三维数字化技术用于数字化工厂建设中的应用

安启玲

（浙江杭州佐帕斯工业有限公司 浙江省杭州市 310018）

对于现代石化类企业来说，只要具备一个物理工厂就必须具备一个相对应的数字化工厂，因为数字化工厂可以通过三维数字化技术，在物理工厂之中建设足够完善的模拟场景，所以这两种工厂都属于石化类企业资产之中的关键资产。但目前大部分石化类企业在应用三维数字化技术建设数字化工厂时，并没有考虑三维数字化技术自身概念与应用优势，只是根据相关要求对数字化工厂展开建设而已，这样可能会限制三维数字化技术在数字化工厂中实际作用，导致三维数字化技术无法发挥自身价值。因此，如今在数字化工厂建设中应用三维数字化技术时，最好提前对三维数字化自身概念与应用优势展开了解，这样才能在实际应用中更加深入。

1 三维数字化技术与数字化工厂的基础概念

1.1 三维数字化技术概念

所谓三维数字化技术主要是指，通过三维数字化软件对所建模型展开构建、调整、分析以及完善，促使模型与标准要求相符。简单来讲，这种技术就是利用人为操作收集信息数据，再对收集到的信息数据展开深重新加工，将经过加工之后的信息数据以建模形式展开分析，这样所有处于独立状态的部位就能在模型之中相互集合，这时再通过一系列处理就能将整个模型变成完整文件。这在三维数字化技术应用中十分重要，特别是在数字化工厂建设中应用三维数字化技术时，因为数字化工厂建设涉及诸多内容，所以一旦不具备专业团队基本无法将三维数字化技术用于数字化工厂之中。而且三维数字化技术会对信息数据展开收集、计算以及显示，这样会比二维技术所显示的信息数据更加客观，虽然三维数字化技术与二维技术较为相似，都需要具备收集、组织、整理、分析以及处理等多种能力，但相比之下三维数字化技术具备更多功能[1]。

1.2 数字化工厂技术概念

所谓数字化工厂英文全称为Digital factory，主要是指将信息数据作为前提，在互联网之中对信息数据展开仿真模拟，并对仿真模拟全过程展开分析、优化以及确定，这样便可对信息数据起到创新效果，数字化工厂属于仿真模拟和数字制造这两种技术的结合产物，自身具备较为鲜明的特点与优势，对于生产制造行业来说属于一种全新动力，可以在设计与制造中间搭设交流桥梁。建设途径如以下图1所示。

而且在数字化工厂自身具备多种性能，能够对全过程产生的动态信息与质量展开实时了解与管控，还能增加工厂经济收益、加强工厂生产质量、降低产品生产时间以及强化信息数据管控力度，这些作用对于现代企业来说都属于一种巨大助力。当数字化工厂将产品生产制造全过程，以数字化形式展现出来以后，就能帮助有关人员提前了解并掌握产品生产制造实际性能、质量以及收益，如果其中个别环节存有问题，便可着重针对某一环节展开有效处理，这样企业在开始生产制造之前就能确定最终质量，十分有利于产品管控和企业发展[2]。

2 三维数字化技术用于数字化工厂建设中的应用价值

图1：数字化工厂建设途径

2.1 可视门户

通过三维数字化技术建设数字化工厂平台时，可以将工厂运转信息、系统监测信息以及环境监测信息等多种信息数据相互集合，最后再将所有信息数据以视频形式传递为有关人员，这样便可通过这些信息数据实现可视门户。只要有关人员通过监控视频便可了解整个工厂实际情况，如图2所示。

降低数字化工厂信息数据获取、收集以及应用的实际难度，将所有环节产生的信息数据切实连接到一起，这样数字化工厂运转全过程产生的信息数据，都可以通过直观形式展现到人员面前[3]。

2.2 监测系统

将三维数字化技术用于数字化工厂建设之中，可以将分散控制、机组控制、设施控制、数据控制以及加热装置控制等系统相互集合，将所有系统集中到同一数据库之中。这样便可通过三维数字化技术和数字化工厂运转流程图，针对温度、流量、震动、压力、状态以及位移等多种情况展开有效监测，而且还能通过监测系统针对监测历史数据与视频进行重新确定，这样更加有利于有关人员对系统详情展开实时把控。此外，通过三维数字化技术还可以帮助有关人员在短时间内得到数字化工厂运转情况，根据这些情况便可进一步确定整个数字化工厂中所有设施运转情况、状态以及参数，保证所有设施在数字化工厂中都能秉持最佳状态展开运行，这样数字化工厂整体状态才会得到保障。

2.3 管控风险

通过三维数字化技术可以在整个数字化工厂之中，直接确定所有监测站具体位置，还能直接确定监测站收集到的最新信息，通过这些信息有关人员便可直接判断数字化工厂所有环节具体情况。而且通过三维数字化技术还能够让有关人员对风险展开直接观察，因为通过三维情境能够直接确定各类风险在数字化工厂中分布情况，还可以通过情境确定风险类型、等级、性质以及危害，这样有关人员便可提前针对各类风险拟定管控对策，促使各类风险得到更加快速、有效的全面管控。此外，通过三维数字化技术实现可视门户以后，相当于整个数字化工厂各个位置都具备监控装置，而这些监控装置对于管控风险都能提供巨大帮助，当数字化工厂出现突发风险或事故时，有关人员可以利用监控装置直接确定风险与故障的出现位置，并通过监控了解具体情况，这样便可根据具体情况立即与相应部门取得联系，从而将风险事故对数字化工厂实际危害降到最低[4]。

图2：三维数字化技术可视结构

2.4 协助培训

以往在数字化工厂对运维人员展开培训时，都需要利用纸质素材或电子流程，要求运维人员深入了解多种技术工艺，或是到数字化工厂现场根据标准流程一项一项熟悉，这种模式既会浪费时间与精力，还会导致培训效率无法达到理想效果，甚至容易在培训之中遗留一定隐患。但在数字化工厂建设中应用三维数字化技术后，便可利用可视门户对数字化工厂建设全过程展开了解，这样运维人员便可快速了解数字化工厂中所有设施的具体位置与信息数据，从而为数字化工厂运维培训起到协助作用，并以此有效增加运维培训实际效率。

3 三维数字化技术用于数字化工厂建设中的应用分析

3.1 在数字化工厂重新建设中的实际应用

在数字化工厂重新建设中应用三维数字化技术时，主要环节有确定路线、开始建模、扫描激光以及绘制流程，以下便针对这四个环节展开全面分析。

（1）在确定数字化工厂重新建设路线时，可以通过三维数字化软件展开模型设计，再利用扫描功能针对数字化工厂数据展开激光校正，保证模型结构与现场实况完全相符，此环节需要重新整理数字化工厂建设图纸，确定数字化工厂图纸与模型在信息数据上保持一致。这种路线比3D 技术更有效率，也不会耗费大量成本，而且通过三维数字化技术构建的模型，既能够直接确定所有设施在数字化工厂中具体位置，还能对所有设施展开数字化管理，保证数字化工厂后续建设更加顺利[5]。

（2）在开始数字化工厂模型构建时，需要通过三维数字化软件，根据数字化工厂管道、设施、电气等多方面的图纸信息开始构建。具体流程为：其一，将所有图纸信息集中到一起，对所有关于数字化工厂建设的所有资料展开整理；其二，根据图纸信息和资料构建模型数据库，其中需要涵盖模型外形、结构、管道以及元件的信息资料；其三，开始构建数字化工厂模型，需要将管道、设施以及电气等多方面全部包含其中，这样才能通过三维数字化软件构建完整模型。

（3）在对数字化工厂展开扫描激光时，需要在数字化工厂现场运用激光扫描装置进行，通过激光扫描装置确定现场信息与坐标，这些信息对于模型可以起到校正作用，保证模型与数字化工厂现场实况相符。具体流程为：其一，在开始扫描之前针对数字化工厂现场展开信息收集与勘查，提前确定数字化工厂四周环境、地区天气等基础条件，这样便可根据现场信息与基础条件制定扫描方案，以免后期开始扫描时出现各种突发状况，还可以提前确定扫描时间、路线；其二，可以通过三维激光扫描装置展开覆盖式扫描，这种方式需要按照数字化工厂实况展开覆盖式布站，简单来讲就是将整个数字化工厂全部包含在扫描范围中，这样便可核对模型是否有部分位置与工厂实况不符。但需要注意着重核对管线部位，保证工厂管线实况与模型管线完全相同；其三，在完成数字化工厂扫描，并确定工厂与模型结构相同后，便可将所有数据整理为电子信息，再针对工厂与模型展开最后一次整体核对[6]。

（4）在对数字化工厂重新建设绘制流程时，可以利用智能化绘画软件进行流程绘制，这样便可通过三维数字化技术落实建设流程，流程和模型之间最好保持对应关联。具体流程为：其一，建设管线数据库，其中需要涵盖管线材料、设计、等级、起始点、压力、保温性能以及重点等信息；其二，建设图形数据库，其中涵盖需要绘制的设施型号、种类、尺寸、性能以及名称等信息；其三，根据管线与图形数据库之中的信息数据，运用三维数字化技术绘制数字化工厂建设流程，这样便可保证工厂建设流程更加合理，促使数字化工厂建设快速完成。

3.2 在数字化工厂平台建设中的实际应用

在整个数字化工厂之中基础平台在建设之中属于关键部分，因为基础平台属于通过三维数字化技术构建数字化工厂模型的主要载体，可以对所有信息数据进行发送、接收、管理以及储存，而且基础主要是通过模型对信息数据展开有效组织，可以灵活运用三维数字化技术所具备的可视性能，针对数字化工厂所有信息展开实时掌握，这样就能避免工厂在信息数据上处于孤岛状态，并促使数字化工厂快速实现自身价值与效用。整个基础平台从下段开始主要环节有数据、操作、UI 组件以及应用这几个层次，在这其中前三种属于基础平台为实际应用提供支持的大致框架，最后一种属于基础平台主要功能，以下主要针对基础平台中的各个层次展开详细分析[7]。

（1）数据层是指基础平台中用于储存各类信息、数据以及资源的主要层次，其中涵盖三维数字化技术所有信息、图形存档以及树形结构等。

（2）操作层是指基础平台中的操作接口，只有基础平台具备操作接口后，相关人员才能在其中展开管理、调整以及优化等各种操作。

（3）UI 组件层是指基础平台为相关人员提供UI 组件，使其可以对UI 组件展开再次开发，在UI 组件之中涵盖浏览、预览以及搜索等多种组件。

（4）接口层是指基础平台将多个接口集成为同一接口，这样所有型号的接口都可以与基础平台相互连接，便于数字化工厂基础平台后续开发与优化[8]。

4 结束语

综上所述，由于三维数字化技术在数字化工厂建设中意义甚大，不仅能够在数字化工厂中实现可视门户，还可以起到监测系统、管控风险以及协助培训等价值，所以近几年在国内外石化领域中三维数字化技术开始备受关注。因此，如今在数字化工厂建设中最好将三维数字化落到实处，尤其是在数字化工厂平台建设中，平台对于数字化工厂来说属于关键部位，可以为工厂重建提供数据支持，帮助数字化工厂构建完善结构，从而在解决运转、管理以及控制等多种问题的同时，通过数字化工厂为石化企业后期发展夯实道路。