付強(qiáng) 龐艷麗 魏瑋 姚沛東

摘 要 三維數(shù)字化工廠是智能工廠的基礎(chǔ)，同時(shí)作為流程工業(yè)最具有代表性的煉化行業(yè)，更是三維數(shù)字化工廠技術(shù)應(yīng)用的前沿陣地，本文從發(fā)展背景、發(fā)展現(xiàn)狀、特點(diǎn)及應(yīng)用方向、應(yīng)用效果介紹了該技術(shù)的在煉廠的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞 三維數(shù)字化;安全域;管理域

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類從農(nóng)業(yè)文明進(jìn)入到工業(yè)文明用了將近200多年。而我們現(xiàn)在所處的是一個(gè)以智能化為代表的新的工業(yè)革命爆發(fā)期，德國人提出“工業(yè)4.0”，我們提出“智能制造”等。智能化在流程工業(yè)中的載體平臺(tái)，也就是我們常說的“龍骨”就是三維數(shù)字化工廠平臺(tái)。

1三維數(shù)字化工廠的發(fā)展現(xiàn)狀

三維數(shù)字化工廠，就是用前沿的三維數(shù)字化技術(shù)，把物理的工廠模型化為數(shù)字的工廠，并存儲(chǔ)在服務(wù)器中。利用建模好的三維數(shù)字化工廠平臺(tái)，我們可以對(duì)模型進(jìn)行智能化，以達(dá)到我們所需的數(shù)字孿生目的。目前，三維建模的方式有兩種：一種是正向建模，也叫數(shù)據(jù)導(dǎo)入，這種方式簡(jiǎn)單、快捷，但是精度不高并且不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行模型刪減;另一種模式就是逆向建模，利用掃描技術(shù)1：1的進(jìn)行數(shù)字孿生形成三維模型，這種方式建模周期比較長(zhǎng)，但是精度高、可擴(kuò)展性比較好，更接近于實(shí)際情況，實(shí)用價(jià)值更高。

2平臺(tái)介紹及發(fā)展現(xiàn)狀

目前流行的三維建模平臺(tái)有很多，而這些平臺(tái)各有各的特點(diǎn)。所以在進(jìn)行挑選及使用過程中，一定要根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。美國PTC公司的pro/E平臺(tái)，該平臺(tái)可將二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為三維，并可優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。

目前主流的CATIA平臺(tái)，該平臺(tái)70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，它是法國Dassault Aviation公司進(jìn)行開發(fā)的。該平臺(tái)的最有名的應(yīng)用案例就是，開發(fā)幻影2000與陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)，但對(duì)于流程行業(yè)還是有些不足。

對(duì)于流程行業(yè)，目前比較流行的平臺(tái)就是美國INOVx公司的SeaLINx平臺(tái)，該平臺(tái)是以全熱點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過全熱點(diǎn)不資產(chǎn)的內(nèi)外部數(shù)據(jù)以及企業(yè)生產(chǎn)、設(shè)備、安全等管理領(lǐng)域全壽期數(shù)據(jù)。

我們國內(nèi)也出現(xiàn)了類似的軟件設(shè)計(jì)公司，但是核心技術(shù)平臺(tái)還是大多使用外國的類似SeaLINx這樣的平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)。

3三維數(shù)字化工廠的特點(diǎn)及應(yīng)用方向

3.1 特點(diǎn)

三維數(shù)字化工廠技術(shù)有很多特點(diǎn)，針對(duì)不同的行業(yè)表現(xiàn)是不同的。比如在生產(chǎn)制造行業(yè)就是“精度高、可擴(kuò)展、網(wǎng)絡(luò)化”而在煉化行業(yè)中就是“優(yōu)化生產(chǎn)、智能運(yùn)營(yíng)、集中集成”[1]。

在煉化行業(yè)中，三維數(shù)字化工廠技術(shù)可以提供多種直觀的現(xiàn)場(chǎng)方案交底和測(cè)量?jī)?yōu)化，由于三維數(shù)字化工廠模型的精度高可以達(dá)到毫米級(jí)，所以測(cè)量出的誤差就很小，用這樣的數(shù)據(jù)生成材料需求可以極大地節(jié)約預(yù)算資金。同時(shí)使用三維模型進(jìn)行技術(shù)交底，極大地節(jié)約了人力和物資。所以第一個(gè)特點(diǎn)就是優(yōu)化生產(chǎn)。

智能工廠模型定義了三個(gè)管理域，其中三維數(shù)字化工廠不僅解決系統(tǒng)與設(shè)施管理體系問題，構(gòu)成智能工廠的建設(shè)基礎(chǔ)，而且形成以資產(chǎn)為目錄的數(shù)據(jù)云，為技術(shù)管理和企業(yè)管理提供三維模型與數(shù)據(jù)服務(wù)，是智能工廠的根本，所以第二個(gè)特點(diǎn)就是智能運(yùn)營(yíng)。

逆向建模的三維數(shù)字化工廠技術(shù)通常要有三個(gè)步驟：掃描、點(diǎn)云建模、智能化。這樣完成的模型只是具有基本的模型功能，可以測(cè)量、查PID數(shù)據(jù)，還是不能發(fā)揮其最大的用處。所以三維數(shù)字化工廠模型，往往會(huì)把很多生產(chǎn)相關(guān)的系統(tǒng)集成進(jìn)行，使得模型真正變“活”，比如MES數(shù)據(jù)的集成，使得決策者坐在辦公室就能通過三維模型看到生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如果需要檢維修，通過模型也能調(diào)取設(shè)備管理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)管理的聯(lián)動(dòng)。所以第三個(gè)特點(diǎn)就是集中集成。

3.2 應(yīng)用范圍

三維數(shù)字化工廠主要有三種應(yīng)用方向：一種是注重工程信息全生命周期管理的數(shù)字化工廠，主要關(guān)注工程信息的采集、關(guān)聯(lián)配置和變更管理;第二種是注重工廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)維護(hù)的數(shù)字化工廠，主要關(guān)注工廠生產(chǎn)管理、安全管理、設(shè)備管理等領(lǐng)域的業(yè)務(wù)支撐和管理;第三種是大場(chǎng)景三維模型，用于參觀、宣傳。

4三維數(shù)字化工廠在煉化企業(yè)的應(yīng)用情況

目前煉化企業(yè)應(yīng)用三維數(shù)字化工廠平臺(tái)的數(shù)目不是很多，但是應(yīng)用的企業(yè)都是以模型為核心集成工廠生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、安全管理等領(lǐng)域動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)通過三維數(shù)字化虛擬工廠為生產(chǎn)、設(shè)備、檢維修以及安全管理提供數(shù)據(jù)、模型、仿真與智能化服務(wù)[2]。

三維數(shù)字化工廠作為以資產(chǎn)為核心的企業(yè)管理平臺(tái)，是智能工廠的基礎(chǔ)，該技術(shù)的先進(jìn)性體現(xiàn)在把三維空間與全熱點(diǎn)資產(chǎn)動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、專家知識(shí)（人工智能）進(jìn)行集成，使企業(yè)各管理域可以在三維虛擬空間進(jìn)行協(xié)同運(yùn)行為企業(yè)的各管理域的智能化提供三維模型、數(shù)據(jù)、仿真服務(wù)，提高企業(yè)的整體管理效率，降低管理成本與安全風(fēng)險(xiǎn)。

5結(jié)束語

三維數(shù)字化工廠是智能化工廠的基礎(chǔ)，代表的新的發(fā)展方向。目前該技術(shù)在煉化企業(yè)應(yīng)用不是很廣泛。但是相信隨著三維技術(shù)的成熟，以及煉化企業(yè)技術(shù)瓶頸的進(jìn)一步加劇。不管是管理域、安全域等都需要進(jìn)一步提升。三維數(shù)字化工廠平臺(tái)就是提升過程中不能逾越的關(guān)鍵一環(huán)。在不久的將來，三維數(shù)字化工廠一定會(huì)在煉化行業(yè)中成為技術(shù)創(chuàng)新的重要“催化劑”。

參考文獻(xiàn)

[1]吳德華，毛先成，劉雨.三維空間數(shù)據(jù)模型綜述[J].測(cè)繪工程，2005，9（14）：70-73.

[2]李至林，朱慶.數(shù)字高程模型[M].武漢：武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，2000，3：13-16.

作者簡(jiǎn)介

付強(qiáng)（1978-），男，陜西咸陽人;學(xué)歷：碩士研究生，職稱：工程師;現(xiàn)就職單位：中國石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶石化分公司，研究方向：從事信息化工作。