石化行業(yè)3D智能工廠建設(shè)技術(shù)探討

江鴻章++論國柱++李剛

摘 要：主要針對石化行業(yè)智能工廠的建設(shè)技術(shù)展開了探討，詳細闡述了3D智能工廠產(chǎn)生的背景和相關(guān)的建設(shè)技術(shù)，并通過結(jié)合某具體的工程實例，深入分析了智能工廠的建設(shè)，以期能為有關(guān)方面的需要提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：石化行業(yè)；智能工廠；建設(shè)技術(shù)；信息管理

中圖分類號：TE681 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.063

隨著我國科學(xué)技術(shù)和信息工程的高速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，各行各業(yè)都開始將信息科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到自身的建設(shè)發(fā)展中。而在石化行業(yè)的生產(chǎn)中，由于其復(fù)雜的生產(chǎn)步驟，如果將信息科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到日常的工作中，就會大幅提升石化行業(yè)的工作效率。基于此，本文就石化行業(yè)移動智能化工廠建設(shè)的技術(shù)進行了探討，期望對有關(guān)方面的需要提供一定幫助。

1 3D智能工廠產(chǎn)生的背景

隨著世界能源格局的變化，我國石油化工企業(yè)正朝著大型化、市場化、一體化、國際化、智能化和清潔化的方向發(fā)展，但在發(fā)展同時，也面臨著諸多挑戰(zhàn)。

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，高科技手段和信息化技術(shù)對現(xiàn)代企業(yè)，尤其是大型企業(yè)的作用越來越重要。針對石油化工行業(yè)生產(chǎn)管線及裝置設(shè)備分布復(fù)雜，人員無法遠程掌握以及設(shè)備的相關(guān)信息與其實物設(shè)備的具體空間位置無法同時展現(xiàn)的現(xiàn)狀，加上現(xiàn)有的DCS、MES、ERP等業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)也無法全面展示裝置的反應(yīng)器、塔、罐、泵、閥、管線的詳細空間位置，無法與實際生產(chǎn)裝置流程進行直觀、有效的融合，根據(jù)最新的虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的3D建模技術(shù)，提出了“3D智能工廠”的概念。3D智能工廠打破了傳統(tǒng)的煉油企業(yè)管理模式，將3D模型引入到煉油企業(yè)中，以3D模型的方式立體再現(xiàn)生產(chǎn)裝置原貌。通過裝置3D模型，實現(xiàn)了裝置設(shè)備和管道的詳細空間位置、具體形狀與該設(shè)備和管道的詳細信息的有機融合，并實現(xiàn)了裝置設(shè)備管理的智能化，形成一種石油化工企業(yè)全新的設(shè)備管理理念、模式和方法。

2 3D智能工廠建設(shè)技術(shù)

2.1 3D建模技術(shù)

3D即三維圖形，通過三維制作軟件虛擬三維空間構(gòu)建出具有三維數(shù)據(jù)的模型3D建模，大概可分為NURBS和多邊形網(wǎng)格。NURBS在要求精細、彈性與復(fù)雜的模型中有較好的應(yīng)用，適合量化生產(chǎn)用途；多邊形網(wǎng)格建模是靠拉面方式，適合做效果圖與復(fù)雜場景動畫。

虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的3D建模技術(shù)能夠?qū)?fù)雜而龐大的工業(yè)系統(tǒng)在計算機中完整、詳細地展現(xiàn)出來，并且提供多種靈活的操作功能，從而顯著地提高系統(tǒng)的可控性和可用性。通過將系統(tǒng)

的3D模型與實際的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行對接，用戶能夠方便地了解系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)，監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，進一步地借助于智能化的數(shù)據(jù)分析來降低工作的復(fù)雜度，提高工作效率。石油化工系統(tǒng)的業(yè)務(wù)管理同樣可以借助于3D建模的展現(xiàn)能力和分布式系統(tǒng)的計算能力，對傳統(tǒng)的管理方式進行改革，創(chuàng)造更具生產(chǎn)力和更加安全、可靠、高效的管理手段。

2.2 3D智能工廠研究路線

研究路線如下。

第一步，先在三維軟件中創(chuàng)建三維立體模型，再經(jīng)優(yōu)化曲面和定位坐標(biāo)后導(dǎo)入虛擬軟件中。

第二步，在虛擬軟件中完成設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)和人工智能與互動。

第三步，根據(jù)裝置設(shè)計圖紙、現(xiàn)場測量、拍照等方式以100︰1的比例真實再現(xiàn)裝置3D模型。在此基礎(chǔ)上開發(fā)3D智能工廠設(shè)備信息管理系統(tǒng)。

第四步，為將快速、流暢的3D模型體驗與設(shè)備信息管理系統(tǒng)進行整合，從而形成易操作、可維護、可擴展的新一代信息管理系統(tǒng)，對整體軟件/硬件架構(gòu)和技術(shù)方案提出以下要求：①可用性。主要體現(xiàn)在信息系統(tǒng)的響應(yīng)速度、3D模型瀏覽的流暢渲染等方面。在實際的應(yīng)用中，由于3D模型格式的復(fù)雜性已經(jīng)對硬件平臺產(chǎn)生依賴性，建模人員構(gòu)建設(shè)備裝置3D模型很難在信息管理系統(tǒng)中直接使用，而且由于3D模型數(shù)據(jù)量比較龐大，因此對此類模型的渲染模塊提出了更高的性能要求。②伸縮性。為了容納日益增加的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并在操作頻度和操作并發(fā)性上進行改進，系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計人員必須對擴展性進行充分的考慮和評估，在硬件、軟件的選擇和整體方案成本上進行均衡。③可靠性。創(chuàng)新性的系統(tǒng)設(shè)計意味著可靠性的降低，因此，在整體設(shè)計中，必須制訂一定的容錯機制和故障恢復(fù)機制，對數(shù)據(jù)的生命周期進行管理，從而保證信息管理系統(tǒng)的長期、穩(wěn)定運行。

為了達到以上要求，需實現(xiàn)自適應(yīng)分布式3D模型渲染技術(shù)、后端3D模型離線繪制技術(shù)、3D模型數(shù)據(jù)表達和轉(zhuǎn)換技術(shù)、3D模型數(shù)據(jù)傳輸控制技術(shù)和前端3D模型渲染技術(shù)。首先，只有實現(xiàn)前端3D模型渲染技術(shù)，才能夠較早地評估整體方案的可行性和運行效率；其次，對前四項技術(shù)進行研究，進一步優(yōu)化系統(tǒng)；最后，改進系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面的問題。

3 3D智能工廠建設(shè)內(nèi)容

3.1 800萬噸/年常減壓蒸餾裝置3D模型

根據(jù)裝置設(shè)計圖紙、現(xiàn)場測量、拍照等方式以100︰1的比例真實再現(xiàn)800萬噸/年常減壓蒸餾裝置3D模型。

3.2 3D智能工廠設(shè)備信息管理系統(tǒng)

在3D智能工廠設(shè)備信息管理系統(tǒng)中，采用網(wǎng)頁（瀏覽器）的方式進行裝置設(shè)備信息的管理。該系統(tǒng)包括裝置簡介、設(shè)備信息管理、工藝管道信息管理及智能信息管理等四個部分內(nèi)容。

3.2.1 裝置簡介

在3D智能工廠設(shè)備信息管理系統(tǒng)中，用鼠標(biāo)點擊裝置3D模型中的裝置牌，即可彈出800萬噸/年常減壓蒸餾裝置的裝置簡介、技術(shù)特點、生產(chǎn)流程、安全措施、設(shè)備介紹及裝置工藝流程圖等信息。

3.2.2 設(shè)備信息管理

設(shè)備信息管理包括以下設(shè)備信息的管理：該裝置所有設(shè)備的設(shè)備銘牌、該設(shè)備在設(shè)備臺賬中的所有信息、目前車間正在使用的設(shè)備臺賬、該裝置存檔的設(shè)備檢測報告、檔案室存檔的該裝置設(shè)備及管道的藍圖、該裝置設(shè)備配件的技術(shù)參數(shù)及有關(guān)信息、裝置設(shè)備的檢維修記錄和歷史記錄以及檢維修臺賬等。

3.2.3 工藝管道信息管理

在裝置3D模型中用鼠標(biāo)點擊任何一條管道，即可彈出由該工藝管道的管道表和管道設(shè)備材料規(guī)格表中的信息制成的網(wǎng)頁，通過該網(wǎng)頁，即可查閱、管理裝置工藝管道相關(guān)信息，并對管道進行智能化管理。在裝置工藝管道3D模型中，每段管道都標(biāo)有管道號，可顯示管道的起點和終點，同時，具有輸入管道號可自動鎖定該管道的功能，如圖1所示。

圖1 工藝管道信息管理頁面

3.2.4 智能信息管理

為各類設(shè)備安裝智能預(yù)警系統(tǒng)，可通過預(yù)警方式對裝置設(shè)備及工藝管道進行智能化管理。當(dāng)某設(shè)備需要檢測、校驗、更換等各類工作時，系統(tǒng)將自動提前一周進行預(yù)警提示，并在智能信息管理網(wǎng)頁中自動生成預(yù)警信息。

4 結(jié)束語

綜上所述，石化行業(yè)移動智能化工廠的建設(shè)在一定程度上不僅提高了石化生產(chǎn)工作的效率，同時也降低人員直接到現(xiàn)場的風(fēng)險及成本，對企業(yè)的安全生產(chǎn)和精細化管理、提高企業(yè)的經(jīng)濟效益都將具有深遠的意義。本文通過結(jié)合具體的工程實例，對石化移動智能化工廠的建設(shè)技術(shù)作了探討，旨在能為類似的建設(shè)方面提供參考范例。

參考文獻

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[2]萬曉楠，錢新華.煉油化工行業(yè)信息化發(fā)展趨勢研究[J].中國信息界，2010（11）.

〔編輯：王霞〕