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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(yè)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(yè)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(diào)中國石化總部，先后任中國石化總公司經(jīng)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(tǒng)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(chǎn)是工廠建設投資的主體，也是企業(yè)生產(chǎn)運營的物質(zhì)基礎。因此備受經(jīng)營管理者的關注。企業(yè)管理的實質(zhì)是資產(chǎn)及資產(chǎn)回報率（ROA）管理。盡管資產(chǎn)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(chǎn)，實現(xiàn)資產(chǎn)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(chǎn)狀況，既可以有效地進行運行和維護，又可以為持續(xù)發(fā)展作更準確的分析，幫助提升生產(chǎn)效率和資產(chǎn)利用率，最終獲得更高的資產(chǎn)回報率。
INOVx解決方案是一個創(chuàng)新的以資產(chǎn)為中心的軟件平臺（innovative Asset-Centric software platform），將大量復雜的工廠資產(chǎn)相關數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為容易理解和以業(yè)務導向的信息，以表現(xiàn)資產(chǎn)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(yè)信息系統(tǒng)，如ERP、MES、實時數(shù)據(jù)庫、工程、檢測、運行、維護以及文檔管理（document management）等系統(tǒng)。是重點針對流程工業(yè)的支持企業(yè)資產(chǎn)管理（EAM）的先進虛擬現(xiàn)實軟件，提供EAM端到端的集成的虛擬現(xiàn)實解決方案，如圖1所示。重點用于企業(yè)資產(chǎn)運行管理、安全管理、規(guī)章管理、員工培訓和維修管理，以提升工廠的生產(chǎn)效率、安全水平和決策能力。虛擬化是流程工業(yè)，諸如石油、化工、公用工程等領域集約化、精細化資產(chǎn)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(shù)據(jù)。猶如在虛擬現(xiàn)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(guī)格、厚度、流經(jīng)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(chǎn)數(shù)據(jù)叫做“工廠虛擬化或虛擬現(xiàn)實”。
圖1 EAM端到端的集成的虛擬現(xiàn)實解決方案
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(shù)據(jù)的三維電子模型（electronic plant model）。在虛擬現(xiàn)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(xiàn)有的工廠應用系統(tǒng)集成。INOVx產(chǎn)品包括3D PlantLINx用來為現(xiàn)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(tǒng)中大量的資產(chǎn)數(shù)據(jù)，使更多跨組織、跨部門的各級、各類業(yè)務人員訪問這些系統(tǒng)，提升與擴展現(xiàn)有資產(chǎn)數(shù)據(jù)的價值。
INOVx解決方案主要通過虛擬化和資產(chǎn)文檔化，實現(xiàn)虛擬化的、集成的應用。資產(chǎn)文檔化服務是工廠從沒有三維資產(chǎn)模型到準備實現(xiàn)RealityLINx的起點。它為工廠創(chuàng)建一個能夠精確表達竣工資產(chǎn)的模型。再與RealityLINx結(jié)合，即可成為“改變傳統(tǒng)工作模式”的應用契機。PlantLINx?是INOVx的核心軟件之一，是資產(chǎn)文檔化的技術基石，是模型與其他各種企業(yè)應用系統(tǒng)鏈接的基礎?？煞奖愫喗莸孬@取3D CAD的工廠配置或處理轉(zhuǎn)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(chǎn)文檔化。此項工作可以自己完成，也可由專業(yè)咨詢公司實現(xiàn)。
INOVx將資產(chǎn)文檔化服務分為以下幾步，如圖2所示：
圖2 資產(chǎn)文檔化服務步驟示意
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(shù)據(jù)，非常高效。已經(jīng)完成了300多個項目，大多數(shù)在復雜工廠環(huán)境下。PlantLINx?將激光掃描儀（如Leica、Z&F、FARO等）的掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為準確的、按比例縮放的、代表工廠實際狀況的資產(chǎn)模型。例如FARO Laser Scanner LS是便攜式的計算機測量系統(tǒng)。在80米范圍內(nèi)，通過360度全方位掃描，創(chuàng)建高分辨率、3-D數(shù)字式“影像”。每秒采集十二萬個點，系統(tǒng)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(shù)據(jù)可用來創(chuàng)建數(shù)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(chǎn)智能(例如AVEVA PDMS, Intergraph PDS, AutoCAD, Autodesk ，Bentley MicroStation以及其他的主流CAD 系統(tǒng)的P&ID 等數(shù)據(jù))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(chǎn)模型和數(shù)據(jù)庫代表竣工工廠。模型可以導出到主流的CAD系統(tǒng)作為重要工程及在建工程的修改基礎。INOVx研發(fā)了唯一的、先進的軟件工具,保證與CAD系統(tǒng)兼容，反映在最新基準上的工廠資產(chǎn)變化。
解決方案的另一核心軟件是RealityLINx?。RealityLINx是資產(chǎn)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(yè)所有資產(chǎn)數(shù)據(jù)。許多專業(yè)業(yè)務應用構(gòu)建于該平臺之上，將各種具體業(yè)務功能集成。并成為企業(yè)資產(chǎn)管理的統(tǒng)一門戶（common portal）。
INOVxz智能適配器在資產(chǎn)模型和外部系統(tǒng)間提供實時的相關鏈接和導入導出，外部系統(tǒng)包括ERP(例如SAP)、靜設備檢驗維護軟件（Metegrity）、生產(chǎn)操作系統(tǒng)(例如 OSIsoft PI、SCADA、 Honeywell)、 設備檢驗(例如Meridium、 UltraPipe)、運行調(diào)度、設備維護系統(tǒng)(例如 SAP PM, MRO Maximo)、 CAD（Intergraph、Autocad等）、 文檔管理系統(tǒng)(例如Documentum)及工廠其他系統(tǒng)。基于這些鏈接，INOVx為工廠不同的業(yè)務單元量身定做了各種應用。這些應用為所有資產(chǎn)相關數(shù)據(jù)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(yè)應對挑戰(zhàn)
安全最重要—保證一個安全的工作環(huán)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(shù)工廠員工有經(jīng)驗鴻溝。如何清晰的傳遞知識，使新員工具有豐富的經(jīng)驗？
挖掘現(xiàn)有投資的價值—許多技術在工廠已經(jīng)存在，但是獲取是非常有挑戰(zhàn)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(chǎn)和在哪里—許多老廠面臨這個挑戰(zhàn)。是否有非常簡單的方式精確的將工廠資產(chǎn)文檔化？
維護任務由合同工人進行—這是石油行業(yè)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(guī)章—熟悉規(guī)范并且遵守規(guī)范。如何使員工知道并且遵守規(guī)范？
虛擬化是“改變傳統(tǒng)工作方式或游戲規(guī)則”的技術，它能夠助石油工業(yè)應對這些挑戰(zhàn)。這些技術應用在：
INOVx虛擬化解決方案幫助資產(chǎn)密集型企業(yè)改變傳統(tǒng)工作習慣，這些領域包括：安全、遵守規(guī)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(fā)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(xiàn)場。指揮中心能夠以前所未有的清晰方式調(diào)度協(xié)調(diào)。
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(chǎn)生巨大的工程變更；②安全演練可以通過互聯(lián)網(wǎng)會議平臺在會議室進行，相關人員可上線演練并且進行協(xié)作。
遵守規(guī)章 —執(zhí)行規(guī)章變得簡單。工廠相關人員精確和一致地遵守規(guī)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(jīng)驗豐富的人員獲取操作規(guī)程，定義安全操作步驟，并且與物理設備關聯(lián)，指導經(jīng)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(jīng)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(chǎn)模型，計劃人員可以看到已計劃的、正在進行的和完成狀態(tài)的工單。
清晰的交流— 通常情況下，經(jīng)驗豐富的操作人員指導缺乏經(jīng)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(xiàn)場，交流清晰，節(jié)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(jù)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(shù)據(jù)。然后將資產(chǎn)的物理數(shù)據(jù)和相關的腐蝕數(shù)據(jù)進行關聯(lián)，可以使用新方法進行腐蝕趨勢分析，并對高腐蝕區(qū)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(jié)合，優(yōu)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(shù)據(jù)，監(jiān)控潛在瞬間排放源。分析可能的關聯(lián)設備，采取措施消除事故。虛擬化使技術路線優(yōu)化，并且提供有效手段對計劃和執(zhí)行進行檢測和監(jiān)控。
統(tǒng)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(chǎn)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(xiàn)結(jié)果。所有工廠數(shù)據(jù)都可以以上述方式獲取，包括收集、歸類和存檔的歷史數(shù)據(jù)和企業(yè)系統(tǒng)。
這項新技術的潛力現(xiàn)在已經(jīng)完全實現(xiàn)。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(chǎn)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(xiàn)有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而是通過統(tǒng)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(tǒng)上熟練地導航和瀏覽工廠資產(chǎn)數(shù)據(jù)和進行基本操作，包括定位特定設備，查看其相關狀態(tài); 通過右擊，創(chuàng)建該設備工單，查看系統(tǒng)邊界、安全操作步驟和隔離點、交接班日志。對于已經(jīng)使用三維資產(chǎn)模型的工廠，解決方案更加容易實現(xiàn)，只取決于集成的企業(yè)系統(tǒng)數(shù)量。一般在一到兩個月完成。
如果沒有三維資產(chǎn)模型，則提供交鑰匙解決方案，實施取決于資產(chǎn)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(yè)系統(tǒng)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(zhí)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(shù)據(jù)(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(chǎn)管理人員對資產(chǎn)數(shù)據(jù)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(fā)現(xiàn)和改正?？梢詫①Y產(chǎn)模型視為自我調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)庫，這將進一步增加它的價值和信任度。并體現(xiàn)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(jiān)控和檢測的資產(chǎn)信息竣工基準。
解決方案：以現(xiàn)有三維模型為起點，為檢測小組提供獲取可視化資產(chǎn)和物理數(shù)據(jù)的統(tǒng)一門戶視圖。將虛擬模型與檢測和腐蝕數(shù)據(jù)庫(Metegrity)進行關聯(lián), 包括腐蝕環(huán)和厚度檢測等。
益處：通過較短時間，使腐蝕狀況數(shù)據(jù)精確的文檔化，通過直接使用現(xiàn)有模型避免繪制新圖紙，節(jié)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(yōu)化了腐蝕檢測工作，用戶每天可節(jié)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。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號