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摘要：三维数字化工厂是一个生产技术资料及信息资源的集成平台，它运用三维建模技术及系统集成技术，建立石油化工工厂的数字化双胞胎模型，将抽象的二维工程图纸立体化、实体化、结构化，以设备、管线、阀门等模型实体为载体，以MES数据、设备台账、视频监控等信息系统为数据源，实现了生产运行管理、安全管理、设备管理等多种功能，有效的提升石油化工企业生产经营管理水平，保障装置平稳运行，极大地提高管理效率。论文结合三维数字化工厂项目建设的实际情况，探索三维工厂建设及应用方法。 关键词：三维工厂；数字工厂；三维
一、前言
随着石油化工产业的逐步发展，目前的石化企业生产规模越来越大，自动化程度也不断提高，但由于国际油价的跌宕起伏，各石化企业的生产成本控制压力不断增加，企业用工不断减少，使企业在生产运行、设备管理、安全环保等方面仍面临着很大的压力和挑战。大型石化企业一般拥有十几套，甚至几十套的生产装置，每套装置都有大量的管线、阀门和设备，如果单纯依靠图纸，难以对装置及各个生产相关系统进行全面的管理。为了将现有的信息系统与装置实际进行有机融合，提高生产管理人员发现、处理问题的速度，结合当下三维建模与系统集成的发展趋势，专家们提出了“三维数字化工厂”的概念。三
维数字化工厂一般具有直观、精确、集成、协调等特点，为炼化企业提供新的生产管理方式，通过三维模型在系统中再现装置原貌，实现生产数据、设备数据、HSE等信息与现场实物的关联及集成显示，大大减轻生产管理人员工作量，提升企业生产运行、安全环保管理水平[1]。
二、目前主要的建模方法
（一）手工建模法
依靠高清现场照片、纸质资料或电子版资料作为建模依据，运用手工的方式，在三维绘图软件中建模。然后，再让装置现场技术人员进行校对，最后根据校对结果进行完善的建模方法。
（二）导入模型法
导入模型法是将装置工程设计数字化移交的三维PID 模型通过格式转换，直接导入到三维工厂系统的建模方法。
（三）激光扫描建模法
激光扫描建模法是运用激光扫描仪对现场装置进行360°的全景扫描，扫描前在场景中布置一定数量的标靶，扫描结束后在辅助软件上按照相同标靶对图像进行拼接，形成与现场一致的点云，然后再依托这些点云进行建模[2] 。
（四）三种建模方式的比较
导入模型法建模效率最高，工作量最小，但不适合老装置或没有进行数字化移交的新装置。激光扫描建模法建模效率较高，不需要大量资料作为支撑，建模与现场装置基本一致，但是不适用于地下管线的绘制或管线过于密集的装置建模，同时对于易燃易爆装置存在一定的安全风险。手工建模法建模效率最低，需要大量的资料作为支撑，对建模人员技术水平要求较高，但是这种方法适用性广，对于老旧装置，管线密集装置，地下管线均能够适用[3]。经过比对本文采用手工建模的方式，通过结合装置单线图、装置平面布置图、管道平面布置图、高清现场照片等技术资料，保证了较高的装置建模精度。
三、 三维数字化工厂建模流程
本项目我们选择应用手工建模法对装置进行“逆向建模”，根据管道轴测图、高清现场照片、装置平面布置图和其他设计资料作为建模依据，运用PDsoft三维工厂设计软件，进行工艺管线、土建结构及相关设备的绘制，模型建设质量要满足全面、真实的工程级标准。
（一）资料收集
对于手工建模法，资料收集的质量决定了模型的精度，因此应该对这项工作格外重视。对于一般的装
置需要收集装置PID图、管线轴侧图、管道平面布置图、地下管网图、装置平面布置图、设备台账、现场高清照片这七项资料，并将资料按照不同维度进行分类，依据生产运行管理对资料的需求程度，对不同类别的资料分别进行结构化管理，并建立相应的关联关系。在收集过程中要对资料进行校验，保证资料的完整性和准确性。
（二） 三维数字化建模
数字模型三维数字化模型主要通过PDsoft三维工厂设计软件进行开发，下面简述建模步骤：
第一步，建立项目库，项目库主要包括材料等级库、管线号库、油漆库、隔热库等，项目库建设主要依据装置设计资料，其中项目库建立后能够实现管线绘制时，各项
三维数字化工厂在石化企业的建设及应用
孙 浩
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属性数据的自动匹配，实现装置部件级管理。
第二步，建立装置框架结构，运用PDsoft 的构件功能，按照装置结构布置图结合现场高清照片，绘制装置的平台框架。
第三步，根据管道轴侧图绘制管线和管道平面布置图，绘制工艺管线，工艺管线主要包括管段、三通、支管座、弯头、阀门、调节阀、仪表、法兰、垫片、螺栓等部件，各个部件的属性自动匹配相应的材料等级库中数据。
图1三维模型绘制
第四步，绘制设备，根据设备规格数据，绘制塔、罐、换热器、机泵、机组等设备，同时将工艺管线与设备的管嘴对接，形成完整的装置流程。
第五步，使用模型导入工具，将模型导入到三维模型应用平台，实现三维模型与信息系统的集成，建立三维模型与各项数据的联系，实现生产经营及设备资产数据的可视化管理。
图2 三维数字化工厂效果展示
四、三维数字化模型的应用
（一）属性的展示和编辑
属性的展示和编辑是三维数字化模型的基础功能之一，通过三维数字化工厂实现二维工程图纸的三维化、立体化、结构化管理，并实现装置垫片级管理。以法兰为例，能够进行隶属管线号、设备名称、公称直径、端面类型、材料等级、压力等级、材质、标准代号、法兰类型、螺母标准、螺母数量等21项属性的展示，并支持属性自定义编辑和维修更换记录等功能。
（二）工艺培训
三维数字化工厂支持漫游浏览及管线隐藏等功能，能够直观展现装置的每一条详细流程，可以方便车间管理人员对员工进行培训，方便员工记忆，显著提高培训效果。
（三） 设备拆解和剖视图查看
三维数字化工厂支持设备模型与三维内部构造图关联，通过相应指令实现查看静设备剖视图和动设备的拆解步骤。
（四）与其他生产管理系统集成
三维数字化工厂是一个生产技术资料及信息资源的集成平台，因此必须与其他生产管理相关系统集成，实现生产经营数据一体化管理，本项目将ERP、MES、LIMS、工业监控等系统与三维数字化工厂进行集成，实现ERP 工单自动生成、MES 和LIMS 数据实时展示、视频监控实时展示等功能，极大的提升了管理效率。
五、结语
（一）手工建模法在生产技术资料的齐全，准确性高
的情况下，依靠管段轴侧图、现场高清照片进行比对等方法进行建模，能够保障较高的建模精度，完全能够满足生产管理的各项需求。
（二）通过三维模型应用功能开发，实现模型数据的结构化管理，实现的模型中部件的属性查看和修改、工艺培训、设备拆解及剖视图的查看等功能，如实地描述和反映设备（塔、罐、泵、压缩机）与管线的拓扑关系及属性信息，有效促进企业对装置设备部件的精细化管理。
（三）以三维数字化工厂为载体与生产管理相关系统集成，让不同系统之间数据交换、数据共享，实现生产经营数据一体化管理，能够减少应用不同系统时重复录入的工作量，有效的提升工作效率和管理效率。H
参考文献
[1]江鸿章, 李刚. 石化行业3D 智能工厂建设技术探讨[J]. 科
技与创新,2015 (12).
[2]张红春.基于点云数据建模在三维数字工厂建设中的应用研究[J].价值工程,2015(12).
[3]许建玉, 王鹏. 数字化工厂三维建模方法研究[J]. 信息系统工程,2016(10).
（作者单位：大庆炼化公司信息中心）
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