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　　張志檁 （1945-）

男，河北衡水安平人，教授級(jí)高級(jí)工程師。畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)無線電電子學(xué)系，一直在石油化工行業(yè)工作。曾任大慶石油化工總廠自動(dòng)化處車間副主任、自動(dòng)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(tuán)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(wù)院授予享受國家政府津貼的有突出貢獻(xiàn)的國家工程技術(shù)專家。

1  引言

工廠資產(chǎn)是工廠建設(shè)投資的主體，也是企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此備受經(jīng)營管理者的關(guān)注。企業(yè)管理的實(shí)質(zhì)是資產(chǎn)及資產(chǎn)回報(bào)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(biāo)識(shí)并管理所有的資產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)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(yùn)行和維護(hù)，又可以為持續(xù)發(fā)展作更準(zhǔn)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(bào)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(tái)（innovative Asset-Centric software platform），將大量復(fù)雜的工廠資產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為容易理解和以業(yè)務(wù)導(dǎo)向的信息，以表現(xiàn)資產(chǎn)真實(shí)物理狀況的三維工廠電子模型為基礎(chǔ)，并且無縫集成各種工廠企業(yè)信息系統(tǒng)，如ERP、MES、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、工程、檢測(cè)、運(yùn)行、維護(hù)以及文檔管理（document management）等系統(tǒng)。是重點(diǎn)針對(duì)流程工業(yè)的支持企業(yè)資產(chǎn)管理（EAM）的先進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，提供EAM端到端的集成的虛擬現(xiàn)實(shí)解決方案，如圖1所示。重點(diǎn)用于企業(yè)資產(chǎn)運(yùn)行管理、安全管理、規(guī)章管理、員工培訓(xùn)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(lǐng)域集約化、精細(xì)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(shè)（C）、咨詢等公司廣泛采用。

INOVx提供高精度表述工廠實(shí)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(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(hào)、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(jì)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(shù)據(jù)叫做“工廠虛擬化或虛擬現(xiàn)實(shí)”。
 

圖1   EAM端到端的集成的虛擬現(xiàn)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)。一是生成代表工廠竣工（as-built）數(shù)據(jù)的三維電子模型（electronic plant model）。在虛擬現(xiàn)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(xiàn)有的工廠應(yīng)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(shí)時(shí)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(jí)、各類業(yè)務(wù)人員訪問這些系統(tǒng)，提升與擴(kuò)展現(xiàn)有資產(chǎn)數(shù)據(jù)的價(jià)值。

INOVx解決方案主要通過虛擬化和資產(chǎn)文檔化，實(shí)現(xiàn)虛擬化的、集成的應(yīng)用。資產(chǎn)文檔化服務(wù)是工廠從沒有三維資產(chǎn)模型到準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)RealityLINx的起點(diǎn)。它為工廠創(chuàng)建一個(gè)能夠精確表達(dá)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(yīng)用契機(jī)。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(yīng)用系統(tǒng)鏈接的基礎(chǔ)。可方便簡捷地獲取3D CAD的工廠配置或處理轉(zhuǎn)化激光掃描儀的圖像。對(duì)已有3D模型的新建廠，只需1-2個(gè)月即可完成資產(chǎn)文檔化。此項(xiàng)工作可以自己完成，也可由專業(yè)咨詢公司實(shí)現(xiàn)。

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

　　①使用三維掃描儀獲取工廠竣工數(shù)據(jù)；②由三維 PlantLINx 軟件創(chuàng)作工廠物理數(shù)據(jù)庫，將掃描圖像轉(zhuǎn)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(tǒng)集成。

INOVx使用先進(jìn)精確的三維激光掃描技術(shù)，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(gè)項(xiàng)目，大多數(shù)在復(fù)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(zhǔn)確的、按比例縮放的、代表工廠實(shí)際狀況的資產(chǎn)模型。例如FARO Laser Scanner LS是便攜式的計(jì)算機(jī)測(cè)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(gè)點(diǎn)，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(dá)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(duì)任何所需的高精度3-D尺寸與已有的模型進(jìn)行評(píng)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(gè)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(dǎo)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(chǔ)。INOVx研發(fā)了唯一的、先進(jìn)的軟件工具,保證與CAD系統(tǒng)兼容，反映在最新基準(zhǔn)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(dǎo)航的基礎(chǔ)平臺(tái)，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(wù)應(yīng)用構(gòu)建于該平臺(tái)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(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(shí)時(shí)的相關(guān)鏈接和導(dǎo)入導(dǎo)出，外部系統(tǒng)包括ERP(例如SAP)、靜設(shè)備檢驗(yàn)維護(hù)軟件（Metegrity）、生產(chǎn)操作系統(tǒng)(例如 OSIsoft PI、SCADA、 Honeywell)、 設(shè)備檢驗(yàn)(例如Meridium、 UltraPipe)、運(yùn)行調(diào)度、設(shè)備維護(hù)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(wù)單元量身定做了各種應(yīng)用。這些應(yīng)用為所有資產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)提供單點(diǎn)登錄訪問（a single point of access to all asset data）的設(shè)計(jì)理念。

3  智能化虛擬技術(shù)幫助石油企業(yè)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)

安全最重要—保證一個(gè)安全的工作環(huán)境和習(xí)慣需要員工具有豐富知識(shí)和良好培訓(xùn)。如何以最自然的方式培訓(xùn)員工并且以清晰的方式表述工作任務(wù)？

知識(shí)豐富的勞動(dòng)力基本上到了退休年齡—大多數(shù)工廠員工有經(jīng)驗(yàn)鴻溝。如何清晰的傳遞知識(shí)，使新員工具有豐富的經(jīng)驗(yàn)？

挖掘現(xiàn)有投資的價(jià)值—許多技術(shù)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(shù)？

知道工廠有什么資產(chǎn)和在哪里—許多老廠面臨這個(gè)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(hù)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(shí)，并且能夠完成指定的任務(wù)？

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(shù)，它能夠助石油工業(yè)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。這些技術(shù)應(yīng)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(xí)慣，這些領(lǐng)域包括：安全、遵守規(guī)章、操作和維護(hù)等。范例描述如下：

應(yīng)急方案—虛擬化在應(yīng)急預(yù)案和實(shí)施上作用重大。在計(jì)劃階段，使用精確的三維模型確定車輛行駛路線。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，三維模型幫助定位關(guān)鍵閥門及幫助應(yīng)對(duì)小組及時(shí)趕到現(xiàn)場(chǎng)。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(xí)設(shè)計(jì)—當(dāng)工程建設(shè)完成后，設(shè)計(jì)安全概查（Walk）路線需要想象力和時(shí)間。使用虛擬化后有兩個(gè)重要變化：①在設(shè)計(jì)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安全演練可以通過互聯(lián)網(wǎng)會(huì)議平臺(tái)在會(huì)議室進(jìn)行，相關(guān)人員可上線演練并且進(jìn)行協(xié)作。

遵守規(guī)章 —執(zhí)行規(guī)章變得簡單。工廠相關(guān)人員精確和一致地遵守規(guī)章制度。由于虛擬化是準(zhǔn)確的并且直觀的，接近真實(shí)地檢查瀏覽和直觀地確定操作步驟，并且迅速避免操作錯(cuò)誤。

知識(shí)獲取— 將信息加入虛擬模型，從經(jīng)驗(yàn)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(shè)備關(guān)聯(lián)，指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)較少的員工工作。

維護(hù)工單 — 以前維護(hù)工單以文本方式存入計(jì)算機(jī)，難于獲取，在很大程度上依賴于經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。通過虛擬化模型有許多提高：①工單被視作設(shè)備及相關(guān)過程需要的；②工作計(jì)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通過基于顏色編碼的資產(chǎn)模型，計(jì)劃人員可以看到已計(jì)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(yàn)豐富的操作人員指導(dǎo)缺乏經(jīng)驗(yàn)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(shè)備的操作方法。通過虛擬化模型，可以在工作現(xiàn)場(chǎng)，交流清晰，節(jié)省時(shí)間。

管道、容器完整性檢查—通過虛擬化模型，檢測(cè)點(diǎn)可以根據(jù)地理位置在模型中標(biāo)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(guān)的腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可以使用新方法進(jìn)行腐蝕趨勢(shì)分析，并對(duì)高腐蝕區(qū)域進(jìn)行根源分析。此外，將虛擬化模型與所需技術(shù)檢測(cè)時(shí)間和材料需求相結(jié)合，優(yōu)化檢測(cè)計(jì)劃。

災(zāi)難情景培訓(xùn)—災(zāi)難培訓(xùn)非常重要，需要用大量時(shí)間說明情況和可能的行動(dòng)。通過虛擬模型，可以進(jìn)行評(píng)審、討論和精煉各種情景的可能應(yīng)對(duì)行動(dòng)，并且確認(rèn)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(cè)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(guān)聯(lián)設(shè)備，采取措施消除事故。虛擬化使技術(shù)路線優(yōu)化，并且提供有效手段對(duì)計(jì)劃和執(zhí)行進(jìn)行檢測(cè)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(dǎo)航，并且針對(duì)資產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行查詢。模型有無限多的查詢，并以接近真實(shí)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(xiàng)新技術(shù)的潛力現(xiàn)在已經(jīng)完全實(shí)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(jìn)生產(chǎn)率提高和提供通用的工作方式。并有趨勢(shì)顯示，三位可視化將取代DCS的人機(jī)交互方式。

4  解決方案的簡便性

如何實(shí)施？

INOVx解決方案容易實(shí)施和上線。它不是復(fù)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(gè)工廠擴(kuò)展其價(jià)值。僅需一天的RealityLINx培訓(xùn)，最終用戶即可在桌面系統(tǒng)上熟練地導(dǎo)航和瀏覽工廠資產(chǎn)數(shù)據(jù)和進(jìn)行基本操作，包括定位特定設(shè)備，查看其相關(guān)狀態(tài); 通過右擊，創(chuàng)建該設(shè)備工單，查看系統(tǒng)邊界、安全操作步驟和隔離點(diǎn)、交接班日志。對(duì)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(shí)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(gè)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(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(tǒng)集成。

如何使用？

可以從視圖上直接查詢工廠維護(hù)信息。例如可對(duì)今天計(jì)劃執(zhí)行的所有工單用顏色標(biāo)識(shí)，然后點(diǎn)擊設(shè)備的某個(gè)位置，即可顯示詳細(xì)的工單信息。

想定位一個(gè)特定過程單元的所有安全閥嗎？只需一個(gè)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(dāng)前操作數(shù)據(jù)(直接來自 DCS/PI)。也可對(duì)一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行高亮顯示，右擊鼠標(biāo)即可顯示相關(guān)文檔。

資產(chǎn)管理人員對(duì)資產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的過程是高度自動(dòng)化的。對(duì)于使用人工過程維護(hù)獨(dú)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(xiàn)和改正。可以將資產(chǎn)模型視為自我調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)庫，這將進(jìn)一步增加它的價(jià)值和信任度。并體現(xiàn)準(zhǔn)確的竣工信息價(jià)值。

5  成功案例

①殼牌(加拿大)—加拿大 Alberta 煉油廠改造

問題：需要一個(gè)精確的、可靠的應(yīng)用于腐蝕監(jiān)控和檢測(cè)的資產(chǎn)信息竣工基準(zhǔn)。

解決方案：以現(xiàn)有三維模型為起點(diǎn)，為檢測(cè)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(cè)和腐蝕數(shù)據(jù)庫(Metegrity)進(jìn)行關(guān)聯(lián), 包括腐蝕環(huán)和厚度檢測(cè)等。

益處：通過較短時(shí)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(fèi)用超過100萬美元；竣工圖完成時(shí)間低于計(jì)劃的一半。降低了費(fèi)用，優(yōu)化了腐蝕檢測(cè)工作，用戶每天可節(jié)約1~2小時(shí)。所需信息更容易獲取。計(jì)劃外工作減少，更加快速地維修和預(yù)防性維護(hù)。