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(xué)技術(shù)大學(xué)無(wú)線(xiàn)電電子學(xué)系，一直在石油化工行業(yè)工作。曾任大慶石油化工總廠(chǎng)自動(dòng)化處車(chē)間副主任、自動(dòng)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(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管理部副主任。被國務(wù)院授予享受?chē)艺蛸N的有突出貢獻的國家工程技術(shù)專(zhuān)家。

1  引言

工廠(chǎng)資產(chǎn)是工廠(chǎng)建設投資的主體，也是企業(yè)生產(chǎn)運營(yíng)的物質(zhì)基礎。因此備受經(jīng)營(yíng)管理者的關(guān)注。企業(yè)管理的實(shí)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(shí)現資產(chǎn)管理和利用自動(dòng)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(jìn)行運行和維護，又可以為持續發(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(gè)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(chǎng)資產(chǎn)相關(guān)數據轉化為容易理解和以業(yè)務(wù)導向的信息，以表現資產(chǎn)真實(shí)物理狀況的三維工廠(chǎng)電子模型為基礎，并且無(wú)縫集成各種工廠(chǎng)企業(yè)信息系統，如ERP、MES、實(shí)時(shí)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(diǎn)針對流程工業(yè)的支持企業(yè)資產(chǎn)管理（EAM）的先進(jìn)虛擬現實(shí)軟件，提供EAM端到端的集成的虛擬現實(shí)解決方案，如圖1所示。重點(diǎn)用于企業(yè)資產(chǎn)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(chǎng)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(lǐng)域集約化、精細化資產(chǎn)管理的下一代流行新技術(shù)。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(xún)等公司廣泛采用。

INOVx提供高精度表述工廠(chǎng)實(shí)際的三維模型，并且通過(guò)集成訪(fǎng)問(wèn)所有數據。猶如在虛擬現實(shí)世界中漫步，觸摸一根管道即可在屏幕上顯示管道相關(guān)信息，例如位號、尺寸、材料、規格、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(shí)間等所有相關(guān)信息。INOVx把這種以最自然的方式獲取已有資產(chǎn)數據叫做“工廠(chǎng)虛擬化或虛擬現實(shí)”。
 

圖1   EAM端到端的集成的虛擬現實(shí)解決方案
 

　　2  NOVx 解決方案

INOVx解決方案有兩個(gè)核心技術(shù)。一是生成代表工廠(chǎng)竣工（as-built）數據的三維電子模型（electronic plant model）。在虛擬現實(shí)技術(shù)方面，以往的活動(dòng)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(chǎng)應用系統集成。INOVx產(chǎn)品包括3D PlantLINx用來(lái)為現有和新建裝置制作3D模型；RealityLINx提供真正自然和簡(jiǎn)單的方法，實(shí)時(shí)地獲取存在于不同信息系統中大量的資產(chǎn)數據，使更多跨組織、跨部門(mén)的各級、各類(lèi)業(yè)務(wù)人員訪(fǎng)問(wèn)這些系統，提升與擴展現有資產(chǎn)數據的價(jià)值。

INOVx解決方案主要通過(guò)虛擬化和資產(chǎn)文檔化，實(shí)現虛擬化的、集成的應用。資產(chǎn)文檔化服務(wù)是工廠(chǎng)從沒(méi)有三維資產(chǎn)模型到準備實(shí)現RealityLINx的起點(diǎn)。它為工廠(chǎng)創(chuàng )建一個(gè)能夠精確表達竣工資產(chǎn)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(chǎn)文檔化的技術(shù)基石，是模型與其他各種企業(yè)應用系統鏈接的基礎?？煞奖愫?jiǎn)捷地獲取3D CAD的工廠(chǎng)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(chǎng)，只需1-2個(gè)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(zhuān)業(yè)咨詢(xún)公司實(shí)現。

INOVx將資產(chǎn)文檔化服務(wù)分為以下幾步，如圖2所示：
 

圖2   資產(chǎn)文檔化服務(wù)步驟示意

　?、偈褂萌S掃描儀獲取工廠(chǎng)竣工數據；②由三維 PlantLINx 軟件創(chuàng )作工廠(chǎng)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(chǎn)管理系統集成。

INOVx使用先進(jìn)精確的三維激光掃描技術(shù)，獲取工廠(chǎng)三維模型數據，非常高效。已經(jīng)完成了300多個(gè)項目，大多數在復雜工廠(chǎng)環(huán)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(chǎng)實(shí)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。在80米范圍內，通過(guò)360度全方位掃描，創(chuàng )建高分辨率、3-D數字式“影像”。每秒采集十二萬(wàn)個(gè)點(diǎn)，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(lái)創(chuàng )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(jìn)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 系統的P&ID 等數據)被加入到三維模型，因此建成一個(gè)功能更加豐富的智能模型。資產(chǎn)模型和數據庫代表竣工工廠(chǎng)。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(fā)了唯一的、先進(jìn)的軟件工具,保證與CAD系統兼容，反映在最新基準上的工廠(chǎng)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(guò)INOVx的智能適配器（Intelligent Adapters）獲取企業(yè)所有資產(chǎn)數據。許多專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)應用構建于該平臺之上，將各種具體業(yè)務(wù)功能集成。并成為企業(yè)資產(chǎn)管理的統一門(mén)戶(hù)（common portal）。

INOVxz智能適配器在資產(chǎn)模型和外部系統間提供實(shí)時(shí)的相關(guān)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(chǎn)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(chǎng)其他系統?；谶@些鏈接，INOVx為工廠(chǎng)不同的業(yè)務(wù)單元量身定做了各種應用。這些應用為所有資產(chǎn)相關(guān)數據提供單點(diǎn)登錄訪(fǎng)問(wèn)（a single point of access to all asset data）的設計理念。

3  智能化虛擬技術(shù)幫助石油企業(yè)應對挑戰

安全最重要—保證一個(gè)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(wù)？

知識豐富的勞動(dòng)力基本上到了退休年齡—大多數工廠(chǎng)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？

挖掘現有投資的價(jià)值—許多技術(shù)在工廠(chǎng)已經(jīng)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(shù)？

知道工廠(chǎng)有什么資產(chǎn)和在哪里—許多老廠(chǎng)面臨這個(gè)挑戰。是否有非常簡(jiǎn)單的方式精確的將工廠(chǎng)資產(chǎn)文檔化？

維護任務(wù)由合同工人進(jìn)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(wù)？

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(shù)，它能夠助石油工業(yè)應對這些挑戰。這些技術(shù)應用在：

INOVx虛擬化解決方案幫助資產(chǎn)密集型企業(yè)改變傳統工作習慣，這些領(lǐng)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(shí)施上作用重大。在計劃階段，使用精確的三維模型確定車(chē)輛行駛路線(xiàn)。當事故發(fā)生時(shí)，三維模型幫助定位關(guān)鍵閥門(mén)及幫助應對小組及時(shí)趕到現場(chǎng)。指揮中心能夠以前所未有的清晰方式調度協(xié)調。

安全演習設計—當工程建設完成后，設計安全概查（Walk）路線(xiàn)需要想象力和時(shí)間。使用虛擬化后有兩個(gè)重要變化：①在設計階段即可進(jìn)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(guò)互聯(lián)網(wǎng)會(huì )議平臺在會(huì )議室進(jìn)行，相關(guān)人員可上線(xiàn)演練并且進(jìn)行協(xié)作。

遵守規章 —執行規章變得簡(jiǎn)單。工廠(chǎng)相關(guān)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(guān)的，接近真實(shí)地檢查瀏覽和直觀(guān)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程，定義安全操作步驟，并且與物理設備關(guān)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(lài)于經(jīng)驗和知識。通過(guò)虛擬化模型有許多提高：①工單被視作設備及相關(guān)過(guò)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(diǎn)；③通過(guò)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(jìn)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(guān)設備的操作方法。通過(guò)虛擬化模型，可以在工作現場(chǎng)，交流清晰，節省時(shí)間。

管道、容器完整性檢查—通過(guò)虛擬化模型，檢測點(diǎn)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(chǎn)的物理數據和相關(guān)的腐蝕數據進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可以使用新方法進(jìn)行腐蝕趨勢分析，并對高腐蝕區域進(jìn)行根源分析。此外，將虛擬化模型與所需技術(shù)檢測時(shí)間和材料需求相結合，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(shí)間說(shuō)明情況和可能的行動(dòng)。通過(guò)虛擬模型，可以進(jìn)行評審、討論和精煉各種情景的可能應對行動(dòng)，并且確認每個(gè)人行動(dòng)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(guān)聯(lián)設備，采取措施消除事故。虛擬化使技術(shù)路線(xiàn)優(yōu)化，并且提供有效手段對計劃和執行進(jìn)行檢測和監控。

統一的可視化門(mén)戶(hù)—工廠(chǎng)人員可以在虛擬模型中導航，并且針對資產(chǎn)設備進(jìn)行查詢(xún)。模型有無(wú)限多的查詢(xún)，并以接近真實(shí)的、顏色編碼的方式呈現結果。所有工廠(chǎng)數據都可以以上述方式獲取，包括收集、歸類(lèi)和存檔的歷史數據和企業(yè)系統。

這項新技術(shù)的潛力現在已經(jīng)完全實(shí)現。虛擬化帶來(lái)了與過(guò)程控制（DCS）給工廠(chǎng)操作類(lèi)似的功能，促進(jìn)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(jiǎn)便性

如何實(shí)施？

INOVx解決方案容易實(shí)施和上線(xiàn)。它不是復制或代替現有數據庫系統，而是通過(guò)統一的、用戶(hù)友好的虛擬門(mén)戶(hù)，在整個(gè)工廠(chǎng)擴展其價(jià)值。僅需一天的RealityLINx培訓，最終用戶(hù)即可在桌面系統上熟練地導航和瀏覽工廠(chǎng)資產(chǎn)數據和進(jìn)行基本操作，包括定位特定設備，查看其相關(guān)狀態(tài); 通過(guò)右擊，創(chuàng )建該設備工單，查看系統邊界、安全操作步驟和隔離點(diǎn)、交接班日志。對于已經(jīng)使用三維資產(chǎn)模型的工廠(chǎng)，解決方案更加容易實(shí)現，只取決于集成的企業(yè)系統數量。一般在一到兩個(gè)月完成。

如果沒(méi)有三維資產(chǎn)模型，則提供交鑰匙解決方案，實(shí)施取決于資產(chǎn)文檔化服務(wù)，進(jìn)行三維激光掃描和交付智能模型，并將其他企業(yè)系統集成。

如何使用？

可以從視圖上直接查詢(xún)工廠(chǎng)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(diǎn)擊設備的某個(gè)位置，即可顯示詳細的工單信息。

想定位一個(gè)特定過(guò)程單元的所有安全閥嗎？只需一個(gè)簡(jiǎn)單查詢(xún)，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(lái)自 DCS/PI)。也可對一臺設備進(jìn)行高亮顯示，右擊鼠標即可顯示相關(guān)文檔。

資產(chǎn)管理人員對資產(chǎn)數據進(jìn)行管理的過(guò)程是高度自動(dòng)化的。對于使用人工過(guò)程維護獨立圖紙而言，這是一個(gè)很大的變革。由于每個(gè)人關(guān)注于同一模型，差異會(huì )很快發(fā)現和改正?？梢詫①Y產(chǎn)模型視為自我調節數據庫，這將進(jìn)一步增加它的價(jià)值和信任度。并體現準確的竣工信息價(jià)值。

5  成功案例

①殼牌(加拿大)—加拿大 Alberta 煉油廠(chǎng)改造

問(wèn)題：需要一個(gè)精確的、可靠的應用于腐蝕監控和檢測的資產(chǎn)信息竣工基準。

解決方案：以現有三維模型為起點(diǎn)，為檢測小組提供獲取可視化資產(chǎn)和物理數據的統一門(mén)戶(hù)視圖。將虛擬模型與檢測和腐蝕數據庫(Metegrity)進(jìn)行關(guān)聯(lián), 包括腐蝕環(huán)和厚度檢測等。

益處：通過(guò)較短時(shí)間，使腐蝕狀況數據精確的文檔化，通過(guò)直接使用現有模型避免繪制新圖紙，節省費用超過(guò)100萬(wàn)美元；竣工圖完成時(shí)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(hù)每天可節約1~2小時(shí)。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。