石化行業(yè)3D智能工廠建設技術探討

江鴻章++論國柱++李剛

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

關鍵詞：石化行業(yè)；智能工廠；建設技術；信息管理

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

隨著我國科學技術和信息工程的高速發(fā)展及廣泛應用，各行各業(yè)都開始將信息科學技術應用到自身的建設發(fā)展中。而在石化行業(yè)的生產(chǎn)中，由于其復雜的生產(chǎn)步驟，如果將信息科學技術應用到日常的工作中，就會大幅提升石化行業(yè)的工作效率?；诖?，本文就石化行業(yè)移動智能化工廠建設的技術進行了探討，期望對有關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)。

隨著科學技術的迅猛發(fā)展，高科技手段和信息化技術對現(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)管線及裝置設備分布復雜，人員無法遠程掌握以及設備的相關信息與其實物設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)務管理系統(tǒng)也無法全面展示裝置的反應器、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)實領域的3D建模技術，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)了裝置設備和管道的詳細空間位置、具體形狀與該設備和管道的詳細信息的有機融合，并實現(xiàn)了裝置設備管理的智能化，形成一種石油化工企業(yè)全新的設備管理理念、模式和方法。

2 3D智能工廠建設技術

2.1 3D建模技術

3D即三維圖形，通過三維制作軟件虛擬三維空間構建出具有三維數(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、彈性與復雜的模型中有較好的應用，適合量化生產(chǎn)用途；多邊形網(wǎng)格建模是靠拉面方式，適合做效果圖與復雜場景動畫。

虛擬現(xiàn)實領域的3D建模技術能夠將復雜而龐大的工業(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)務數(shù)據(jù)進行對接，用戶能夠方便地了解系統(tǒng)的組織結構，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雜度，提高工作效率。石油化工系統(tǒng)的業(yè)務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)化曲面和定位坐標后導入虛擬軟件中。

第二步，在虛擬軟件中完成設備相關數(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。在此基礎上開發(fā)3D智能工廠設備信息管理系統(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/硬件架構和技術方案提出以下要求：①可用性。主要體現(xiàn)在信息系統(tǒng)的響應速度、3D模型瀏覽的流暢渲染等方面。在實際的應用中，由于3D模型格式的復雜性已經(jīng)對硬件平臺產(chǎn)生依賴性，建模人員構建設備裝置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)的整體架構設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)設計意味著可靠性的降低，因此，在整體設計中，必須制訂一定的容錯機制和故障恢復機制，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)自適應分布式3D模型渲染技術、后端3D模型離線繪制技術、3D模型數(shù)據(jù)表達和轉換技術、3D模型數(shù)據(jù)傳輸控制技術和前端3D模型渲染技術。首先，只有實現(xiàn)前端3D模型渲染技術，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智能工廠設備信息管理系統(tǒng)

在3D智能工廠設備信息管理系統(tǒng)中，采用網(wǎng)頁（瀏覽器）的方式進行裝置設備信息的管理。該系統(tǒng)包括裝置簡介、設備信息管理、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智能工廠設備信息管理系統(tǒng)中，用鼠標點擊裝置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、技術特點、生產(chǎn)流程、安全措施、設備介紹及裝置工藝流程圖等信息。

3.2.2 設備信息管理

設備信息管理包括以下設備信息的管理：該裝置所有設備的設備銘牌、該設備在設備臺賬中的所有信息、目前車間正在使用的設備臺賬、該裝置存檔的設備檢測報告、檔案室存檔的該裝置設備及管道的藍圖、該裝置設備配件的技術參數(shù)及有關信息、裝置設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

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

4 結束語

綜上所述，石化行業(yè)移動智能化工廠的建設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。本文通過結合具體的工程實例，對石化移動智能化工廠的建設技術作了探討，旨在能為類似的建設方面提供參考范例。

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〕