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　　張志檁 （1945-）

　　男，河北衡水安平人，教授級高級工程師。畢業于中國科學技術大學無線電電子學系，一直在石油化工行業工作。曾任大慶石油化工總廠自動化處車間副主任、自動化研究室主任、信息中心主任，后調中國石化總部，先后任中國石化總公司經通信息公司、中國石化總公司信息中心、中國石化集團公司信息中心副主任兼總工程師、中國石化股份有限公司信息系統管理部副主任。被國務院授予享受國家政府津貼的有突出貢獻的國家工程技術專家。

　　1  引言

　　工廠資產是工廠建設投資的主體，也是企業生產運營的物質基礎。因此備受經營管理者的關注。企業管理的實質是資產及資產回報率（ROA）管理。盡管資產管理是老生常談，但是使用3D模型模擬、標識并管理所有的資產，實現資產管理和利用自動化，則是全新的理念。確切地了解和掌握資產狀況，既可以有效地進行運行和維護，又可以為持續發展作更準確的分析，幫助提升生產效率和資產利用率，最終獲得更高的資產回報率。

　　INOVx解決方案是一個創新的以資產為中心的軟件平臺（innovative Asset-Centric software platform），將大量復雜的工廠資產相關數據轉化為容易理解和以業務導向的信息，以表現資產真實物理狀況的三維工廠電子模型為基礎，并且無縫集成各種工廠企業信息系統，如ERP、MES、實時數據庫、工程、檢測、運行、維護以及文檔管理（document management）等系統。是重點針對流程工業的支持企業資產管理（EAM）的先進虛擬現實軟件，提供EAM端到端的集成的虛擬現實解決方案，如圖1所示。重點用于企業資產運行管理、安全管理、規章管理、員工培訓和維修管理，以提升工廠的生產效率、安全水平和決策能力。虛擬化是流程工業，諸如石油、化工、公用工程等領域集約化、精細化資產管理的下一代流行新技術。目前已被ExxonMobil 、BP 、Amoco、Chevron 、ConocoPhillips 、Esso Imperial Oil 、Shell Oil、Shell Chemicals 、Union Carbide、Arco、BASF、Bayer、Dow、DuPont等世界知名石油、石化公司以及Fluor Daniel 、Toyo Engineering等工程（E）、采購（P）、建設（C）、咨詢等公司廣泛采用。

　　INOVx提供高精度表述工廠實際的三維模型，并且通過集成訪問所有數據。猶如在虛擬現實世界中漫步，觸摸一根管道即可在屏幕上顯示管道相關信息，例如位號、尺寸、材料、規格、厚度、流經管道液體的溫度、壓力以及最近一次檢查日期、下次計劃檢修時間等所有相關信息。INOVx把這種以最自然的方式獲取已有資產數據叫做“工廠虛擬化或虛擬現實”。

圖1   EAM端到端的集成的虛擬現實解決方案

　　2  NOVx 解決方案

　　INOVx解決方案有兩個核心技術。一是生成代表工廠竣工（as-built）數據的三維電子模型（electronic plant model）。在虛擬現實技術方面，以往的活動視頻影像不足以與信息集成，取而代之的首選則是新興的精確三維電子模型。二是智能三維模型與現有的工廠應用系統集成。INOVx產品包括3D PlantLINx用來為現有和新建裝置制作3D模型；RealityLINx提供真正自然和簡單的方法，實時地獲取存在于不同信息系統中大量的資產數據，使更多跨組織、跨部門的各級、各類業務人員訪問這些系統，提升與擴展現有資產數據的價值。

　　INOVx解決方案主要通過虛擬化和資產文檔化，實現虛擬化的、集成的應用。資產文檔化服務是工廠從沒有三維資產模型到準備實現RealityLINx的起點。它為工廠創建一個能夠精確表達竣工資產的模型。再與RealityLINx結合，即可成為“改變傳統工作模式”的應用契機。PlantLINx?是INOVx的核心軟件之一，是資產文檔化的技術基石，是模型與其他各種企業應用系統鏈接的基礎。可方便簡捷地獲取3D CAD的工廠配置或處理轉化激光掃描儀的圖像。對已有3D模型的新建廠，只需1-2個月即可完成資產文檔化。此項工作可以自己完成，也可由專業咨詢公司實現。

　　INOVx將資產文檔化服務分為以下幾步，如圖2所示：

圖2   資產文檔化服務步驟示意

　?、偈褂萌S掃描儀獲取工廠竣工數據；②由三維 PlantLINx 軟件創作工廠物理數據庫，將掃描圖像轉換為三維模型；③由智能適配器將三維模型與其他資產管理系統集成。

　　INOVx使用先進精確的三維激光掃描技術，獲取工廠三維模型數據，非常高效。已經完成了300多個項目，大多數在復雜工廠環境下。PlantLINx?將激光掃描儀（如Leica、Z&F、FARO等）的掃描數據轉換為準確的、按比例縮放的、代表工廠實際狀況的資產模型。例如FARO Laser Scanner LS是便攜式的計算機測量系統。在80米范圍內，通過360度全方位掃描，創建高分辨率、3-D數字式“影像”。每秒采集十二萬個點，系統配置手提電腦可繪制及記錄物體所有的3D尺寸，精度高達3毫米。采集到的數據可用來創建數字模型，或是針對任何所需的高精度3-D尺寸與已有的模型進行評估和分析。資產智能(例如AVEVA PDMS, Intergraph PDS, AutoCAD, Autodesk ，Bentley MicroStation以及其他的主流CAD 系統的P&ID 等數據)被加入到三維模型，因此建成一個功能更加豐富的智能模型。資產模型和數據庫代表竣工工廠。模型可以導出到主流的CAD系統作為重要工程及在建工程的修改基礎。INOVx研發了唯一的、先進的軟件工具,保證與CAD系統兼容，反映在最新基準上的工廠資產變化。

　　解決方案的另一核心軟件是RealityLINx?。RealityLINx是資產模型瀏覽和導航的基礎平臺，并且通過INOVx的智能適配器（Intelligent Adapters）獲取企業所有資產數據。許多專業業務應用構建于該平臺之上，將各種具體業務功能集成。并成為企業資產管理的統一門戶（common portal）。

　　INOVxz智能適配器在資產模型和外部系統間提供實時的相關鏈接和導入導出，外部系統包括ERP(例如SAP)、靜設備檢驗維護軟件（Metegrity）、生產操作系統(例如 OSIsoft PI、SCADA、 Honeywell)、 設備檢驗(例如Meridium、 UltraPipe)、運行調度、設備維護系統(例如 SAP PM, MRO Maximo)、 CAD（Intergraph、Autocad等）、 文檔管理系統(例如Documentum)及工廠其他系統?；谶@些鏈接，INOVx為工廠不同的業務單元量身定做了各種應用。這些應用為所有資產相關數據提供單點登錄訪問（a single point of access to all asset data）的設計理念。

　　3  智能化虛擬技術幫助石油企業應對挑戰

　　安全最重要—保證一個安全的工作環境和習慣需要員工具有豐富知識和良好培訓。如何以最自然的方式培訓員工并且以清晰的方式表述工作任務？

　　知識豐富的勞動力基本上到了退休年齡—大多數工廠員工有經驗鴻溝。如何清晰的傳遞知識，使新員工具有豐富的經驗？

　　挖掘現有投資的價值—許多技術在工廠已經存在，但是獲取是非常有挑戰性的。如何用最自然的交互方式獲取這些技術？

　　知道工廠有什么資產和在哪里—許多老廠面臨這個挑戰。是否有非常簡單的方式精確的將工廠資產文檔化？

　　維護任務由合同工人進行—這是石油行業慣例。如何保證這些合同工人具有豐富的知識，并且能夠完成指定的任務？

　　符合規章—熟悉規范并且遵守規范。如何使員工知道并且遵守規范？
　
　　虛擬化是“改變傳統工作方式或游戲規則”的技術，它能夠助石油工業應對這些挑戰。這些技術應用在：

　　INOVx虛擬化解決方案幫助資產密集型企業改變傳統工作習慣，這些領域包括：安全、遵守規章、操作和維護等。范例描述如下：

　　應急方案—虛擬化在應急預案和實施上作用重大。在計劃階段，使用精確的三維模型確定車輛行駛路線。當事故發生時，三維模型幫助定位關鍵閥門及幫助應對小組及時趕到現場。指揮中心能夠以前所未有的清晰方式調度協調。

　　安全演習設計—當工程建設完成后，設計安全概查（Walk）路線需要想象力和時間。使用虛擬化后有兩個重要變化：①在設計階段即可進行模擬安全演練，避免產生巨大的工程變更；②安全演練可以通過互聯網會議平臺在會議室進行，相關人員可上線演練并且進行協作。

　　遵守規章 —執行規章變得簡單。工廠相關人員精確和一致地遵守規章制度。由于虛擬化是準確的并且直觀的，接近真實地檢查瀏覽和直觀地確定操作步驟，并且迅速避免操作錯誤。

　　知識獲取— 將信息加入虛擬模型，從經驗豐富的人員獲取操作規程，定義安全操作步驟，并且與物理設備關聯，指導經驗較少的員工工作。

　　維護工單 — 以前維護工單以文本方式存入計算機，難于獲取，在很大程度上依賴于經驗和知識。通過虛擬化模型有許多提高：①工單被視作設備及相關過程需要的；②工作計劃保證相鄰工作人員不互相干擾，并且將合適的工具放入指定地點；③通過基于顏色編碼的資產模型，計劃人員可以看到已計劃的、正在進行的和完成狀態的工單。

　　清晰的交流— 通常情況下，經驗豐富的操作人員指導缺乏經驗的人員。為避免交流障礙，操作人員通常需要有正確理解相關設備的操作方法。通過虛擬化模型，可以在工作現場，交流清晰，節省時間。

　　管道、容器完整性檢查—通過虛擬化模型，檢測點可以根據地理位置在模型中標記。檢查人員可以非常容易地查找、定位和審核，或讀取歷史數據。然后將資產的物理數據和相關的腐蝕數據進行關聯，可以使用新方法進行腐蝕趨勢分析，并對高腐蝕區域進行根源分析。此外，將虛擬化模型與所需技術檢測時間和材料需求相結合，優化檢測計劃。

　　災難情景培訓—災難培訓非常重要，需要用大量時間說明情況和可能的行動。通過虛擬模型，可以進行評審、討論和精煉各種情景的可能應對行動，并且確認每個人行動的生存能力和可接受程度。

　　瞬間泄漏分析 — 使用泄漏檢測器并使用虛擬模型精確定位和記錄數據，監控潛在瞬間排放源。分析可能的關聯設備，采取措施消除事故。虛擬化使技術路線優化，并且提供有效手段對計劃和執行進行檢測和監控。

　　統一的可視化門戶—工廠人員可以在虛擬模型中導航，并且針對資產設備進行查詢。模型有無限多的查詢，并以接近真實的、顏色編碼的方式呈現結果。所有工廠數據都可以以上述方式獲取，包括收集、歸類和存檔的歷史數據和企業系統。

　　這項新技術的潛力現在已經完全實現。虛擬化帶來了與過程控制（DCS）給工廠操作類似的功能，促進生產率提高和提供通用的工作方式。并有趨勢顯示，三位可視化將取代DCS的人機交互方式。

　　4  解決方案的簡便性

　　如何實施？

　　INOVx解決方案容易實施和上線。它不是復制或代替現有數據庫系統，而是通過統一的、用戶友好的虛擬門戶，在整個工廠擴展其價值。僅需一天的RealityLINx培訓，最終用戶即可在桌面系統上熟練地導航和瀏覽工廠資產數據和進行基本操作，包括定位特定設備，查看其相關狀態; 通過右擊，創建該設備工單，查看系統邊界、安全操作步驟和隔離點、交接班日志。對于已經使用三維資產模型的工廠，解決方案更加容易實現，只取決于集成的企業系統數量。一般在一到兩個月完成。

　　如果沒有三維資產模型，則提供交鑰匙解決方案，實施取決于資產文檔化服務，進行三維激光掃描和交付智能模型，并將其他企業系統集成。

　　如何使用？

　　可以從視圖上直接查詢工廠維護信息。例如可對今天計劃執行的所有工單用顏色標識，然后點擊設備的某個位置，即可顯示詳細的工單信息。
　
　　想定位一個特定過程單元的所有安全閥嗎？只需一個簡單查詢，所有安全閥即可在模型視圖中高亮顯示。不僅可以查看位置，并且檢查當前操作數據(直接來自 DCS/PI)。也可對一臺設備進行高亮顯示，右擊鼠標即可顯示相關文檔。

　　資產管理人員對資產數據進行管理的過程是高度自動化的。對于使用人工過程維護獨立圖紙而言，這是一個很大的變革。由于每個人關注于同一模型，差異會很快發現和改正?？梢詫①Y產模型視為自我調節數據庫，這將進一步增加它的價值和信任度。并體現準確的竣工信息價值。

　　5  成功案例

　?、贇づ?加拿大)—加拿大 Alberta 煉油廠改造

　　問題：需要一個精確的、可靠的應用于腐蝕監控和檢測的資產信息竣工基準。

　　解決方案：以現有三維模型為起點，為檢測小組提供獲取可視化資產和物理數據的統一門戶視圖。將虛擬模型與檢測和腐蝕數據庫(Metegrity)進行關聯, 包括腐蝕環和厚度檢測等。

　　益處：通過較短時間，使腐蝕狀況數據精確的文檔化，通過直接使用現有模型避免繪制新圖紙，節省費用超過100萬美元；竣工圖完成時間低于計劃的一半。降低了費用，優化了腐蝕檢測工作，用戶每天可節約1~2小時。所需信息更容易獲取。計劃外工作減少，更加快速地維修和預防性維護。