在化工安全培訓(xùn)中，受訓(xùn)者在VR設(shè)備中看到的畫(huà)面。
數(shù)字孿生化工廠(chǎng)
“數(shù)字孿生”（Digital Twin），指以數(shù)字化的形式反映實(shí)體的全生命周期過(guò)程。它利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多尺度的仿真過(guò)程，成為虛擬空間中對(duì)實(shí)體產(chǎn)品的鏡像。
在數(shù)字驅(qū)動(dòng)成為制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的今天，“數(shù)字孿生工廠(chǎng)”，通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)體系的準(zhǔn)確模型化描述，打通物理世界和虛擬世界，將大幅推動(dòng)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)及維修等環(huán)節(jié)的變革，成為智能制造、“工業(yè)4.0”的技術(shù)基礎(chǔ)和發(fā)展趨勢(shì)。通用電氣、微軟、阿里巴巴等企業(yè)已在一些領(lǐng)域和環(huán)節(jié)運(yùn)用。
在我省，創(chuàng)客們將目光瞄準(zhǔn)化工行業(yè)的數(shù)字孿生建設(shè)，為迅速發(fā)展的化工行業(yè)構(gòu)建數(shù)字廠(chǎng)區(qū)，工藝模擬仿真和應(yīng)急預(yù)案仿真培訓(xùn)等，讓化工企業(yè)變得更安全、更智慧。
數(shù)字再造工廠(chǎng)有了智能“替身”
“初步處理的乙二醇富液首先經(jīng)過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)三相閃蒸后，在含乙二醇的水相中加入堿液，使二價(jià)鹽形成沉淀并經(jīng)過(guò)濾處理……”12月10日，記者來(lái)到位于福州的福建幻視文化科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“幻視科技”），在電腦屏幕中看到，某工廠(chǎng)按1∶1比例進(jìn)行仿真的3D動(dòng)畫(huà)模型中，技術(shù)運(yùn)行機(jī)理、設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和反應(yīng)原理，以及每個(gè)管道物料走向、反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)，物料配比、壓力、溫度等參數(shù)……在精細(xì)的畫(huà)面中一目了然。
點(diǎn)擊模型中任一系統(tǒng)、設(shè)備，記者如同進(jìn)入強(qiáng)交互電子游戲，以“第一人稱(chēng)視角”在3D模型中漫游，可以隨時(shí)查看設(shè)備儀表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和PID圖（工藝管道及儀表流程圖）。
“這是我們?yōu)橹写毓ご蛟斓暮Ｉ峡扇急_(kāi)采附屬設(shè)備MRU（乙二醇再生與回收系統(tǒng)）中試項(xiàng)目的數(shù)字孿生。”幻視科技CTO林籌高介紹說(shuō)，通過(guò)Aspen（一種流程模擬軟件）做數(shù)據(jù)模擬并打造數(shù)據(jù)平臺(tái)，該項(xiàng)目的各項(xiàng)參數(shù)、儀表數(shù)據(jù)，能實(shí)時(shí)連接到3D數(shù)字孿生平臺(tái)中進(jìn)行可視化顯示；待中試投產(chǎn)后，該數(shù)字孿生平臺(tái)可以對(duì)接DCS（分布式控制系統(tǒng)）進(jìn)行顯示。
自2016年在福州創(chuàng)立以來(lái)，幻視科技整合來(lái)自五環(huán)設(shè)計(jì)院、東華設(shè)計(jì)院、福州大學(xué)石油化工學(xué)院等的專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)，聚焦化工行業(yè)，致力開(kāi)發(fā)“數(shù)字孿生化工廠(chǎng)”，目前已獲得10多項(xiàng)專(zhuān)利，2019年獲評(píng)國(guó)家級(jí)、省級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。
“數(shù)字孿生工廠(chǎng)，通過(guò)把數(shù)據(jù)在虛擬空間里面進(jìn)行分析、仿真、展示，與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)雙向信息流動(dòng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，已成為許多國(guó)際大企業(yè)的目標(biāo)和方向，在我國(guó)也方興未艾。”林籌高介紹說(shuō)，對(duì)化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，其應(yīng)用有很大意義。
比如，化工廠(chǎng)一旦出現(xiàn)安全應(yīng)急事故，傳統(tǒng)做法僅排查哪個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，就要浪費(fèi)不少珍貴的時(shí)間。但建立數(shù)字孿生化工廠(chǎng)后，可以提前對(duì)安全隱患進(jìn)行排查，實(shí)時(shí)看到隱患點(diǎn)的數(shù)據(jù)，故障點(diǎn)一望而知；針對(duì)安全隱患可提早準(zhǔn)備應(yīng)急預(yù)案，提高處置效率。“隨著國(guó)家對(duì)?；髽I(yè)的應(yīng)急預(yù)案有了更高要求，數(shù)字化助力危化企業(yè)安全應(yīng)急，也逐漸成為行業(yè)方向。”
“再如，工廠(chǎng)想對(duì)工藝流程、節(jié)能環(huán)?；虍a(chǎn)量進(jìn)行優(yōu)化，那么生產(chǎn)的極限條件在哪？在某一步驟進(jìn)行改變后，會(huì)有什么樣的影響？這些都可以通過(guò)數(shù)字孿生工廠(chǎng)進(jìn)行模擬，從而準(zhǔn)確預(yù)判，這也是未來(lái)智能化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。”他說(shuō)，還有員工的工藝培訓(xùn)、安全培訓(xùn)……通過(guò)數(shù)字化的模擬，能更真實(shí)、更有效，綜合成本更低。
他們的數(shù)字孿生工廠(chǎng)如何實(shí)現(xiàn)？幻視簡(jiǎn)單總結(jié)為“做出來(lái)”“用起來(lái)”“活起來(lái)”——
首先對(duì)實(shí)際的工廠(chǎng)按1∶1比例進(jìn)行3D建模，通過(guò)次世代渲染，傳感器將生產(chǎn)參數(shù)適時(shí)接入顯示；基于真實(shí)建模，通過(guò)藍(lán)圖系統(tǒng)打造專(zhuān)業(yè)性交互；基于Aspen進(jìn)行工藝模擬，實(shí)用3D動(dòng)畫(huà)表現(xiàn)工廠(chǎng)運(yùn)行機(jī)理、設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和反應(yīng)原理。
經(jīng)過(guò)幾年的研發(fā)，幻視科技積累了豐富的模型庫(kù)，對(duì)300多個(gè)專(zhuān)業(yè)化工設(shè)備創(chuàng)立了內(nèi)部結(jié)構(gòu)和真實(shí)化工反應(yīng)動(dòng)畫(huà)，可迅速建立化工廠(chǎng)3D數(shù)字廠(chǎng)區(qū)，并進(jìn)行化工工藝模擬培訓(xùn)、應(yīng)急預(yù)案培訓(xùn)、技能培訓(xùn)等。
虛擬操作安全培訓(xùn)更高效
頭戴眼鏡、手握手柄，在空地上漫步，虛空中指點(diǎn)……這不是在玩VR游戲，而是中石化加油站的員工在進(jìn)行一場(chǎng)嚴(yán)肅的油庫(kù)巡檢規(guī)范操作考試。
記者穿戴上VR設(shè)備，進(jìn)入系統(tǒng)，也體驗(yàn)了一回加油站員工的滅火應(yīng)急操作培訓(xùn)。通過(guò)環(huán)視周邊、手柄收放，記者在AI的提示下，完成了提槍加油、發(fā)現(xiàn)汽油火情、尋找滅火設(shè)備、操作滅火器、覆滅火毯等一系列操作，過(guò)程中真實(shí)布景、顧客反應(yīng)、周邊同事協(xié)同……令人如臨現(xiàn)場(chǎng)。
“這是我們和中石化合作的員工培訓(xùn)項(xiàng)目。”幻視科技聯(lián)合創(chuàng)始人、CEO陳宇辰說(shuō)，超越了傳統(tǒng)“師帶徒”、現(xiàn)場(chǎng)演練等方式，項(xiàng)目對(duì)油庫(kù)加油、卸油和巡檢等過(guò)程歸納出100多個(gè)隱患點(diǎn)，為員工設(shè)計(jì)1∶1高仿真、可交互的虛擬受訓(xùn)環(huán)境。在360度環(huán)繞的三維虛擬環(huán)境中，受訓(xùn)者可以直接使用抓握等肢體動(dòng)作，與虛擬物品做交互，練習(xí)正確的設(shè)備操作流程和方法；還可以進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，或進(jìn)行快速拆解等現(xiàn)實(shí)中難以實(shí)現(xiàn)的操作。
“受訓(xùn)人員所有的位移和肢體動(dòng)作可1∶1映射，加上眼動(dòng)識(shí)別、表情捕捉等技術(shù)，可以讓以往難以量化的安全操作標(biāo)準(zhǔn)化訓(xùn)練、考核。”他說(shuō)，AI還將記錄受訓(xùn)人員的錯(cuò)誤操作并進(jìn)行打分，最后形成個(gè)人的電子作業(yè)報(bào)告。“相較傳統(tǒng)方式，虛擬現(xiàn)實(shí)安全培訓(xùn)不僅高效，而且安全、重置成本低、試錯(cuò)成本低，不影響實(shí)際生產(chǎn)。”
隨著安全生產(chǎn)日益受到重視，這樣的安全培訓(xùn)日益受到化工企業(yè)和管理部門(mén)的青睞。在泉港化工區(qū)，一個(gè)占地300多平方米、擁有30臺(tái)站立式VR設(shè)備的“VR化工安全培訓(xùn)基地”已經(jīng)落成，即將投入使用。
“根據(jù)國(guó)家安監(jiān)總局標(biāo)準(zhǔn)，有18種重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝，我們根據(jù)化工企業(yè)緊急預(yù)案進(jìn)行內(nèi)容定制，包含儲(chǔ)罐泄漏、著火、爆炸、危廢處置、有毒氣體泄漏等化工安全培訓(xùn)模塊。”陳宇辰介紹說(shuō)，受訓(xùn)者在手機(jī)端、PC端和培訓(xùn)中心等不同形式中，都可以進(jìn)行化工安全培訓(xùn)。
基于VR技術(shù)的安全培訓(xùn)，除了助力化工行業(yè)安全生產(chǎn)，還在社會(huì)生活中有了更廣泛的應(yīng)用。
“學(xué)習(xí)海姆立克急救法（搶救急性呼吸道被異物阻塞從而引起呼吸困難的方法）時(shí)，如果對(duì)幼兒施救，姿勢(shì)是否正確？該用多大的力道？幼兒會(huì)有怎樣的反應(yīng)？以往使用假人，難以獲得真實(shí)經(jīng)驗(yàn)。”在寧德師范學(xué)院，學(xué)生穿戴上VR設(shè)備，對(duì)配有傳感器的娃娃實(shí)施海姆立克急救，看到的、感受到的如同真實(shí)的幼兒一致。陳宇辰介紹說(shuō)，在我省，福州大學(xué)、福建師范大學(xué)、閩江學(xué)院等高校都與幻視科技開(kāi)展了不同領(lǐng)域的虛擬仿真合作項(xiàng)目。
