工厂三维虚拟现实集成软件平台新技术.docx
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工厂三维虚拟现实集成软件平台新技术
工厂资产是工厂建设投资的主体,也是企业生产运营的物质基础。
因此备受经营管理者的关注。
企业管理的实质是资产及资产回报率（ROA管理。
尽管资产管理是老生常谈,但是使用3D模型模拟、标识并管理所有的资产,实现资产管理和利用自动化,则是全新的理念。
确切地了解和掌握资产状况,既可以有效地进行运行和维护,又可以为持续发展做更准确的分析,帮助提升生产效率和资产利用率,最终获得更高的资产回报率。
INOVx解决方案是一个创新的以资产为中心的软件平台（InnovativeAsset-CentricSoftwarePlatform,将大量复杂的工厂资产相关数据转化为容易理解和以业务导向的信息,以表现资产真实物理状况的三维工厂电子模型为基础,并且无缝集成
各种工厂企业信息系统,如ERP、MES、实时数据库、
工程、检测、运行、维护以及文档管理（DocumentManagement等系统。
是重点针对流程工业的支持企业资产管理（EAM的先进虚拟现实软件,提供EAM端到端的集成的虚拟现实解决方案,如图1所示。
重点用于企业资产运行管理、安全管理、规章管理、员工培训和维修管理,以提升工厂的生产效率、安全水平和决策能力。
虚拟化是流程工业,诸
如石油、化工、公用工程等领域集约化、精细化资产管理的下一代流行新技术。
目前已被ExxonMobil、BP、Amoco、Chevron、ConocoPhillips、EssoImperialOil、ShellOil、ShellChemicals、UnionCarbide、Arco、BASF、Bayer、Dow、DuPont等世界知名石油、石化公司以及FluorDaniel、Toyo
■张志檩
工厂三维虚拟现实集成软件平台新技术
图1EAM
端到端的集成的虚拟现实解决方案
Engineering等工程（E、采购（P、建设（C、咨询等公司广泛采用。
INOVx提供高精度表述工厂实际的三维模型,并且通过集成访问所有数据。
犹如在虚拟现实世界中漫步,触摸一根管道即可在屏幕上显示管道相关信息,例如位号、尺寸、材料、规格、厚度、流经管道液体的温度、压力以及最近一次检查日期、下次计划检修时间等所有相关信息。
INOVx把这种以最自然的方式获取已有资产数据叫做”工厂虚拟化或虚拟现实”。
1.INOVx解决方案
INOVx解决方案有两个核心技术。
一是生成代表工厂竣工（as-built数据的三维电子模型（ElectronicPlantModel。
在虚拟现实技术方面,以往的活动视频影像不足以与信息集成,取而代之的首选则是新兴的精确三维电子模型。
二是智能三维模型与现有的工厂应用系统集成。
INOVx产品包括
3DPlantLINx用来为现有和新建装置制作3D模型;RealityLINx获取存在于不同信息系统中大量的资产数据,使更
多跨组织、跨部门的各级、各类业务人员访问这些系统,提升与扩展现有资产数据的价值。
INOVx解决方案主要通过虚拟化和资产文档化,实现虚拟化的、集成的应用。
资产文档化服务是工厂从没有三维资产模型到准备实现RealityLINx的起点。
它为工厂创建一个能够精确表达竣工资产的模型。
再与RealityLINx结合,即可成为“改变传INOVx的核心软件之一,是资产文档化的技术基石,是模型与其他各种企业应用系统链接的基础。
可方便简捷地获取3DCAD的工厂配置或处理转化激光扫描仪的图像。
对已有3D模型的新建厂,只需1-2个月即可完成资产文档化。
此项工作可以自己完成,也可由专业咨询公司实现。
INOVx将资产文档化服务分为以下几步,见图2。
图2
资产文档化服务步骤示意
第一步,使用三维扫描仪获取工厂竣工数据;
软件创作工厂物理数据库,将扫描图像转换为三维模型;
第三步,由智能适配器将三维模型与其他资产管理系统集成。
INOVx使用先进精确的三维激光扫描技术,获取工厂三维模型数据,非常高效。
已经完成了300多个项目,大多数在复杂工厂环境下。
PlantLINx将激光扫描仪（如Leica、Z&F、FARO等的扫描数据转换为准确的、按比例缩放的、代表工厂实际状况的资产模型。
。
例如FAROLaserScannerLS是便携式的计算机测量系统。
在80米范围内,通过360度全方位扫描,创建高分辨率、3-D数字式“影像”。
每秒采集十二万个点,系统配置手提电脑可绘制及记录物体所有的3D尺寸,精度高达3毫米。
采集到的数据可用来创建数字模型,或是针对任何所需的高精度3-D尺寸与已有的模型进行评估和分析。
资产智能（例如AVEVAPDMS,IntergraphPDS,AutoCAD,Autodesk,BentleyMicroStation以及其他的主流CAD系统的P&ID等数据被加入到三维模型,因此建成一个功能更加丰富的智能模型。
资产模型和数据库代表竣工工厂。
模型可以导出到主流的CAD系统作为重要工程及在建工程的修改基础。
INOVx研发了唯一的、先进的软件工具,保证与CAD系统兼容,反映在最新基准上的工厂资产变化。
解决方案的另一核心软件是RealityLINx。
RealityLINx是资产模型浏览和导航的基础平台,并且通过INOVx的智能适配器（IntelligentAdapters获取企业所有资产数据。
许多专业业务应用构建于该平台之上,将各种具体业务功能集成。
并成为企业资产管理的统一门户（CommonPortal。
INOVxz智能适配器在资产模型和外部系统间提供实时的相关链接和导入导出,外部系统包括ERP（例如SAP、静设备检验维护软件（Metegrity、生产操作系统（例如OSIsoftPI、SCADA、Honeywell、设备检验（例如Meridium、UltraPipe、运行调度、设备维护系统（例如SAPPM,MROMaximo、CAD（intergraph、Autocad等、文档管理系统（例如Documentum及工厂其他系统。
基于这些链接,INOVx为工厂不同的业务单元量身定做了各种应用。
这些应用为所有资产相关数据提供单点登录访问的设计理念。
2.智能化虚拟技术帮助石油企业应对挑战
安全最重要—保证一个安全的工作环境和习惯需要员工具有丰富知识和良好培训。
如何以最自然的方式培训员工并且以清晰的方式表述工作任务?
知识丰富的劳动力基本上到了退休年龄—大多数工厂员工有经验鸿沟。
如何清晰的传递知识,使新员工具有丰富的经验?
挖掘现有投资的价值—许多技术在工厂已经存在,但是获取是非常有挑战性的。
如何用最自然的交互方式获取这些技术?
知道工厂有什么资产和在哪里—许多老厂面临这个挑战。
是否有非常简单的方式精确的将工厂资产文档化?
维护任务由合同工人进行—这是石油行业惯例。
如何保证这些合同工人具有丰富的知识,并且能够完成指定的任务?
符合规章—熟悉规范并且遵守规范。
如何使员工知道并且遵守规范?
虚拟化是“改变传统工作方式或游戏规则”的技术,它能够助石油工业应对这些挑战。
这些技术应用在:
INOVx虚拟化解决方案帮助资产密集型企业改变传统工作习惯,这些领域包括:
安全、遵守规章、操作和维护等。
范例描述如下:
应急方案——虚拟化在应急预案和实施上作用重大。
在计划阶段,使用精确的三维模型确定车辆行驶路线。
当事故发生时,三维模型帮助定位关键阀门及帮助应对小组及时赶到现场。
指挥中心能够以前所未有的清晰方式调度协调。
安全演习设计——当工程建设完成后,设计安全概查（Walk路线需要想象力和时间。
使用虚拟
化后有两个重要变化:
（1在设计阶段即可进行模拟安全演练,避免产生巨大的工程变更;（2安全演练可以通过互联网会议平台在会议室进行,相关人员可上线演练并且进行协作。
遵守规章——执行规章变得简单。
工厂相关人员精确和一致地遵守规章制度。
由于虚拟化是准确的并且直观的,接近真实地检查浏览和直观地确定操作步骤,并且迅速避免操作错误。
知识获取——将信息加入虚拟模型,从经验丰富的人员获取操作规程,定义安全操作步骤,并且与物理设备关联,指导经验较少的员工工作。
维护工单——以前维护工单以文本方式存入计算机,难于获取,在很大程度上依赖于经验和知识。
通过虚拟化模型有许多提高:
（1工单被视作设备及相关过程需要的;（2工作计划保证相邻工作人员不互相干扰,并且将合适的工具放入指定地点;（3通过基于颜色编码的资产模型,计划人员可以看到已计划的、正在进行的和完成状态的工单。
清晰的交流——通常情况下,经验丰富的操作人员指导缺乏经验的人员。
为避免交流障碍,操作人员通常需要有正确理解相关设备的操作方法。
通过虚拟化模型,可以在工作现场,交流清晰,节省时间。
管道、容器完整性检查——通过虚拟化模型,检测点可以根据地理位置在模型中标记。
检查人员可以非常容易地查找、定位和审核,或读取历史数据。
然后将资产的物理数据和相关的腐蚀数据进行关联,可以使用新方法进行腐蚀趋势分析,并对高腐蚀区域进行根源分析。
此外,将虚拟化模型与所需技术检测时间和材料需求相结合,优化检测计划。
灾难情景培训——灾难培训非常重要,需要用大量时间说明情况和可能的行动。
通过虚拟模型,可以进行评审、讨论和精炼各种情景的可能应对行动,并且确认每个人行动的生存能力和可接受程度。
瞬间泄漏分析——使用泄漏检测器并使用虚拟模型精确定位和记录数据,监控潜在瞬间排放源。
分析可能的关联设备,采取措施消除事故。
虚拟化使技术路线优化,并且提供有效手段对计划和执行进行检测和监控。
统一的可视化门户——工厂人员可以在虚拟模型中导航,并且针对资产设备进行查询。
模型有无限多的查询,并以接近真实的、颜色编码的方式呈现结果。
所有工厂数据都可以以上述方式获取,包括收集、归类和存档的历史数据和企业系统。
这项新技术的潜力现在已经完全实现。
虚拟化带来了与过程控制（DCS给工厂操作类似的功能,促进生产率提高和提供通用的工作方式。
并有趋势显示,三位可视化将取代DCS的人机交互方式。
3.解决方案的简便性
3.1如何实施
INOVx解决方案容易实施和上线。
它不是复制或代替现有数据库系统,而是通过统一的、用户友好的虚拟门户,在整个工厂扩展其价值。
仅需一天的RealityLINx培训,最终用户即可在桌面系统上熟练地导航和浏览工厂资产数据和进行基本操作,包括定位特定设备,查看其相关状态;通过右击,创建该设备工单,查看系统边界、安全操作步骤和隔离点、交接班日志。
对于已经使用三维资产模型的工厂,解决方案更加容易实现,只取决于集成的企业系统数量。
一般在一到两个月完成。
如果没有三维资产模型,则提供交钥匙解决方案,实施取决于资产文档化服务,进行三维激光扫描和交付智能模型,并将其他企业系统集成。
3.2如何使用
可以从视图上直接查询工厂维护信息。
例如可对当天计划执行的所有工单用颜色标识,然后点击设备的某个位置,即可显示详细的工单信息。
想定位一个特定过程单元的所有安全阀吗?
只需一个简单查询,所有安全阀即可在模型视图中高
亮显示。
不仅可以查看位置,并且检查当前操作数据（直接来自DCS/PI。
也可对一台设备进行高亮显示,右击鼠标即可显示相关文档。
资产管理人员对资产数据进行管理的过程是高度自动化的。
对于使用人工过程维护独立图纸而言,这是一个很大的变革。
由于每个人关注于同一模型,差异会很快发现和改正。
可以将资产模型视为自我调节数据库,这将进一步增加它的价值和信任度。
并体现准确的竣工信息价值。
4.成功案例
4.1壳牌（加拿大——加拿大Alberta炼油厂改造
问题:
需要一个精确的、可靠的应用于腐蚀监控和检测的资产信息竣工基准。
解决方案:
以现有三维模型为起点,为检测小组提供获取可视化资产和物理数据的统一门户视图。
将虚拟模型与检测和腐蚀数据库（Metegrity进行关联,包括腐蚀环和厚度检测等。
益处:
通过较短时间,使腐蚀状况数据精确的文档化,通过直接使用现有模型避免绘制新图纸,节省费用超过100万美元;竣工图完成时间低于计划的一半。
降低了费用,优化了腐蚀检测工作,用户每天可节约1-2小时。
所需信息更容易获取。
计划外工作减少,更加快速地维修和预防性维护。
4.2美国（Chevron,ConocoPhillips和PDVSA合资公司——升级Venezuela’sOrinocoOilBelt炼油厂
问题:
需要一种准确可靠的,在工厂范围内识别腐蚀检测点（ThicknessMonitoringLocations,TML's以及支持检测过程的工具。
解决方案:
使用RealityLINx作为维护和可靠性管理人员的统一门户,获取和浏览资产和物流数据。
将三维模型与检测腐蚀数据库（Visions,Metegrity关联。
益处:
检测小组工作效率提高25%-30%。
可靠性员工可在很短时间内隔离问题区域;在某些情况下可将整个时间缩短80%。
4.3Ameriven质量提升项目
为检测小组提供支持工具作为工厂生命周期管理的重要部分。
INOVx解决方案被选作质量提升单元用于检测。
INOVx系统主要用于以下两个方面:
质量提升工厂的三维模型已经存在,可以帮助工厂准确的识别工厂厚度测量地点;支持现有检测和工厂生命周期管理的工具。
Ameriven报道使用INOVx软件方案后,获得巨大收益。
6个月内创建可靠的模型并且文档化;在前一个类似装置中使用传统方法大约花费2年多时间,减少了20%~30%的检测人员,在项目建议阶段,项目审计小组报告投资收益大于40%。
5.结论
回顾过去的五十多年,计算机技术应用于石油化工业的各个方面,使其成为计算机应用的领头羊。
例如线性规划于20世纪50年代就用于供应链管理和优化;数字过程控制始于60年代并很快进入各个控制领域;3D地质成像始于70年代超级计算机的应用,极大地改变了地质资料处理和新石油资源勘探途径;电子数据交换（EDI采购始于80年代并已成为因特网上的普通商务模式;集成的ERP始于90年代并成为带领人类进入新千年的重大技术事件;还有这十年,实时绩效管理（Real-timeperformancemanagement可以让整个企业接近实时地掌握运营绩效。
那么,下一代是什么?
虚拟现实是石油工业信息化新的技术飞跃。
人们可以以自然的方式,有效利用存在于工厂各个系统的大量数据。
它简化了数据获取方式,并以企业三维模型展示数据。
虚拟现实促进高效的沟通、提高工厂安全水平、执行法规以及提高生产效率。
它具有深远的影响和优势。
（作者张志檩原单位系中国石化股份有限公司信息系统管理部
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