0 引　言

近年来，随着我国海洋战略地位的提升和能源需求的增加，海洋工程装备制造业面临着更高的技术要求和市场竞争^{[1 − 2]}。传统的海工装备制造管理模式效率低下，管理方式粗放，发展至今已经难以满足现代海工装备制造的高标准和严要求，亟需通过产业数字化转型来提升工程建造管理水平，以提高信息管理与决策支持能力，推动整个项目建设的开发过程向智能化、数字化方向延伸。

相较于其他新兴产业，海洋工程装备制造业为传统劳动密集型产业，从设计到交付的周期十分漫长。而调试作为项目中后期的关键环节，涉及多个部门和人员，工作逻辑复杂。传统调试管理模式由于缺乏明确的子系统划分和阶段性管理机制，通常仅按设备完工顺序线性推进。这种粗放型管理方式存在系统性缺陷，导致不同功能系统间的设备界面界定模糊，致使调试过程易出现交叉作业混乱、进度失控等问题，进而对项目整体质量造成负面影响。同时，在复杂工况调试过程中，交叉作业的界面管理叠加高温高压油气介质的高危特性，导致作业现场形成多维度风险源。这种特殊作业环境不仅显著增加了安全管控难度，更使得调试效率与可靠性直接取决于技术团队的系统化经验储备与应急处置能力。

为解决上述问题，尽快实现《中国制造2025》对海洋工业的要求^[3]，本文率先提出海洋工程装备调试技术体系与数字化技术深度融合的解决方案，以数字化系统为载体，从调试项目、安全、组织、仿真等多个维度构建了一套涵盖海洋工程装备调试全流程的数字化调试平台及调试技术体系，对海洋工程调试环节的各个阶段和系统进行划分和针对性管理，解决以往粗放式管理体系下的痛点。为实现海洋工程调试安全、过程控制以及大型试验等提供了数字化、体系化的解决方案。

1 研究现状与相关工作

与船舶、化工厂及电厂等领域的调试技术相比，海洋工程装备调试涉及的设备、系统及环节更加复杂，且相关研究起步较晚。通过借鉴相近行业的调试技术体系和数字化转型经验，有助于分析和优化其调试管理方式，从而更好地塑造海洋工程装备调试技术和数字化体系。

在船舶领域，马玲等^{[4 − 5]}基于外高桥船厂承接的海工项目进行实践，研究了预调试的过程管理概念，优化了业务流程，创新性地构建了海洋钻井平台全生命周期过程管控体系；杨绍东等^[6]探讨了5000 t起重铺管船的定位锚绞车系统和铺管系统的调试管理模式、方法及要点；而在电力能源领域Zerger等^[7]通过分析新核电站相关事件，总结了34个典型事件的经验教训，并提出了调试建议；Kauppila^[8]则通过奥尔基洛托核电厂项目，描述了安装和调试过程，并创建了管理计划。

除上述相近领域的学者外，海洋工程装备调试领域经过多年的发展也有许多工作值得借鉴和参考。任劲松等^[9]、杨岑磊^[10]、刘海峰等^[11]针对国际知名石油公司在海洋油气工程完工管理阶段采用的工程信息化管理软件进行了探讨，并结合实际项目经验提出了相应的解决方案；同时，Poeschl等^[12]研究了专家系统在特殊机械环境中的应用，以提高调试工作效率；在大数据技术方面，Liu等^[13]通过构建数据采集层、数据传输层和控制管理层3个层次，开发了基于大数据技术的海洋石油智能调试平台软件；刘鹤等^[14]则利用C#语言设计开发了设备调试服务管理系统，并通过船厂应用验证了其有效性；李铁刚等^[15]通过调试文件分析和流程梳理，开发了数据库系统，使半潜平台调试更加标准化，提高了调试管理的便捷性、可靠性和精确性。这些研究共同推动了海洋工程调试信息化的发展。

基于此，本文以数字化系统为载体，构建了涵盖调试全流程的数字化平台，从项目、安全、组织和仿真等多维度出发，提供了详细的解决方案，为我国海洋工程预调试/调试技术的数字化转型提供了系统化路径和实践经验。

2 预调试/调试技术体系

本文提出的海洋工程装备预调试/调试技术体系和数字化解决方案的整体架构如图1 所示，该方案以数字化调试完工系统（PCC-DC）、预调试/调试隔离锁定系统（PCC-LOTO）及一体化数字调试管理系统（PCC-ICMS）为核心，通过项目、安全、组织等3个维度构建了调试过程与组织管理的数字化架构。其中，数字化调试完工系统从项目维度以子系统为最小管理单元进行模块化设计，基于子系统划分（Sub-System Mark-Up）与位号（Tag Number）追踪和流转技术，实现了从子系统建造完工检查（Mechanical Completion Check）、预调试（Pre-Commissioning）、调试（Commissioning）直至子系统移交（Sub-System Hand-Over）等各环节的无缝流转管控，并支持结构化数据采集及数字化交付功能。一体化数字调试管理系统从组织维度建立了对市场投标、生产调配、经营管理以及资源池建设等方面的统筹调配，实现了组织维度对人力、设备、材料及试验资源等在内的调试资料的可视化流程统筹，同时集成了电气实验、干式负荷装置优化选型等专业模块，为复杂调试工况提供决策支持。而预调试/调试隔离锁定系统可以在系统激活前实施物理隔离锁定，严格界调试作业各个时期的操作边界，并通过数字化流程引擎与智能锁具协同控制技术，建立工序边界动态管控机制，解决多专业交叉作业的冲突风险，保障测试逻辑各系统或子系统的独立性。

三大系统通过API （Application Programming Interface）松耦合互联，既保持了各模块功能的独立性，又实现了调试逻辑链的跨系统联动。

3 调试数字化体系构建 3.1 调试项目维度数字化

在海洋工程预调试/调试技术体系及数字化系统构建的进程中，项目维度的数字化管控显得尤为重要。因此在过往经验的基础上，本研究提出了一套以数据库为基础，以计算机和互联网为载体，纵贯从子系统完工检查到预调试、调试直至完工移交（系统各阶段流程见图2 ）的数字化调试完工系统（PCC-DC）。

此系统并非局限于某一特定企业的应用范畴，而是海上油气工程领域积极探索数字化转型的成果体现，为项目完工调试的管理模式带来了新的思路与方法，其功能架构围绕完工调试的关键需求展开，可划分为以下几个重要模块：

1）基于 Sub-System 的 Mark-Up 模块：通过 Sub-System Markup 和 Database 功能组件，系统将海上油气田工程项目完工调试的全流程拆解为最小管理单元，从而实现对项目全生命周期的精细化管理。

2）子系统完工模块：凭借子系统完工检查及尾项管理功能，实现子系统建造完工与预调试、调试环节之间的顺畅流转与有效管控，确保子系统建造完工与预调试/调试工作的无缝衔接。

3）预调试与调试管控模块：系统提供子系统激活（Living UP Notice，LUN）和预调试/调试功能模块，对子系统的预调试和调试环节进行全过程管控，保障调试工作的高效、有序开展。

4）数字化交付模块：在项目完工后，PCC-DC通过子系统移交和尾项管理功能模块提供数字化交付的支持，同时生成标准化、数字化的基础数据，可以对后续设施的运营维护提供依据，降低运营成本。

5）项目管理与统筹模块：PCC-DC 内置的 Project Management 功能模块能够实现多项目的统筹规划与进度跟踪。项目管理者借此可以实时获得项目进展的相关信息，完成动态决策，确保多项目之间资源的合理分配与任务的协同推进。

PCC-DC系统将数字化技术与海洋工程完工调试管理深度融合，其功能模块的设计围绕工程实践需求展开，从精细化管控到数字化交付，全面满足了海洋工程项目对完工调试管理的数字化转型新要求，为海洋工程预调试/调试技术体系及数字化系统的构建提供了宝贵的实践经验与技术借鉴，为推动海洋工程调试项目维度的数字化转型提供助力。

3.2 调试安全维度数字化

数字化调试完工系统（PCC-DC）为海洋工程装备项目的建造完工和调试管理带来了诸多便利与提升，而在此基础上，预调试/调试隔离锁定系统（PCC-LOTO）进一步强化了安全管控与流程优化，成为保障海洋工程装备项目集约化又一关键环节。预调试/调试隔离锁定系统（PCC-LOTO）是海洋工程及海上油气田工程业内首套数字化调试隔离锁定系统，旨在打造数字化安全管控能力，保障调试的本质安全。

该系统建立了覆盖调试全流程的数字化隔离锁定体系，与 PCC-DC 系统结合衍生出子系统激活流程，推动了隔离锁定及激活从线下到线上的转变，减少了纸质申请单签署等待时间，通过线上审批提高效率，其提供的隔离锁定数据能够对科学决策提供有力的支撑，数字化跟踪系统实现状态和数据实时更新与同步，保证数据可追溯。

在工程建造调试阶段，该系统能够实现多方面管控。如图3 所示，首先在系统激活前实施物理隔离锁定机制，严格界调试作业各个时期的操作边界，并通过预设程序优化调试序列，依据子系统逻辑架构自动隔离非计划调试单元。在集成调试阶段，采用智能联锁保护技术，确保单体转场过程中设备与人员的安全，提高转场效率，降低风险，并且在开车状态下，确保各系统安全高效移交给作业方，明确子系统边界，恢复调试动作。

同时，PCC-LOTO还将隔离锁定与调试逻辑、试验步骤进行深度融合，以“子系统内生逻辑连锁”固化调试边界和作业顺序，依据设备逻辑关联关系进行严格管控，隔离无关子系统，保障调试作业过程的精准性。其具备的云端智能监测管控功能，可远程实时监控，提高多场地工作效率，实现多项目有效管控和数据实时同步。此外，系统可以对智能锁具进行协同控制，实时上报并显示锁体状态，增强作业现场的监控能力。

3.3 调试工艺系统数字仿真

PCC-DC与PCC-LOTO系统的有机整合，成功实现了传统海洋工程调试项目在过程控制与管理维度的数字化升级。随着计算机算力与人工智能技术的突破性发展，当前已有大量传统调试试验可通过数值建模与仿真技术实现替代。基于此，本研究创新性地开发了海洋工程调试工艺系统数字仿真平台，该平台以动态数学模型为核心架构，依托数值模拟和仿真技术，可对复杂海洋工程设施的调试流程进行全要素模拟与预演。

该平台以设计参数为基础，针对大型复杂试验场景构建1∶1动态仿真模型，运用实时数据流驱动算法计算系统运行参数随时间的变化趋势，实现调试工况的动态可视化呈现。其核心功能模块包含多源异构数据映射、工艺逻辑链模拟、交互式操作沙盘等三大系统，支持压力、温度、流量等关键参数的同步监测与异常预警。

在技术创新层面，平台具备三大核心能力：首先，通过动态工艺模拟模块预测子系统启停过程中的参数耦合效应，有效识别潜在工况冲突；其次，虚拟联锁测试模块突破传统中控系统调试的硬件限制，实现应急联锁逻辑的闭环验证；最后，基于数字孪生技术构建全生命周期调试移交模型，形成“调试数据-设计参数-算法优化”的迭代演进机制。

海洋工程调试工艺系统数字仿真平台可通过仿真测试前置90%以上的功能性验证工作，使现场调试周期缩减约40%；其虚拟热切换功能可实现调试态与运行态的无缝转换，避免系统启停造成的能耗损失；特有的隐藏缺陷识别算法，能捕捉传统离散监测难以发现的间歇性异常。当前技术发展聚焦于多物理场耦合仿真、人工智能辅助决策及跨平台数据聚合3个方向，以建立更精确实时的智慧调试支持体系。

3.4 调试组织管理维度数字化

大型工程项目通常配备规模庞大的技术和管理团队，以“深海一号”项目为例，其调试团队就高达近百人的规模，因此构建高效的组织管理系统具有显著必要性。

在调试管理的数字化转型方面，本研究开发的一体化数字调试系统通过系统性技术整合与流程重构，搭建了覆盖调试全周期的智能管理平台。该系统以多维度数据流为基础架构，采用模块化设计实现了资源整合、试验管理及执行流程的数字化再造，最终构建起支撑调试组织管理全过程的技术体系。系统的核心能力体现在三大技术维度：

1）全域资源的可视化统调模块：内置动态跟踪算法，支持人力、工机具及试验设备的实时状态监控与跨项目调度，通过建立数字化资源池优化资源配置效率，结合自动预警机制实现设备标定维护与材料消耗的精准管控。

2）试验过程数字化引擎：针对电力系统调试开发了负载计算模型与装置选型矩阵，基于电缆载流量、保护整定值等参数构建多维决策树，自动生成负荷分配方案与试验配置图谱；继电保护试验模块则使用数据校验算法实现定值校核与故障模式模拟，通过全流程数据流整合提升测试效率。

3）调试工艺链的智能决策体系：将历史工程数据转化为知识图谱，借助机器学习技术实现调试计划自主优化、风险节点预测及工作流迭代改进，形成持续优化的调试工艺数据库。

整套系统打破了传统过程式管理局限性，通过建立标准化数据交互协议，实现调试策划、执行验证与结果评估的闭环反馈。调试资源智能排程算法可根据项目优先级及复杂程度进行多维约束分析，生成最优资源调配方案；业务流程引擎则通过可配置规则集的动态匹配，自动触发不同场景下的管理程序。这种多维度的数字化整合模式，展现了调试管理从经验驱动向数据驱动的范式转型路径。

4 结　语

本文针对海洋工程调试领域长期存在的管理粗放、效率低下及安全风险高等痛点，首次提出构建涵盖调试全流程的“项目-安全-仿真-组织”四维技术体系，实现了海洋工程调试技术体系与数字化技术的深度融合，形成了一整套具有自主可控特征的智慧调试解决方案。通过系统性整合数字化技术，解决了海洋工程调试全流程的标准化、精细化和智能化难题，填补了我国在复杂海洋工程装备调试领域的技术空白，同时该系统的核心技术指标已达到国际领先水平，构建的调试知识图谱与智能决策模型为行业提供了可复用的技术路径与实践经验。整套技术体系不仅提升了调试效率与安全性，更推动了我国海洋工程装备制造向《中国制造2025》目标的迈进，对实现“数字海工”战略具有重要示范意义，对推动“海洋强国建设”战略具有重要工程价值。