石化行业3D智能工厂建设技术探讨

江鸿章++论国柱++李刚

摘 要：主要针对石化行业智能工厂的建设技术展开了探讨，详细阐述了3D智能工厂产生的背景和相关的建设技术，并通过结合某具体的工程实例，深入分析了智能工厂的建设，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。

关键词：石化行业；智能工厂；建设技术；信息管理

中图分类号：TE681 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.063

随着我国科学技术和信息工程的高速发展及广泛应用，各行各业都开始将信息科学技术应用到自身的建设发展中。而在石化行业的生产中，由于其复杂的生产步骤，如果将信息科学技术应用到日常的工作中，就会大幅提升石化行业的工作效率。基于此，本文就石化行业移动智能化工厂建设的技术进行了探讨，期望对有关方面的需要提供一定帮助。

1 3D智能工厂产生的背景

随着世界能源格局的变化，我国石油化工企业正朝着大型化、市场化、一体化、国际化、智能化和清洁化的方向发展，但在发展同时，也面临着诸多挑战。

随着科学技术的迅猛发展，高科技手段和信息化技术对现代企业，尤其是大型企业的作用越来越重要。针对石油化工行业生产管线及装置设备分布复杂，人员无法远程掌握以及设备的相关信息与其实物设备的具体空间位置无法同时展现的现状，加上现有的DCS、MES、ERP等业务管理系统也无法全面展示装置的反应器、塔、罐、泵、阀、管线的详细空间位置，无法与实际生产装置流程进行直观、有效的融合，根据最新的虚拟现实领域的3D建模技术，提出了“3D智能工厂”的概念。3D智能工厂打破了传统的炼油企业管理模式，将3D模型引入到炼油企业中，以3D模型的方式立体再现生产装置原貌。通过装置3D模型，实现了装置设备和管道的详细空间位置、具体形状与该设备和管道的详细信息的有机融合，并实现了装置设备管理的智能化，形成一种石油化工企业全新的设备管理理念、模式和方法。

2 3D智能工厂建设技术

2.1 3D建模技术

3D即三维图形，通过三维制作软件虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型3D建模，大概可分为NURBS和多边形网格。NURBS在要求精细、弹性与复杂的模型中有较好的应用，适合量化生产用途；多边形网格建模是靠拉面方式，适合做效果图与复杂场景动画。

虚拟现实领域的3D建模技术能够将复杂而庞大的工业系统在计算机中完整、详细地展现出来，并且提供多种灵活的操作功能，从而显著地提高系统的可控性和可用性。通过将系统

的3D模型与实际的业务数据进行对接，用户能够方便地了解系统的组织结构，监控系统的运行状态，进一步地借助于智能化的数据分析来降低工作的复杂度，提高工作效率。石油化工系统的业务管理同样可以借助于3D建模的展现能力和分布式系统的计算能力，对传统的管理方式进行改革，创造更具生产力和更加安全、可靠、高效的管理手段。

2.2 3D智能工厂研究路线

研究路线如下。

第一步，先在三维软件中创建三维立体模型，再经优化曲面和定位坐标后导入虚拟软件中。

第二步，在虚拟软件中完成设备相关数据库的开发和人工智能与互动。

第三步，根据装置设计图纸、现场测量、拍照等方式以100︰1的比例真实再现装置3D模型。在此基础上开发3D智能工厂设备信息管理系统。

第四步，为将快速、流畅的3D模型体验与设备信息管理系统进行整合，从而形成易操作、可维护、可扩展的新一代信息管理系统，对整体软件/硬件架构和技术方案提出以下要求：①可用性。主要体现在信息系统的响应速度、3D模型浏览的流畅渲染等方面。在实际的应用中，由于3D模型格式的复杂性已经对硬件平台产生依赖性，建模人员构建设备装置3D模型很难在信息管理系统中直接使用，而且由于3D模型数据量比较庞大，因此对此类模型的渲染模块提出了更高的性能要求。②伸缩性。为了容纳日益增加的业务数据，并在操作频度和操作并发性上进行改进，系统的整体架构设计人员必须对扩展性进行充分的考虑和评估，在硬件、软件的选择和整体方案成本上进行均衡。③可靠性。创新性的系统设计意味着可靠性的降低，因此，在整体设计中，必须制订一定的容错机制和故障恢复机制，对数据的生命周期进行管理，从而保证信息管理系统的长期、稳定运行。

为了达到以上要求，需实现自适应分布式3D模型渲染技术、后端3D模型离线绘制技术、3D模型数据表达和转换技术、3D模型数据传输控制技术和前端3D模型渲染技术。首先，只有实现前端3D模型渲染技术，才能够较早地评估整体方案的可行性和运行效率；其次，对前四项技术进行研究，进一步优化系统；最后，改进系统稳定性等方面的问题。

3 3D智能工厂建设内容

3.1 800万吨/年常减压蒸馏装置3D模型

根据装置设计图纸、现场测量、拍照等方式以100︰1的比例真实再现800万吨/年常减压蒸馏装置3D模型。

3.2 3D智能工厂设备信息管理系统

在3D智能工厂设备信息管理系统中，采用网页（浏览器）的方式进行装置设备信息的管理。该系统包括装置简介、设备信息管理、工艺管道信息管理及智能信息管理等四个部分内容。

3.2.1 装置简介

在3D智能工厂设备信息管理系统中，用鼠标点击装置3D模型中的装置牌，即可弹出800万吨/年常减压蒸馏装置的装置简介、技术特点、生产流程、安全措施、设备介绍及装置工艺流程图等信息。

3.2.2 设备信息管理

设备信息管理包括以下设备信息的管理：该装置所有设备的设备铭牌、该设备在设备台账中的所有信息、目前车间正在使用的设备台账、该装置存档的设备检测报告、档案室存档的该装置设备及管道的蓝图、该装置设备配件的技术参数及有关信息、装置设备的检维修记录和历史记录以及检维修台账等。

3.2.3 工艺管道信息管理

在装置3D模型中用鼠标点击任何一条管道，即可弹出由该工艺管道的管道表和管道设备材料规格表中的信息制成的网页，通过该网页，即可查阅、管理装置工艺管道相关信息，并对管道进行智能化管理。在装置工艺管道3D模型中，每段管道都标有管道号，可显示管道的起点和终点，同时，具有输入管道号可自动锁定该管道的功能，如图1所示。

图1 工艺管道信息管理页面

3.2.4 智能信息管理

为各类设备安装智能预警系统，可通过预警方式对装置设备及工艺管道进行智能化管理。当某设备需要检测、校验、更换等各类工作时，系统将自动提前一周进行预警提示，并在智能信息管理网页中自动生成预警信息。

4 结束语

综上所述，石化行业移动智能化工厂的建设在一定程度上不仅提高了石化生产工作的效率，同时也降低人员直接到现场的风险及成本，对企业的安全生产和精细化管理、提高企业的经济效益都将具有深远的意义。本文通过结合具体的工程实例，对石化移动智能化工厂的建设技术作了探讨，旨在能为类似的建设方面提供参考范例。

参考文献

[1]王晶.浅析石油化工企业智能工厂建设的基本思路[J].中国科技信息，2013（14）.

[2]万晓楠，钱新华.炼油化工行业信息化发展趋势研究[J].中国信息界，2010（11）.

〔编辑：王霞〕