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浅谈三维数字化工厂技术在炼厂中的应用!

发表时间: 2021-06-25 09:51:23

作者: 炼油化工技术与装备网

来源: 《科学与信息化》

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摘要:三维数字化工厂是智能工厂的基础,同时作为流程工业最具有代表性的炼化行业,更是三维数字化工厂技术应用的前沿阵地,本文从发展背景、发展现状、特点及应用方向、应用效果介绍了该技术的在炼厂的应用情况。

关键词:三维数字化;安全域;管理域

随着科学技术的不断进步,人类从农业文明进入到工业文明用了将近200多年。而我们现在所处的是一个以智能化为代表的新的工业革命爆发期,德国人提出“工业4.0”,我们提出“智能制造”等。智能化在流程工业中的载体平台,也就是我们常说的“龙骨”就是三维数字化工厂平台。

1、三维数字化工厂的发展现状

三维数字化工厂,就是用前沿的三维数字化技术,把物理的工厂模型化为数字的工厂,并存储在服务器中。利用建模好的三维数字化工厂平台,我们可以对模型进行智能化,以达到我们所需的数字孪生目的。目前,三维建模的方式有两种:一种是正向建模,也叫数据导入,这种方式简单、快捷,但是精度不高并且不能根据实际情况进行模型删减;另一种模式就是逆向建模,利用扫描技术1:1的进行数字孪生形成三维模型,这种方式建模周期比较长,但是精度高、可扩展性比较好,更接近于实际情况,实用价值更高。

2、平台介绍及发展现状

目前流行的三维建模平台有很多,而这些平台各有各的特点。所以在进行挑选及使用过程中,一定要根据自己的实际情况进行选择。美国PTC公司的pro/E平台,该平台可将二维设计转化为三维,并可优化设计流程。

目前主流的CATIA平台,该平台70年代就已经出现,它是法国Dassault Aviation公司进行开发的。该平台的最有名的应用案例就是,开发幻影2000与阵风战斗机,但对于流程行业还是有些不足。

对于流程行业,目前比较流行的平台就是美国INOVx公司的SeaLINx平台,该平台是以全热点为基础进行设计,通过全热点不资产的内外部数据以及企业生产、设备、安全等管理领域全寿期数据。

我们国内也出现了类似的软件设计公司,但是核心技术平台还是大多使用外国的类似SeaLINx这样的平台进行开发。

3、三维数字化工厂的特点及应用方向

3.1 特点

三维数字化工厂技术有很多特点,针对不同的行业表现是不同的。比如在生产制造行业就是“精度高、可扩展、网络化”而在炼化行业中就是“优化生产、智能运营、集中集成”[1]。

在炼化行业中,三维数字化工厂技术可以提供多种直观的现场方案交底和测量优化,由于三维数字化工厂模型的精度高可以达到毫米级,所以测量出的误差就很小,用这样的数据生成材料需求可以极大地节约预算资金。同时使用三维模型进行技术交底,极大地节约了人力和物资。所以第一个特点就是优化生产。

智能工厂模型定义了三个管理域,其中三维数字化工厂不仅解决系统与设施管理体系问题,构成智能工厂的建设基础,而且形成以资产为目录的数据云,为技术管理和企业管理提供三维模型与数据服务,是智能工厂的根本,所以第二个特点就是智能运营。

逆向建模的三维数字化工厂技术通常要有三个步骤:扫描、点云建模、智能化。这样完成的模型只是具有基本的模型功能,可以测量、查PID数据,还是不能发挥其最大的用处。所以三维数字化工厂模型,往往会把很多生产相关的系统集成进行,使得模型真正变“活”,比如MES数据的集成,使得决策者坐在办公室就能通过三维模型看到生产实时数据,如果需要检维修,通过模型也能调取设备管理数据,实现作业管理的联动。所以第三个特点就是集中集成。

3.2 应用范围

三维数字化工厂主要有三种应用方向:一种是注重工程信息全生命周期管理的数字化工厂,主要关注工程信息的采集、关联配置和变更管理;第二种是注重工厂生产运营维护的数字化工厂,主要关注工厂生产管理、安全管理、设备管理等领域的业务支撑和管理;第三种是大场景三维模型,用于参观、宣传。

4、三维数字化工厂在炼化企业的应用情况

目前炼化企业应用三维数字化工厂平台的数目不是很多,但是应用的企业都是以模型为核心集成工厂生产管理、设备管理、安全管理等领域动静态数据,实现通过三维数字化虚拟工厂为生产、设备、检维修以及安全管理提供数据、模型、仿真与智能化服务[2]。

三维数字化工厂作为以资产为核心的企业管理平台,是智能工厂的基础,该技术的先进性体现在把三维空间与全热点资产动静态数据、大数据技术、专家知识(人工智能)进行集成,使企业各管理域可以在三维虚拟空间进行协同运行为企业的各管理域的智能化提供三维模型、数据、仿真服务,提高企业的整体管理效率,降低管理成本与安全风险。

5、结束语

三维数字化工厂是智能化工厂的基础,代表的新的发展方向。目前该技术在炼化企业应用不是很广泛。但是相信随着三维技术的成熟,以及炼化企业技术瓶颈的进一步加剧。不管是管理域、安全域等都需要进一步提升。三维数字化工厂平台就是提升过程中不能逾越的关键一环。在不久的将来,三维数字化工厂一定会在炼化行业中成为技术创新的重要“催化剂”。


作者简介:付强 庞艳丽 魏玮 姚沛东(中国石油天然气股份有限公司长庆石化分公司)

付强(1978-),男,陕西咸阳人;学历:硕士研究生,职称:工程师;现就职单位:中国石油天然气股份有限公司长庆石化分公司,研究方向:从事信息化工作。

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