CN111898930A - 一种融合信息安全失效的石化安全设备数据采集方法及*** - Google Patents
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Abstract
一种融合信息安全失效的石化安全设备数据采集方法及***，包括如下步骤：(1)对设备进行需求分析确定数据采集需求及对象；(2)对需采集的设备进行层次划分；(3)对采集对象的边界进行划分；(4)设计设备代码与标准化的失效机制、原因和检测方法代码；(5)制定设备数据采集表格；(6)融合信息安全失效对采集表格进行优化设计；(7)采集***调试试采集；(8)正式数据采集流程与剔除不合格数据；(9)构建本地数据库，实现对数据库访问。本发明将石化安全类设备所有采集数据通过可靠性数据库进行统一管理，并将设备出厂参数、运行、失效、检测、维修等数据信息及时更新共享，逐步完善石化安全类设备可靠性数据库。
Description
【技术领域】
本发明涉及石化设备可靠性数据采集方案优化设计，特别适用于对易遭受网络攻击的安全类设备信息安全失效数据的采集任务。
【技术背景】
石化行业作为国家重要的支柱产业，广泛涵盖到石油、石化、化工等方面。石化行业的特殊性，一旦生产***出现故障，可能引起生命安全和国家战略安全等严重后果。石化设备可靠性数据采集是信息化技术应用的重点领域，与设备相关的可靠性与维修(RM)数据是进行可靠性分析和计算可靠性参数的基础数据，因此现场采集数据的完备性与一致性将直接影响可靠性评估的准确性。尤其是石化安全设备，只有掌握生产现场安全设备的可靠性状况，才能更好的制定维护措施以确保安全设备可以在紧急情况发生时保证装置的安全运行，但作为安全设备运行状况表征的可靠性数据也是成为入侵者进行网络攻击的对象。
国外早在二十世纪八十年代就开展石化设备可靠性数据采集工作，2009年挪威DNV发布OREDA数据手册第5版，该公司负责提供其海上和陆上用于生产的各种设备的现场失效数据和维修数据。美国化工工艺安全中心(CCPS)主导发布的《工艺设备可靠性数据指南》对化工设备数据采集和整理提供指导，数据表中提供了指定工艺单元和设备发生灾难性、退化期和轻微事故下的失效率，并附有设备边界划分示意图。上述提到的设备可靠性数据库和手册反映了国外的设备可靠性水平，但都未考虑石化设备可靠性数据作为入侵者发起网络攻击的对象所面临的威胁，未制定综合考虑功能和信息安全两个维度的数据采集方案。
关于设备可靠性数据采集***，我国于2006年9月1日颁布实施GB/T20172-2006《石油天然气工业设备可靠性和维修数据的采集与交换》标准。该标准提供了石油天然气工业设备可靠性和维修数据的推荐做法，标准从数据采集中常用的术语定义开始，对数据质量控制、设备边界和分级体系进行了规范，尤其对采集到的现场数据信息结构进行了规范，对设备可靠性数据整理和录入数据库进行了规范，提高了设备处理的效率。但对于综合考虑信息安全与功能安全融合失效方面处于研究起步阶段，因此该发明可提高数据采集***的韧性，推动石化行业朝着智能化信息化发展。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种融合信息安全失效的石化设备数据采集方法及***，采集设备可靠性与维修数据并按要求记录以准确反映设备实际情况，为全生命周期管理和信息安全防护提供现实依据。该方法包括如下步骤：
(1)对石化设备进行需求分析确定数据采集需求，列出待采集的设备清单；
(2)对需数据采集的设备按照不同的层级进行划分形成层次化数据结构；
(3)根据石化行业数据采集标准和工程经验对采集对象边界进行划分；
(4)基于设备分层理论设计设备代码与标准化的失效模式、失效机制、失效原因和失效检测方法代码，提高数据传输效率和节省存储内存；
(5)制定设备可靠性数据采集表格，包括设备单元数据表格、失效数据表格、维修数据表格(维修数据涵盖修复性、预防性、预测性维修三类表格)；
(6)融合信息安全失效对数据采集表格进行优化设计；
(7)模拟设备实际工作环境对数据采集***进行调试试采集工作；
(8)正式数据采集流程剔除不合格数据，并将合格的高质量数据录入设备可靠性数据库；
(9)构建本地数据库，实现对数据库内部网络与外部远程访问。
本发明为应对设备遭受网络攻击的威胁构建融合信息安全失效的数据采集模型；在此基础上提出统一的设备失效机制、失效原因及失效检测方式编码以提高数据传输效率，优化数据管理方式并且节省数据存储空间；基于对维修活动的重新分类将现代预测性维修纳入数据采集中，为后续故障诊断技术的进步提供数据支撑。
【附图说明】
(注：表格中标记星号★的是满足可靠性需求所需要采集的最少数据)
图1石化安全设备可靠性与维修数据通用采集流程
图2石化体系设备层级图
图3压力变送器设备细分图
图4石化安全设备的设备单元数据表
图5石化安全设备的设备失效代码对照表
图6压力变送器失效模式代码表
图7压力变送器设备单元数据表
图8压力变送器设备失效数据表
图9压力变送器设备修复性维修数据表
图10压力变送器设备预防性维修数据表
图11压力变送器设备专用数据表
图12压力变送器信息安全特性子模块
图13维修活动分类图
图14压力变送器设备预测性维修数据表
【具体方案】
(1)石化行业厂区包括旋转类设备、机械设备、电气设备、安全设备、水下设备、完井设备、钻井设备、海上设备、辅助设备、公用设备等大类，本发明的重点关注安全类设备，其涵盖的设备有逻辑控制单元、输入设备、通信、消防、火炬***、探测设备、阀门、喷嘴等，选取输入设备中的压力变送器作为应用案例进行分析。
(2)对需数据采集的设备进行层次划分，图2为整个石油化工生产体系的设备层级划分，图3针对压力变送器进行设备细分图。
(3)依据以下工程经验对采集对象的边界进行划，图4为压力变送器边界划分图：
(a)不要包括唯一设计或与配置有关的项目，仅包括被认为是所考虑的设备类别通用的项目，以便进行“同类相比”。
(b)边界规范中未明确包括的连接件应从设备类边界中排除，连接件中发生的故障并且不仅仅与连接件有关，应包括在边界定义内。
(c)如果动力机和从动单元使用一个公共子单元，通常将这个子单元的故障和维修事件与从动单元联系起来。
(d)如果仪表对所讨论设备单元出现问题时具有特定控制或监测功能或本身就安装在设备单元上时应该包括在边界内。较通用的控制和监测仪表通常不应包括在内。
(e)在设备类别边界内定义项目时，应正确使用P&ID图。
(4)设计设备代码与提出标准化的失效模式、失效机制、失效原因和失效检测方法代码。
本发明提出基于设备分层理论的设备编码方式。
按照“位置/企业名称/工艺车间/设备单元/子单元/可维修项目”的层次进行设备编码，例如：ES/JJ/ZSH/EC/CSTR/IP/PT-1其表征的含义为中国东南/九江/中国石化/乙烯裂解车间/连续搅拌反应釜/输入设备/1号压力变送器。
按照“失效机制分类/失效原因分类/失效检测方法分类”的结构对失效数据进行统一编码，依据对照表(图5为失效代码对照表)先确定查询的是机制、原因、检测方式的哪一类然后明确具体为哪种失效，例如代码为FM-1.2/FC-2.2/FD-4,则表示该失效机制为机械振动、失效原因为设备安装出错以及是通过定期状态检测发现该失效。增加信息安全失效模式的压力变送器失效模式代码表，如图6所示。
(5)以压力变送器为例制定设备可靠性数据采集表，主要包括设备单元数据表如图7所示；设备失效数据表如图8所示；设备修复性维修数据表如图9所示；设备预防性维修数据表如图10所示；以压力变送器为应用案例，其设备专用数据采集表如图11所示。
(6)融合信息安全失效对数据采集表格进行优化设计，依据挪威研究机构SINTEF设计的SESA(security-safe)理论向下追溯到进行security定级过程中应该采集的设备信息安全数据，新增信息安全特性子模块如图12所示；由于工业自动化智能化的发展，维修方式发生重大革新对设备维修活动提出新的分类，如图13所示。在此基础上完善设备维修数据列表，新增预测性维修活动数据采集表，如图14所示。
(7)按照上述设计的数据采集表格融合形成数据采集自动化***完成数据采集任务。在数据采集平台搭建完成之后应先进行一定的功能测试已验证其是否能够完成对应的任务，进行试采集的过程中应模拟设备实际工作环境(温度范围、湿度范围、腐蚀环境等)探究其可靠性，以及考查其采集数据的质量是否在可接受的范围内，保证采集到的数据在后续剔除筛选工作中能够使用。
(8)正式数据采集流程剔除不合格数据，剔除后剩余的高质量数据应满足如下特征：满足采集数据按要求具有完整的数据项目；符合数据采集计划中关于数据类型和格式、可靠性参数、数据完整性等要求；数据可正确输入、传输、处理和存储；数据采集样本量符合预先设定的要求等。
(9)剔除不合格数据后的高质量数据将传输至本地数据库进行保存以及供有访问权限的用户或供应商等进行访问，如图1所示。本地数据库包含设备运行初期的可靠性数据以及设备运行后采集到的数据，在运行初期的数据包含设备工艺流程图等设计文档、设备运行操作手册及维修管理规范、设备投用初期功能测试数据库和其他资料。本地数据库的运行框架采用客户机至服务器以及浏览器至服务器两种模式，客户机1通过Web应用服务器以浏览器或远程登录客户端的方式访问本地数据库，客户机2则通过本地网络环境直接对数据库进行访问。通常情况下外网与本地网连接时会有防火墙进行分割，不过这种分割安全等级很低容易遭受入侵，较为安全的方式是在本地网络与本地数据库之间加装防火墙以形成非军事区(DMZ)区域并且访问***还配备数字签名模块以及密钥加密技术。
Claims (10)
1.一种融合信息安全失效的石化安全设备数据采集方法及***，包括如下步骤：
(1)对石化设备进行需求分析确定数据采集需求，列出待采集的设备清单；
(2)对需数据采集的设备按照不同的层级进行划分形成层次化数据结构；
(3)根据石化行业数据采集标准和工程经验对采集对象边界进行划分；
(4)基于设备分层理论设计设备代码与标准化的失效机制、失效原因和失效检测方法代码，提高数据传输效率和节省存储内存；
(5)制定设备可靠性数据采集表格，包括设备单元数据表格、失效数据表格、维修数据表格(维修数据涵盖修复性、预防性、预测性维修三类表格)；
(6)融合信息安全失效对数据采集表格进行优化设计；
(7)模拟设备实际工作环境对数据采集***进行调试试采集工作；
(8)正式数据采集流程剔除不合格数据，并将合格的高质量数据录入设备可靠性数据库；
(9)构建本地数据库，实现对数据库内部网络与外部远程访问。
2.根据要求1所述的融合信息安全失效的石化安全设备数据采集方法及***，其特征在于，上述步骤(1)中，石化行业厂区内安全类设备作为本发明的重点关注设备类型，其涵盖的设备有逻辑控制单元、输入设备、通信、消防、火炬***、探测设备、阀门、喷嘴等。
3.根据要求1所述的融合信息安全失效的石化安全设备数据采集方法及***，其特征在于，上述步骤(2)中，对需数据采集的设备按照不同的层级进行划分。其分为“行业——业务类别——设施——车间/单元——部门/***——设备单元——子单元——部件/可维修项目——部分”9个层级。
4.根据要求1所述的融合信息安全失效的石化安全设备数据采集方法及***，其特征在于，上述步骤(3)中，对设备进行边界划分过程中推荐使用以下工程经验：
(1)不要包括唯一设计或与配置有关的项目，仅包括被认为是所考虑的设备类别通用的项目，以便进行“同类相比”。
(2)边界规范中未明确包括的连接件应从设备类边界中排除，连接件中发生的故障并且不仅仅与连接件有关，应包括在边界定义内。
(3)如果动力机和从动单元使用一个公共子单元，通常将该子单元故障和维修事件与从动单元联系起来。
(4)如果仪表对所讨论设备单元出现问题时具有特定控制或监测功能或本身就安装在设备单元上时应该包括在边界内。较通用的控制和监测仪表通常不应包括在内。
(5)在设备类别边界内定义项目时，应正确使用P&ID图。
5.根据要求1所述的融合信息安全失效的石化安全设备数据采集方法及***，其特征在于，上述步骤(4)中，提出基于设备分层理论的设备编码方式，按照“位置/企业名称/工艺车间/设备单元/子单元/可维修项目”的层次进行编码。并且按照“失效机制分类/失效原因分类/失效检测方法分类”的结构对失效数据进行统一编码。
6.根据要求1所述的融合信息安全失效的石化安全设备数据采集方法及***，其特征在于，上述步骤(5)中，设备单元数据表主要数据内容有：装置名称/代码、设备类别、设备辨识/位置、制造商、监视时间、监视期内周期测试次数、监视期内重启次数、运行时间。设备失效数据表主要数据内容有：数据记录、设备辨识/位置、失效日期、失效模式、失效对设备功能的影响、失效检测方法、失效发生时运行状况。设备维修数据表主要数据内容有：维修记录、设备辨识/位置、失效记录号、维修开始日期、维修对工厂运行的影响、维修设备资源、维修停止时间、维修延迟原因。
7.根据要求1所述的融合信息安全失效的石化安全设备数据采集方法及***，其特征在于，上述步骤(6)中，对新建的数据采集框架进行优化设计使其更符合现代信息化要求，主要的优化内容包括：设备截尾数据及修复性维修数据优化设计；设备单元数据栏中新增信息安全特性子模块及失效模式库中增添信息安全失效模式；新增预测性维修子模块。
8.根据要求1所述的融合信息安全失效的石化安全设备数据采集方法及***，其特征在于，上述步骤(7)中，数据试采集的过程应模拟设备实际工作环境(温度、湿度、腐蚀环境等)探究***可靠性，考查其采集数据的质量是否在可接受的范围内。
9.根据要求1所述的融合信息安全失效的石化安全设备数据采集方法及***，其特征在于，上述步骤(8)中，剔除不合格数据后的高质量数据应满足如下特征：满足采集数据按要求具有完整的数据项目；符合数据采集计划中关于数据类型和格式、可靠性参数、数据完整性等要求；数据可正确输入、传输、处理和存储；数据采集样本量符合预先设定的要求等。
10.根据要求1所述的融合信息安全失效的石化安全设备数据采集方法及***，其特征在于，上述步骤(9)中，本地数据库的运行框架采用客户机至服务器以及浏览器至服务器两种模式。外网与内网有防火墙分割，内网与数据库之间利用防火墙形成非军事区(DMZ)还具有数字签名模块以及密钥加密技术。
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