如何在过程自动化构建项目中取得成功

学习目标

• 定义构成过程、制造和建筑自动化的大型自动化项目的框架。
• 识别影响大型项目进程的挑战，如项目定义和客户期望、复杂性和偶发事件。
• 回顾可以缓解问题并为成功提供路径的选项。

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由于其规模和复杂性，大型过程自动化构建项目有很大的失败可能性。大型建筑项目和超级项目在执行过程中需要所有贡献学科之间的高度沟通和团队合作，包括过程机械，电气，建筑，项目管理等。

来自项目管理协会和其他研究组织的大量文档将大型项目定义为具有特定时间框架、预算和团队规模的项目。然而，在自动化规程中，项目有额外的维度和能力，可以通过修改来促进项目的成功。

定义框架

已经有几篇文章根据不同的维度描述了项目的特征，但是，对于什么构成大型项目还没有共识。例如，文章“一刀切:选择正确的项目方法”指出，一个大型项目的预算超过50万美元。其他作者将大型项目定义为预算在1亿美元到数十亿美元之间。

自动化项目的成本通常是根据输入和输出信号的数量来估计的。集成任务可能包括可编程逻辑控制器、分布式控制器系统或监督控制和数据采集系统的应用程序开发，所需的工作人员数量一般与系统结构和自动化过程的数量有关。

与限于现有设施升级的项目相比，涉及新自动化系统建设的仪器仪表和控制项目需要不同的执行方法，并且具有不同的复杂性。在有许多遗留组件(如控制器、远程I/ o和机器单元)的工厂中，升级现有设施时的可建造性方法更具挑战性，因为它们通常没有完整的文档记录，这可能会在设计和建造过程中导致问题。

I/O密度影响所需的现场工作量，并与需要在SCADA级别集成的数据量相关。控制器和数据采集软件的可伸缩性与要自动化的进程和机器的数量有关，而不一定与系统I/O的数量有关。自动化所需的资源取决于项目和系统架构的复杂性，而不是I/O密度。

通常，对于集中式SCADA和PLC系统中高达2,000个I/O点的全厂自动化项目，两个资源被分配给PLC编程和SCADA集成，因为一个资源的工作量通常不足以满足进度。此外，它还提供了资源的备份和冗余/重叠。

为了本文的目的，我们根据Burgan和Burgan项目矩阵模型定义了一个大型项目。该模型与表征因素相关，包括I/O量、控制器数量以及编程和集成的人员需求(见表1)。

大型项目设计和施工的挑战

在设计和建造大型项目时，工程师会面临许多不同的挑战。一些最关键的挑战是:

团队合作,大型项目需要所有贡献学科之间的重要沟通和协作，以确保成功执行，包括过程机械、电气、架构和项目管理。由于这类项目较少，又有风险管理的需要，通常会组织合资企业进行风险平衡。合资企业可以潜在地将缺乏合作经验的组织聚集在一起，并迫使团队成员结成联盟，以实现共同的目标。

很多时候，项目管理和质量控制过程要么在这些组织之间没有标准化，要么在没有验证的情况下创建，要么没有得到所有团队成员的完全遵守。这种情况可能会影响多个利益冲突的利益相关者，并可能反映在对项目范围、应急估计、预测和执行风格的不同解释中。这些因素可能导致预算超支、业绩不佳和延误。

对大型项目的这些特殊性的认识需要有深刻的计划和沟通计划，以减少项目的不确定性和风险。组建一支有能力、有经验、有适应能力和有资源的团队是任何规模项目面临的首要挑战之一，但对大型项目有重大影响。

项目定义和满足客户期望-项目定义不明确是导致项目失败的主要因素之一。所有学科(自动化、电气、结构等)在项目进度、任务关系、任务职责、可交付成果、项目条件、限制和期望中的明确贡献对于大型项目的全面成功是必要的。一些研究表明，所有的项目执行延迟都可能与未被所有学科完全审查的流程步骤数量相关，包括自动化和任务职责的不明确指定。

客户是项目范围的主要来源。在项目定义中，客户期望与可交付成果、测试和项目结果的定义保持一致具有重要作用。当客户在项目概念化时不能清楚地描述他们的需求，并且在项目执行过程中不断要求更改时，其后果是，当客户和团队领导在整个设计阶段意识到额外的需求时，项目任务和可交付成果会定期更改。

复杂性,大多数自动化项目典型地分为以下三类之一:

• 为新设施或设施扩建提供自动化组件。
• 为现有设施的升级或修复提供自动化组件。
• 为优化和高级集成项目提供服务。

自动化项目通常由I/O的数量、控制器、系统架构和复杂性级别来定义;然而，复杂性方面在计划、领导定义和项目执行过程中起着至关重要的作用。

复杂性是用于对项目进行分类的第二个维度。从自动化角度对复杂性因素的充分理解可以提供关键的洞察力，以确定管理团队所需的技能集，从而提供价值，引导项目执行。

自动化项目的复杂性元素并不完全取决于最先进的技术和执行因素。契约策略、利益相关者参与和团队结构在复杂性的定义中也起着重要作用。对于高复杂性的大型项目，高级项目经理需要对完整的现有程序进行持续监督。低到中等复杂性的项目可以由经验较少的初级项目经理来处理。

从自动化的角度来看，I/O计数和复杂性之间的关系可以限定在图1所示的矩阵中。这个矩阵可以帮助阐明每个场景可能需要的领导形象。

低I/O计数的高复杂性项目通常属于研发领域，包括首创项目和试点工厂，这些项目要求团队领导对拟解决或自动化的问题/流程有详细的了解，此外还需要对所使用的最先进技术和数据分析技能有深入的了解。

具有许多I/O的复杂项目，例如可能有多达24,000个I/O计数的炼油厂，可能包括大量控制循环、跨业务单元的高级集成、优化应用程序的实现和安全组件。

具有大量I/ o和低复杂性的自动化项目，即用于水分配或水收集的全厂遥测升级，通常需要具有现场执行技能和标准化自动化基础设施经验的团队领导。

突发事件- - - - - -负责项目执行的团队通过在项目的所有阶段识别和分析已知的风险因素来提高效率。一般来说，许多大型项目的唯一性使得使用统计方法和模拟在项目执行期间识别潜在风险的方法很差。

风险识别是帮助减少突发事件的关键技能。偶然性是已知和未知风险的实现。不包括处理突发事件的政策或程序的项目管理有可能成为大型项目的负债。

了解项目的偶然性对于选择合适的风险管理方法至关重要。也必须让必要的人员和组织参与进来，以有效地处理每个具体的紧急情况。这需要一个具有项目特定组件相关经验的资源团队。必须及早发现这些意外情况，并在整个项目期间或直至它们被克服之前加以监测。

项目执行期间意外事件的三个主要维度是与项目进度相关的检测时间框架、对成本和进度的影响以及问题的整体复杂性。

建立一个具有方法和程序的风险和应急小组可能会产生一个有价值的工具，以减轻项目可能发生的影响。具有方法和程序的应急小组应准备从时间、复杂性和对项目进度和成本的影响方面评估突发事件，并提供缓解问题的行动方针。时间轴维度定义了最终结果在项目时间表上发生的晚或早(项目时间框架的早、中或晚)。绩效影响应由项目经理根据进度、成本和质量来确定(见图2)。

自动化规程受到意外事件的影响，就像在执行期间对大型项目做出贡献的大多数其他规程一样;然而，已知对自动化规程影响最大的事件有:

• 项目要求的改变:这是最常见的意外事件之一，对项目绩效有重大影响。灵活的设计和标准化的集成和编程方法可能有助于减轻影响。
• 沟通问题:这通常对项目绩效有轻微的影响，但如果在项目执行的早期阶段不加以解决，它有可能产生级联效应，并以意想不到的结果损害团队的士气。
• 技术难点:这种影响与问题的复杂性直接相关，影响其对项目绩效的影响。建议缓解措施:
  • 设计简化和技术验证。
  • 开发和执行完整的测试程序。
  • 与第4层供应商签订技术支持合同。第4层支持是供应商可以提供的多层技术支持服务的最高级别。这通常用于信息技术和操作技术行业。技术支持通常被细分为四个层次，以便更好地服务于业务或客户基础。Tier 4或Level 4服务支持通常为硬件或软件供应商提供。第4层支持通常是服务级别协议的一部分，可能包括特定的服务规定，包括响应时间事件跟踪、升级等。
• 技术变化:这种意外情况在设计和投标阶段较长的项目中很常见。它对项目绩效的影响通常很小。当在项目的早期阶段被发现时，其影响可以通过对原始设计的更改或异常来解决。
• 失去或改变团队成员:据记录，38%的大型项目会出现这种突发事件，60%的大型项目会影响项目绩效。对于自动化规程，当在调试和启动阶段发生时，这种偶然性会产生重大影响。它可以通过简化设计、有效更改跟踪执行和标准化编程程序来缓解。
• 未测试的自动化组件的问题:这种突发事件是影响调试和启动阶段的最常见的进度延迟来源，主要是在处理不同的供应商技术时。任何未测试的自动化组件都会成为潜在的意外事件。

成功因素

经验丰富的自动化领导者有能力为风险评估和应急缓解提供行动和指导。有可能提供成功之路的一些关键因素是:

• 在开始任何大型项目之前，对当前组织和类似行业的其他人进行积极的研究，以确定从类似项目经验中获得的最佳实践和经验教训。未能与项目团队一起对过去的经验教训进行回顾，会导致领导层错过实施适当流程和实践以成功完成挑战的机会。这个练习可能会导致收集有用的信息，这些信息可以作为检查点合并到新的项目计划中。
• 让一个有类似项目经验或作为大型项目成员参与过的项目团队，在他们的集体经验中具有优势。
• 定义有效的沟通机制，将任何级别的决策和更改传播给正确的团队成员，以避免信息过度饱和，并有助于将噪声与信号分开。
• 在整个项目过程中主动地、持续地组织领导结构，以便及早发现不希望发生的事件。
• 组建由各学科最有经验的成员组成的风险和应急小组，为风险和应急评估提供资源和能力。一些研究表明，50%的突发事件在造成成本、进度和产生级联效应方面的重大性能问题之前是没有预料到的。自动化领导者必须能够在项目早期阶段审查项目范围，不仅要产生成本估计和工作休息结构，还要在突发事件影响任何项目性能因素之前提出标志并建议最佳行动方案。
• 在预算中包括Tier 4支持，并对技术进行强有力的技术验证，以确认技术兼容性和性能。
• 积极主动地参与所有研讨会，在与客户互动时系统地涵盖所有自动化组件，以了解他们的期望和对项目范围的理解，以开发足够的可交付成果。
• 在设计评审期间，评估自动化组件和任务，目标是降低工作的复杂性。探索有助于简化范围、可交付成果和工作流程的关键方面，最大限度地减少潜在的问题和突发事件，使项目更易于管理。标准化是简化工作最常见的机制;这可能包括绘图制作，批量工程工具和标准编程库的使用。
• 从集成活动的开始就开发和实施版本控制工具和标准操作程序。所有编程团队成员都必须对所有编程更改进行记录。
• 开发和执行完整和详细的测试程序，具有适用于每个验证的明确验收标准，包括所有自动化组件。避免过度简化仅限于I/O测试和人机界面的测试过程
• 确保客户端参与大部分测试过程。
• 设计一个工厂测试程序，用包括所有硬件和软件组件的控制叙述来验证程序序列和HMI应用程序。在可能的情况下协调工厂测试，执行与供应商系统的完整集成验证。
• 设计一个工厂测试程序，以验证程序序列和HMI应用程序，控制叙述模拟所有可能的场景。设计一个测试程序，验证所有相互连接的系统、逻辑和故障条件。

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