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三维数字化交付解决方案

   

     三维数字化交付是建立一个以三维虚拟工厂为基础的集成管理平台,集成工程设计、生产运营、机动设备、环保安全等各种动态静态数据,运用三维可视化技术,提供企业资产信息全生命周期管理、具备高度可配置化应用的系统,是对企业信息管理系统的扩充应用。在物理资产从产生、运营到退役的全过程中,提供资产信息的工程设计、数字资产移交、整合与生命周期管理、技改变更、运行维护、动态展示、信息查询和模拟演示,能够为规划、设计、施工、运营等部门提供准确数据支持的管理环境。

1 三维数字化工厂交付的关键技术

1.1数字化建模技术

      建立装置设备模型、生产环境模型、工艺模型以及生产管理模型等。三维数字化工厂是建立在模型基础上的综合应用管理系统,所以数字化建模是数字化工厂的基础。  

1.2优化仿真技术

     在数字化建模的基础上,对生产系统装置设备布置、三维数字化工厂技术在中石油炼化企业中的应用加工能力、加工路线等各方面进行动态仿真和优化。

1.3虚拟现实技术

      文本信息、图表和二维图纸很难满足数字化炼厂的需求。随着三维技术发展,具有沉浸性的虚拟现实技术,使用户能身临其境地感受装置的设计建造过程和生产加工过程,使用户对现场工艺的了解更全面、更准确、更便捷。

1.4软件之间的重组和集成

     数字化工厂软件模块之间以及和其他软件模块之间的信息交换和集成。

1.5应用工具

     产生虚拟环境的工具集、各种数据转换工具、设备控制程序的生成器、各种报表的输出工具等。  

2 三维数字化工厂的特点

2.1直观

     最自然、全景式、实体化、融合的三维虚拟现实工作环境,如实地描述和反映设备的实体关系,基于角色的用户界面,满足不同用户需求。

2.2精确

     精确的实体、位置和层级描述,提供准确的全景展示。

2.3实际

     与工厂、资产实际状况准确对应,并易于变更维护,确保与资产改造同步更新。

2.4智能

     跨各类管理专业集成,设备模型物理属性和生产工艺流程充分融合,集成资产的内部和外部各种属性,实体信息与经营管理和生产流程数据的完美结合,达到信息的充分共享。

2.5协同

     为各种训练和演练提供统一的虚拟现实手段,通过远程访问实现协同合作。

3 三维数字化工厂的功能

     三维数字化工厂系统是对炼厂进行全生命周期数据管理的信息系统:

3.1构建装置设备三维模型

     包括地上地下,三维立体展示整个工厂物理分布情况及设施的运行状态。

3.2系统集成

     集成设备运行实时状态信息,与外部各种数据源,如ERP、MES、EAM、SCADA等系统互联互通,实时反映资产的实际状况。

3.3信息分类管理

    工厂建设期开始高效、精确和经济地收集工厂地上、地下设施的基础资料,建立数据结构规范,对接收的数据进行规范化处理。为工厂大修、抢修及日常维修、演练和管理提供完整的基础数据。 

3.4快速查找、查询和检索

     工厂管理人员能够对整个工厂的装置、罐区、管线等按设备进行可视化查询。

3.5数据浏览

     管理人员能够方便灵活获取装置、罐区、管线等基础三维信息,以及工程设计信息、动态运行信息,为生产指挥、设备保养、运行维护提供可靠信息支撑。

3.6文档管理

     工程设计文档、技改技措文档、管理文档等各种格式文档的集成。

3.7智能视图

     基于角色的、灵活的导航方式,包括漫步、动态演示、快速定位等。

3.8集中化管理体系

     便于扩充的开放性的结构和集中化管理体系,便于数据同步和维护,并支持增量更新(模型、文档等)。

3.9并发访问

     支持多个并发连接访问,基于角色的架构体系。

三维数字化交付的实施

     应用数字化工厂技术建设数字化炼厂系统的一般实施方式是:首先建立炼厂包括设备静态属性信息的二维和三维模型,再嵌入各设备实时信息,并与经营管理综合层面的信息系统集成,实现炼厂信息的三维综合展示和模拟。三维数字化炼厂实施的步骤大致为:

(1)构建全厂装置、设备的三维模型,或收集、转化工程设计建设中产生的三维模型;

(2)数字化炼厂全生命周期管理系统建立;

(3)工程设计文档集成(电子PID图、CAD图);

(4)其它各种信息化系统集成,系统架构图:

     显示集成:根据共享的公用识别密钥在公用门户中显示来自多个系统的数据 数据集成:将来自多个来源的数据整合到公用储存库中。例如:将来自多个承包商的数据导入到公用工程数据库中。应用程序集成:提供在多个应用程序之间映射和交换数据的机制。例如:在工程设计基础中创建或更新的位号将触发更新维护系统中的相应功能位置。业务流程集成:对应用程序集成进行了扩展,以将所涉及的业务流程考虑在内并提供用户干预、在接收系统中启动操作等功能。

     合成小程序:在公用用户界面中无缝利用两个或多个系统中的数据,从而提供个别系统中没有的新功能。

5 三维数字化炼厂预期效果

     三维数字化炼厂的应用可以改善传统的工作方式,建立起炼厂资产管理新观念,改善涵盖安全、合规、操作和维护等多方面,可以应用于应急反应、安全演练、合规检查、捕获知识、维护工单、清晰交流、管道容器完整性检查、虚拟培训、安全隐患分析模拟、三维可视化信息门户等。

5.1炼厂设备三维可视化

     使用多种建模技术,对炼厂地上地下设备、管线,进行三维电子建模,生成代表工厂竣工数据的三维电子模型场景,立体展示工厂的物理分布情况和各设备属性数据,是企业介绍和演示的有效工具。在设计阶段可以提高企业规划设计的效率,进行模拟评价,避免产生巨大的工程变更。

5.2炼厂工程信息管理

     为工厂建立一个全面的电子化数据仓库,数据全面涵盖工厂结构、属性、设备关联关系等各种业务结构化数据,以及记录、规范、工程图纸、程序、报告、电子邮件、设计和许可文档等非结构化数据,更好地实现对工厂数据资产全生命周期的管理。

5.3日常安全管理

     实现生产隐患、重大危险源可视化标注,设计安全巡检路线,风险的可视化模拟评估,提高危险的预测、监控、处理能力,有效促进企业对隐患的精细化管理。通过虚拟模型,可以进行灾难评审、讨论和模拟各种情景的可能应对行动,并且确认每个人行动的生存能力和可接受程度,提高灾难培训质量。为管理者趋势分析、风险预判、事故预防与应急预案制定工作提供依据。

5.4预案和应急管理

     实现预案管理标准化和规范化,以及实现预案模拟能够及时检验预案的合理性和有效性;辅助应急响应与决策,提高紧急情况下信息获取效率,提高应急救援的准确性和有效性;为指挥救援、现场控制及事故原因调查提供指导,提高灾害事故的现场处理水平。模拟预测事故发展态势,实现各级救援指挥部门联合制定救援措施、采取统一的救援行动、实时反馈救援信息,使指挥中心能够以前所未有的清晰方式调度协调。

5.5生产运营信息集成

     与工厂现有的MES、ERP、HSE、设备管理系统、生产运营指挥系统、工业电视视频系统等各类信息系统进行数据集成,提供单一信息源,能够更好、更全面地整合设备、财务、安全、计划、生产、计量、质量等各类生产信息。通过WEB发布、大屏幕系统展示,提供更直观的三维动态展示和数据查询,更好地为设备抢修、维护运营工作提供需要的基础信息,缩短寻找数据和查询确认文档时间,为公司安全生产和科学调度提供支持。

5.6可视化培训

     虚拟环境基于真实的企业环境,提高培训演练的真实性和有效性,减少培训演练成本;内置各种培训演练内容和方式,适应不同岗位和工种需求;通过准确和直观的虚拟化方式,可以接近真实地检查浏览和确认操作步骤,避免操作错误;安全演练可以通过互联网会议平台在会议室进行,相关人员可上线演练并且进行协作;经验丰富的操作人员可以通过虚拟现实指导缺乏经验的人员。

5.7维护工单

     以前维护工单以文本方式存入计算机,难以查阅和分析,多个工单之间的合理性也难以整体考虑。通过虚拟化模型和实时工况信息可以使工单更合理,多工单之间合理性分析保证相邻工作人员的工作内容不互相干扰。通过基于颜色编码的资产模型,计划人员可以看到已计划的、正在进行的和完成状态的工单。

5.8管道、容器完整性检查

     通过标记检测点关联物理数据和相关的腐蚀数据的虚拟化模型,检查人员可以方便地进行腐蚀趋势分析,并对高腐蚀区域进行根源分析。将虚拟化模型与所需技术检测时间和材料需求相结合,优化检测计划。使用泄漏检测器和虚拟模型可精确定位和记录数据,监控潜在泄露风险点。分析可能的关联设备,采取措施消除事故。虚拟化使技术路线优化,并且提供有效手段对计划和执行进行检测和监控。

5.9统一的可视化门户

     炼厂工作人员可以基于局域网络在虚拟模型中导航,并针对资产设备和实时信息进行查询。模型可以以接近真实的、颜色编码的方式呈现结果,获取工厂数据,包括收集、归类和存档的历史数据等,方便各类管理、技术、生产、运维人员的使用。数字化炼厂技术的潜力可以在应用中不断挖掘和完善。

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