淺談三維數字化工廠技術在煉廠中的應用中的應用

付強 龐艷麗 魏瑋 姚沛東

摘 要 三維數字化工廠是智能工廠的基礎，同時作為流程工業最具有代表性的煉化行業，更是三維數字化工廠技術應用的前沿陣地，本文從發展背景、發展現狀、特點及應用方向、應用效果介紹了該技術的在煉廠的應用情況。

關鍵詞 三維數字化;安全域;管理域

隨著科學技術的不斷進步，人類從農業文明進入到工業文明用了將近200多年。而我們現在所處的是一個以智能化為代表的新的工業革命爆發期，德國人提出“工業4.0”，我們提出“智能制造”等。智能化在流程工業中的載體平臺，也就是我們常說的“龍骨”就是三維數字化工廠平臺。

1三維數字化工廠的發展現狀

三維數字化工廠，就是用前沿的三維數字化技術，把物理的工廠模型化為數字的工廠，并存儲在服務器中。利用建模好的三維數字化工廠平臺，我們可以對模型進行智能化，以達到我們所需的數字孿生目的。目前，三維建模的方式有兩種：一種是正向建模，也叫數據導入，這種方式簡單、快捷，但是精度不高并且不能根據實際情況進行模型刪減;另一種模式就是逆向建模，利用掃描技術1：1的進行數字孿生形成三維模型，這種方式建模周期比較長，但是精度高、可擴展性比較好，更接近于實際情況，實用價值更高。

2平臺介紹及發展現狀

目前流行的三維建模平臺有很多，而這些平臺各有各的特點。所以在進行挑選及使用過程中，一定要根據自己的實際情況進行選擇。美國PTC公司的pro/E平臺，該平臺可將二維設計轉化為三維，并可優化設計流程。

目前主流的CATIA平臺，該平臺70年代就已經出現，它是法國Dassault Aviation公司進行開發的。該平臺的最有名的應用案例就是，開發幻影2000與陣風戰斗機，但對于流程行業還是有些不足。

對于流程行業，目前比較流行的平臺就是美國INOVx公司的SeaLINx平臺，該平臺是以全熱點為基礎進行設計，通過全熱點不資產的內外部數據以及企業生產、設備、安全等管理領域全壽期數據。

我們國內也出現了類似的軟件設計公司，但是核心技術平臺還是大多使用外國的類似SeaLINx這樣的平臺進行開發。

3三維數字化工廠的特點及應用方向

3.1 特點

三維數字化工廠技術有很多特點，針對不同的行業表現是不同的。比如在生產制造行業就是“精度高、可擴展、網絡化”而在煉化行業中就是“優化生產、智能運營、集中集成”[1]。

在煉化行業中，三維數字化工廠技術可以提供多種直觀的現場方案交底和測量優化，由于三維數字化工廠模型的精度高可以達到毫米級，所以測量出的誤差就很小，用這樣的數據生成材料需求可以極大地節約預算資金。同時使用三維模型進行技術交底，極大地節約了人力和物資。所以第一個特點就是優化生產。

智能工廠模型定義了三個管理域，其中三維數字化工廠不僅解決系統與設施管理體系問題，構成智能工廠的建設基礎，而且形成以資產為目錄的數據云，為技術管理和企業管理提供三維模型與數據服務，是智能工廠的根本，所以第二個特點就是智能運營。

逆向建模的三維數字化工廠技術通常要有三個步驟：掃描、點云建模、智能化。這樣完成的模型只是具有基本的模型功能，可以測量、查PID數據，還是不能發揮其最大的用處。所以三維數字化工廠模型，往往會把很多生產相關的系統集成進行，使得模型真正變“活”，比如MES數據的集成，使得決策者坐在辦公室就能通過三維模型看到生產實時數據，如果需要檢維修，通過模型也能調取設備管理數據，實現作業管理的聯動。所以第三個特點就是集中集成。

3.2 應用范圍

三維數字化工廠主要有三種應用方向：一種是注重工程信息全生命周期管理的數字化工廠，主要關注工程信息的采集、關聯配置和變更管理;第二種是注重工廠生產運營維護的數字化工廠，主要關注工廠生產管理、安全管理、設備管理等領域的業務支撐和管理;第三種是大場景三維模型，用于參觀、宣傳。

4三維數字化工廠在煉化企業的應用情況

目前煉化企業應用三維數字化工廠平臺的數目不是很多，但是應用的企業都是以模型為核心集成工廠生產管理、設備管理、安全管理等領域動靜態數據，實現通過三維數字化虛擬工廠為生產、設備、檢維修以及安全管理提供數據、模型、仿真與智能化服務[2]。

三維數字化工廠作為以資產為核心的企業管理平臺，是智能工廠的基礎，該技術的先進性體現在把三維空間與全熱點資產動靜態數據、大數據技術、專家知識（人工智能）進行集成，使企業各管理域可以在三維虛擬空間進行協同運行為企業的各管理域的智能化提供三維模型、數據、仿真服務，提高企業的整體管理效率，降低管理成本與安全風險。

5結束語

三維數字化工廠是智能化工廠的基礎，代表的新的發展方向。目前該技術在煉化企業應用不是很廣泛。但是相信隨著三維技術的成熟，以及煉化企業技術瓶頸的進一步加劇。不管是管理域、安全域等都需要進一步提升。三維數字化工廠平臺就是提升過程中不能逾越的關鍵一環。在不久的將來，三維數字化工廠一定會在煉化行業中成為技術創新的重要“催化劑”。

參考文獻

[1]吳德華，毛先成，劉雨.三維空間數據模型綜述[J].測繪工程，2005，9（14）：70-73.

[2]李至林，朱慶.數字高程模型[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社，2000，3：13-16.

作者簡介

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