大象起舞，油气行业敏捷研发正当时 | 实验室数字化

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前言

受多重利空影响，近期国际油价接连上演暴跌行情。传统油气企业面临利润跳水，成本挤压等不利局面。市场前景不明朗对油气企业的经营韧性提出了新的挑战。如何应对新形势下的严峻挑战，让传统油气企业“大象”在快速变化能源局势中能够“翩翩起舞”？数字化转型，大力推进创新驱动发展或是当前破局之法。

近年来，全球能源格局正在发生深刻变化，新一代数字化技术已然成为传统油气行业变革的助推器。世界经济论坛研究数据表明，油气行业的数字化之路已经开启，到2025年数字化可为石油和天然气行业提供约1.6万亿美元的价值。数字化技术与油气行业的深度融合正驱动油气数字化转型。结合业务场景的数字化，人工智能技术，实现数据协同和数据驱动决策，正在成为国际油气企业的数字化战略重点。敏捷，高效，灵活的数字化新模式正引领油气颠覆性技术创新，必将给整个油气行业带来巨大变革。

数字驱动，敏捷研发

敏捷研发的关键是数字驱动。以客户为中心和市场导向对油气行业研发快捷高效和灵活柔性提出了很高的要求。石油行业的领导者正在使用数字解决方案重新定义产品创新。通过引入信息化，人工智能，虚拟仿真等数字化手段，实现传统经验驱动到数字驱动的研发理念转变，有效降低研发成本，提高研发效率，加快产品上市，是数字化转型助力敏捷研发的核心，是企业保持竞争力和可持续性的关键。

“虚实融合，业务智能”是新一代“体验孪生”在油气研发领域的最佳实践。

油气行业的研发工作集中在实验室中进行，如何将实验室的日常研发工作有效数字化，并与现有成熟信息技术进行融合，是油气研发数字化转型的关键。针对这一关键挑战，达索系统BIOVIA通过整合“实验室全面数字化”，“科研数据智能”和“材料虚拟仿真”三个方向，引入“数据”，“智能”，“仿真”三项能力，支撑研究实验室，开发实验室和检测实验室的具体业务目标，有效结合实体实验和虚拟实验优势，借助人工智能和机器学习技术，实现虚拟现实的数据协同。

敏捷研发第一步：全面数字化实验室

实验室数据的有效数字化，是实现研发数字化转型的前提。油气作为实验密集的传统行业，其实验过程和实验结果的记录往往需要通过人工方式来实现。尽管现阶段一些先进分析仪器或实验装置能够自动输出检测结果，LIMS（实验室信息化管理系统）也已经在部分检测实验室得到了使用。但在进行实验记录时，科研人员仍习惯于将实验步骤，过程和结果誊写至纸质实验记录本上。低效率，规范性差，管理存储困难等问题已经不能适应当今高速发展的研发需求。这就为能够全面追溯记录实验过程的数字化解决方案提出了迫切要求。

实验过程的数字化一般通过电子实验记录本（ELN，Electronic Lab Notebook）来实现。电子实验记录本是数字时代的实验记录本。在实现传统纸质实验记录替代的同时，能够享受数字化所带来的实验数据检索与共享协作，图像、语音等非结构数据的链接记录等红利，从而更有利于实验室经验知识的传承和分享。ELN系统以实验操作的记录为核心，支持实验室工作流程管理，能够对记录数据按照权限进行跨实验、多样本的对比分析。其广泛灵活的数据兼容使实验室的各种数据（非结构化数据，例如实验过程记录，音视频等；结构化数据，例如化学结构，原材料信息，仪器设备信息，电子表格等）均能够得到全面有效的管理，保证了数据完整性和可用性。

油气行业所使用ELN系统主要包含如下几大功能：

智能辅助实验设计

ELN系统能够提供实验设计工具，能够利用程序设定的科学实验设计方法对研究人员需要考察的影响因素和水平进行分析，并以单因素设计、正交实验设计、均匀实验设计等多种设计模式为研究人员科学合理地自动生成实验组合。系统支持重复性实验的记录可以直接“克隆”模板，提供化合物分子式拖拽设计和分子参数自动计算功能，有效提高新型材料设计能力和分子数据复用能力。支持根据用户需要选择需要克隆的模块，大量减少需要重复书写的内容。

规范化实验过程执行与数据记录

ELN系统基于实验模板进行实验过程执行和数据记录的规范化管理。系统通过界面友好的客户端，可以记录实验相关的全部内容，包含实验设计，过程记录，仪器读数，图文结果，文献引用，更可以支持复杂的研发工作流程，并提供了丰富的即开即用记录模块，针对化学，化工，材料，分析，配方等各个领域都有精心设计的专用模块，方便记录各种不同类型（制备实验、合成实验、配方实验、分析实验、工艺实验，筛选实验）的实验过程和实验结果。油气企业还可根据需要定制个性化模块，用户可以非常便捷地设计所需的实验模板和功能应用，体验灵活而高效的电子化数据管理。

数据比对与分析展示

ELN系统支持跨越多个文档的数据汇总与集中展示，能够实现矢量谱图转换与对比，谱图与实验参数的多维度视图建立。提供强大的化学结构处理功能，通过输入的化学结构自动计算机分子式、分子量。提供自动计算避免人工输入错误，通过输入的投料表自动计算产率；根据记录的密度和化合物进行体积与质量的自动换算。并提供数据统计和动态报表展示功能，支持项目进度统计、辅助人员工作量统计、辅助仪器利用率统计。

智能数据搜索

ELN系统提供关键字检索、化学结构式检索、谱图注释检索、全文检索等功能。还能够与通用化合物数据库结合，科技检索更加精准、高效，减少科研创新的时间和成本，凝聚创造力的捷径，用更少的时间产生更多的化合物。

自动数据采集

ELN系统能够支持实验仪器数据的自动上传功能，减少人工输入错误，提高工作效率。针对色谱等带有工作站的仪器，通过智能数据采集系统，完成实验数据的自动采集；针对带有COM口/USB口的小型仪器，采用专用的接口软件与智能数据采集系统相结合的方式，完成数据的自动化采集；针对观察型实验结果进行简单采集，支持图像，文本，手写以及扫描等多种数据类型。

信息系统集成

ELN系统具有强大的二次开发能力，并提供丰富的接口程序，方便与其它信息系统的集成。支持与LIMS实验室信息管理系统，化学试剂与设备管理系统，危化品管理系统，门户系统等信息化系统的集成。在与现有LIMS系统集成时，能够实现在ELN系统中直接发送样品分析请求调用LIMS系统，并获取分析结果，无须在不同软件系统之间切换。