信息共享管理，也是对多个模块agent间的信息交互和传输的管理。
④综合agent主要是对软件体系结构中涉及到的各个模块agent的综合管理以及将多个分设备维护维修求解方案agent综合成问题的最终方法，实现各个模块间的协同运行，解决模块间的冲突。(4)决策分析层
决策分析层主要是管理前端管理人员通过数据挖掘和联机分析agent访问数据仓库管理系统中各自需要的设备维护维修信息，以便辅助企业管理人员做出决策。它主要由EISagent、决策支持agent、联机分析agent、数据挖掘agent组成。
①EISagent：MAS是一个既分布又协调的系统，不仅具备一般分布式系统所特有的资源共享，易于扩张、可靠性高、灵活性好等优点，而且Agent间能相互协调、相互合作解决大规模的复杂问题，所以，它主要是对设备维护维修业务中需要的各个子信息系统体系结构的主动管理和控制，还可以根据设备维护维修业务的动态变化增加处理功能更强的新信息系统和剔除、更新已有的旧子系统，并且解决每个子系统与组织之间相互耦合和协调工作。
②决策支持agent：主要是收集、修改并及时提供与某次设备维护维修中决策有关的各种外部数据信息，并能及时提供数据仓库组织结构和数据信息体系等模型和方法和友好的人机交互界面，灵活的利用模型和方法，对设备维护维修数据进行加工、汇总和分析，迅速得到设备维护维修所需要的综合信息和预测信息，帮助支持和加强管理人员完成半结构化或非结构化问题的决策任务，改善决策的有效性，充分发挥决策人员的知识、经验和判断能力的作用。
③联机分析agent：数据仓库数据组织体系中的数据挖掘应建立在联机分析处理的数据环境基础之上。数据挖掘需要对大量数据进行反复查询操作,关心数据存取方式的方便性与可操作性。联机分析处理和传统的联机事务处理是两种性质不同的数据处理方式。而联机分析agent应用是对设备维护维修业务中当前及历史数据进行分析、辅助领导决策。数据挖掘是从数据仓库体现出来,也正是有数据仓库的存在才使得油田数据库构建的更完善。
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第五章基于多智能体的OPEMISA应用软件系统结构
④数据挖掘agent：数据挖掘可以作为油气生产设备维护维修数据仓库组织结构的一个逻辑上的子集,而不一定非得是物理上单独的数据库。而数据挖掘agent的目标是从数据库中发现隐藏的、有意义的知识,数据挖掘自动在数据库中寻找预测性信息,利用数据挖掘的预测,通过对每一生产设备、零部件等设备维修历史数据进行对该设备的使用寿命的预测。同时,也可以对油气生产设备在不同的作业环境下，在该地区设备的生产情况的历史数据进行主动预测分析，实现油气生产企业的设备维护维修的全面化管理功能。
与传统的系统设计方法相比较，基于Agent的系统设计有如下优点:
(l)社会智能性；Agent通过社会性的交互，充分发挥各个智能体的长处，并且能协同地完成复杂的任务。
(2)扩充性和健壮性；多Agent系统采用松散耦合结构，加入或退出一个或多个功能Agent系统时，整个系统依然可以正常运行。
(3)异构集成性；多Agent系统是建立在软件件规范上的基础上，可以充分利用其互操作性，实现不同系统在异构环境下的互操作性和集成性。
5.3OPEMISA应用软件系统中多智能体间的协作和冲突消除
Agent之间的协调和冲突消除是多Agent系统研究中的核心问题之一。分布式环境下，设备维护维修数据在多个不同的应用软件系统中，有可能同时在利用某一数据进行业务操作，这必定产生相同数据得出不同结果的错误。这是因为在复杂实时动态环境下,由于存在时间约束和资源约束,需要解决智能体系统在有限时间,有限资源的情况下的行为协调,冲突消解等协调合作问题，避免造成企业管理部门间的决策失误。
5.3.1多智能体间的协作技术
对于企业设备复杂的维护维修和保养过程中各类问题的求解中，需要将其分解为具体不同的子问题，采用不同的应用软件和需要多个部门和不同人员共同协商提供相应的解决方案，并对结果进行综合集成，从而得到相应的解决方案，对这类复杂问题的求解，采用分布式多智能体的协作求解方法来解决是比较有效的。
多智能体协作(Multi-agentCooperation)是指多个智能体相互间交换信息的一种交互活动，完成一个复杂的任务可能需要几个智能体相互协作和协商才能完成。由于在多智能体系统中单个智能体不具有足够的知识、能力、资源或信息去解决一个复杂的问题，所以它们之间的协作求解是必要的。
由以上的定义可知，多智能体间协作的主要目的是：(1)通过并行工程技术提高维护维修中任务的完成效率(2)通过共享数据信息资源增强完成维护维修任务的能力(3)通过建立协作和协商机制，减少维护维修任务间存在的冲突
由本章的应用软件体系结构分析可知，油气生产设备智能管理应用软件系统由一个多层次的Agent子系统构成，系统中Agent之间的协调主要包括以下两种情况:单个Agent之间的协调和基于共同任务的Agent群组内部的协调。
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在多Agent的设备维护维修系统中经常需要完成一些比较复杂的任务，由于单个Agent的知识等有限，因此需要组织一个基于该设备维护维修任务的Agent群组，由群组内部的Agent相互协作共同完成任务。首先，请求协助的Agent先将设备维护维修任务的协作请求发送给其它可能合作的Agent，收到该协作请求的Agent依靠自身的知识和能力为该请求做出一个整体规划，并将该规划反馈给作为初始请求者的Agent。然后，请求者在有意向的合作者之间调查合作的可能性，并给有意向的合作者发出合作建议和规划。根据合作建议以及Agent个体的规划和信念，每个合作的Agent通过推理构造一个可合作的规划。构造规划时，每个Agent都要决定它要做的动作，其它Agent应做的动作以及与其它Agent一起完成的动作。同时，每个Agent还要考虑几个因素：为其它Agent消除障碍、实现合理地分配工作任务。
协作型策略则是指协商各方都从系统整体利益出发，在协商过程中互相合作，它们采取的协商对策有利于寻找互相能接受的协商结果。采用协作型策略的协商协作方法包括
[50]
：
在所有协商协作的方法中，合同网是普遍应用的一种协作方法。其思想源自于人们
(1)合同网协议(Contractnetprotocol，CNP)
在商务过程中用于管理商品和服务的合同机制。在合同网方法中，所有Agent分为两种角色：管理者和工作者。
(2)基于公告牌的合作规划系统(CooperativePlaningSystem，CPS)
合作规划系统(CPS)是在合同网协议基础上发展的一种多Agent合作完成任务、规划的系统组织模型，需要帮助的Agent动态地组织一个协作群体，是一种在开放式环境CPS的基本思想是要完成维护维修仼务的Agent由于知识和能下构造协作规划的方法。
力限制不能生成相应维修规划，而通过公告牌发出维修任务协作请求。其他空闲Agent根据自己的情况产生不完全的个体规划并发送到公告牌。请求的Agent综合多个反馈回的个体规划选择最佳的维修规划并调查协作的可能性。
(3)功能精确的协同方法(FunctionallyAccurate，Cooperative，FA/C)
基本思想是通过多个设备维护维修问题求解过程中不断地交互设备维修过程中的实验性中间结果来消除问题求解可能出现的错误和收集问题的最终解，从而克服局部解决方案之间存在的不一致性。FA/C方法是从下向上进行问题分步求解的，各Agent自主地求解内在具有分布特征的问题，允许Agent求解之间存在不一致性和冲突，然后通过互换部分设备维护维修中的试验性结果，消除矛盾逐步建造设备维护维修解决方案的整体解。(4)黑板模型
基本思想是多个设备维护维修专家或Agent专家协同求解一个问题，黑板是一个共享的求解问题空间，多个设备维修专家都能“看到黑板”。当问题和初始数据记录到黑板上，求解过程开始。所有专家通过“看”黑板寻找利用设备维修专家经验知识求解问题
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第五章基于多智能体的OPEMISA应用软件系统结构
的机会。当一个设备维护维修专家发现黑板上的信息足以支持他进一步求解问题时，就先将求解问题的结果记录在黑板上。新增加的设备维护维修信息有可能使其他维护维修专家继续求解。重复这一过程真到问题彻底解决，获得最终结果。
本文在以长北项目中的预防性维护维修系统为例，由于各个设备维护维修业务中存在的Agent之间是通过Agent间的交互通讯实现的，在多智能体中的通讯方式有黑板方式和消息传递方式。其中，黑板系统方式也称为全局共享内存方式，是通过黑板记录消息，传递部分维护维修结果，寻求设备管理信息。黑板通常分为多层，分别对应当前问体的不同描述或不同抽象层次。黑板通常能将数据驱动转换为目标驱动问题。消息传递方式中，一个Agent想一个或者多个其他Agent发送信息时，采用多点的传递，各Agent之间直接进行信息交换。消息传递方式的语义明确，可理解性强，且Agent对消息传递的Agent的名字及地址是已知的，因此，与黑板方式相比较，消息传递方式需要Agent间相互了解的更多些。
多智能体协作在油气生产企业设备维护维修中的特点：
(1)油气生产企业具有空间分布性、设备功能分布性以及维护维修时间分布性。采用分布、协作的方式能有效地利用领域问题本身的特性，使系统求解问题的效能得以提高。
(2)油气生产企业的异构性要求集成已存在的信息系统，克服不同系统在表示和设计方面存在的差异，多智能体的研究提供了解决方案，能实现多个系统间的互联和互操作。
(3)油气生产企业的核心能力共享要求系统能实现信息以及资源共享。在多智能体系统中，各个智能体所拥有的信息和软硬件资源对于系统中的其它智能体也是可使用的，这增强了信息和资源的利用率。
5.3.2多智能体间的冲突消除
OPEMISA应用软件系统中智能体产生冲突的主要原因是油气生产企业设备维护维修软件系统不同的应用时期，每个智能体是自治的，有着自己独立的结构、知识库和问题的求解策略，但是每个智能体的资源、能力、信息是有限的，智能体之间必须通过一定的协调才能完成对整个问题的求解。
在油气生产企业设备维护维修过程中的冲突主要包括：(1)不同的维护维修业务知识
各个不同维护维修业务的智能体考虑问题的角度不同，使得协作解决问题是智能体的目标与结果间存在对立与矛盾的关系。(2)不同的目标
由于智能体的目标存在差异，做出的假设不同，难以从全局把握，导致另外的智能体目标不能实现。(3)有限的信息资源
设备维护维修信息资源有可共享资源和不可共享资源。当设备维护维修方法计划和具体的实施中所需的资源不足，或对资源需求的计划与调配不合理时，就会产生冲突。
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(4)维护维修过程不协调
维护维修方法的计划和实施等环节规划不合理，导致设备维护维修过程中在时间或信息传递上存在矛盾。
油气生产企业设备维护维修的冲突特征：(1)冲突的多样性
油气生产企业设备维护维修中涉及到职能不同的管理人员，因此会产生多种复杂的冲突，如设备维护维修知识、目标以及过程冲突。(2)冲突的关联性
设备维护维修信息系统的设计之间存在着复杂的联系，主要表现有因果关系、平行关系及耦合关系。在解决某些冲突时，有可能引发其它类型的冲突。(3)冲突不可避免性
冲突不可避免，这是由于智能体具有自治性。虽然已经研究了避免冲突的理论技术，但由于人类对未知领域认识的局限性，冲突在一定程度上虽然可以避免，但是完全避免冲突还是有一定的难度。
油气生产企业设备维护维修过程中智能体间的冲突消除方法主要采用协商策略。协商技术包括重构、限制、调解和仲裁等。协商技术通常基于对策论，假定智能体具有完备的全局数据仓库的知识，根据效用最大化原则选择自己应采取的行为，且智能体的效用矩阵是共享的知识。但是智能体的知识往往不是完备的和不全面，其实际效用并不是为了共享的而更多的是私有的，为了模拟现实油气生产企业中面临的实际问题，通常通过建立社会规则来避免冲突的设想。但是社会规则和标准会妨碍多智能体系统的灵活性和适应性。如果说智能体个体模拟的是人类的智能，那么多智能体系统则是模拟的人类社会。人类社会的冲突通过群体共同遵守的社会规则来解决，相应的多智能体系统的设计中也要包含社会规则的内容。某一时期制定的维护维修规则也许会因为系统的动态变化而失去适用性，同时规则的完善也是个不断发展的过程。
5.4本章小结
油气生产企业中由许多有关的软件应用系统结构，各个系统结构间有着千丝万缕的联系，一个完整的软件系统结构往往也是由许多单个的系统集成而成，多Agent系统也不例外，许多单个Agent简单堆积在一起还只是个独立的个体，它们还是无法解决油气生产企业中设备维护维修过程中遇到的实际复杂问题，只有它们相互协调合作才能构成功地应对复杂的问题并且能够进一步完善复杂的系统，所以协调合作是多Agent系统正常工作的关键部分。多Agent系统正是通过Agent间建立良好的通讯接口、服务、协调和合作机制，才能消除多智能体之间在处理设备维护维修问题时产生的冲突，也只有协作才能利用软件系统去规划分步求解各类复杂问题，以此为特点建设的OPEMISA应用软件系统可以满足具有跨区域、多层级、分布性的油气生产企业设备维护维修信息管理和复杂问题解决方案的需要，有效提高设备的安全性和可维护性，对于强化维护维修管
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第五章基于多智能体的OPEMISA应用软件系统结构
理、节约资源、提高设备维护维修效率具有一定的指导作用。
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第六章总结与展望
6.1总结
本文的研究以提高油气生产企业的设备维护维修效率、企业业务管理信息化的优化、决策支持、数据信息共享为出发点，采用SOA软件体系结构、数据仓库组织系统、数据信息体系环境及OE的管理思想等技术对企业设备的维护维修体系结构进行整体优化管理。再结合多智能体技术构建了设备维护维修应用软件系统结构，实现了设备零部件维护维修的自动化和实时性，大致总结如下：
(1)在分析介绍了OE管理系统的内涵和基本组成的基础上，根据OE在不同的应用场合具有不同的特点，讨论说明了OE管理理念在长北项目维护维修（OE-MIE）体系建设中的内涵，并对OE-MIE管理体系的需求分析和目标做出了总体介绍。
(2)研究提出了基于OE的设备维护维修信息系统体系和基于SOA的OPEMISA软件体系结构。在介绍信息系统体系结构概念的基础上，针对以长北项目为例中的设备维护维修的特点以及从企业所有相关业务分析的整体角度考虑，分别说明了长北项目中基于OE的设备维护维修信息体系模块的作用和设计的必要性。另外，引入了目前计算机领域较为先进的体系架构SOA，同时，考虑到设备维护维修在一线生产现场的实际环境和远在异地的管理部门之间地域分布特性，说明了把SOA应用到信息系统体系中的重要性和必然性。
(3)研究提出了油气生产设备维护维修管理数据信息体系结构。在介绍了数据库和数据仓库的区别和特点的基础上，针对油气生产过程中，各类设备运行过程中产生的信息量大、种类多的特点，综合考虑到企业管理部门和一线维护维修人员对数据信息的重视，讨论了数据组织的重要作用，将数据信息分类管理，满足前端应用平台中数据挖掘和分析的需要。
(4)提出基于多智能体的OPEMISA应用软件系统结构。在引入了多智能体概念和特点的基础上，将多智能体应用到OPEMISA中，同时，讨论了多智能体在设备维护维修软件体系结构中的协同工作和冲突解决机制，这充分体现了设备维护维修的自动化和管理决策的智能性。
6.2展望
油气生产企业信息系统体系结构的研究一直以来伴随着计算机软件体系结构和网络技术的发展在不断地更新换代，是企业快速实现信息化的重要工具，同时也是企业系统数据集成的关键，信息系统体系结构本身就是一个复杂而困难的研究课题，而且论文以长北项目油气生产企业的设备维护维修为背景，更加增加了研究的难度。由于受本人时间及水平的限制，本文的研究只是从理论上和工程应用上对设备维护维修信息系统体系结构研究，这对企业设备维护维修管理研究做出了有益探索和补充，为油气生产企业的设备维护维修信息化的实施奠定了基础。但随着研究的不断深入，认为还有以下问题有待完善和解决：
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第六章总结与展望
(1)设备维护维修信息系统体系结构还缺乏与目前最新的软件体系结构云计算结合的研究，云计算是近几年来发展迅速的一种商业计算模型，它宣告了低成本并且提供给企业无限需求的信息资源，被视为科技的又一次革命。它主要是针对外部企业对互联网上资源的共享。油气生产企业作为资源性行业，由于企业的独特性和生产环境的束缚，它的设备维护维修系统及信息系统软件体系结构目前只是针对整个企业的内部。尤其生产企业的信息系统软件体系结构的定义、数据模型的研究和形式化描述等一系列问题虽然在理论上做出了一定的研究，但是在实际的生产和管理应用中还是有一定的难度。
(2)论文研究所涉及的计算机知识较多，研究应用背景复杂，用于解决问题的研究方法较抽象，因此论文中用到的研究方法的选择与确定有一定的困难性，本文设计的基于SOA的OPEMISA软件体系结构及数据信息体系环境相对比较简单，现实中设备零部件的数量及不确定性因素的增加，在加上一线生产现场计算机网络应用的限制，在实际应用方面研究不足，下一步希望能采用云计算实现设备维护维修信息资源的共享。
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致谢
在论文形成的过程中，首先向我的导师方明教授表示由衷的感谢。在研究生三年的学习中，给我了一个宽松的学习环境，让我在感兴趣的领域中进行不断地探索，并在遇到研究难题的时候，给予大力的帮助和支持，为自己的学术道路指明了方向，保证了研究工作的顺利进行。三年来，方老师不仅给我们传授了学术知识和经验，也教会了我们做学术工作的方法和技能，让我受益匪浅。
感谢在西安石油大学就读期间为我授课的各位老师，是他们开阔了我的学术视野。在论文撰写的过程中，本人参阅了大量的学术文献，研究了众多专家学者的思想理论。他们的学术见解对论文的完成也起到了重要的作用，在这里，谨向各位专家学者表示衷心的感谢！
感谢我的家人，正是他们对我的支持和鼓励，使我能够勇敢的面对学习和研究中所遇到的困难，顺利完成学业。
最后，衷心感谢所有关心我、帮助我、支持我的老师、同学和朋友们！相信所有的这些都将伴随我的一生，帮助我克服人生道路上的艰难险阻，更好地实现自己的理想，展现自己的人生价值和社会价值。
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