在化工安全培訓中，受訓者在VR設備中看到的畫面。
數(shù)字孿生化工廠
“數(shù)字孿生”（Digital Twin），指以數(shù)字化的形式反映實體的全生命周期過程。它利用物理模型、傳感器、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、多尺度的仿真過程，成為虛擬空間中對實體產(chǎn)品的鏡像。
在數(shù)字驅(qū)動成為制造業(yè)發(fā)展趨勢的今天，“數(shù)字孿生工廠”，通過對現(xiàn)實生產(chǎn)體系的準確模型化描述，打通物理世界和虛擬世界，將大幅推動產(chǎn)品在設計、生產(chǎn)、維護及維修等環(huán)節(jié)的變革，成為智能制造、“工業(yè)4.0”的技術基礎和發(fā)展趨勢。通用電氣、微軟、阿里巴巴等企業(yè)已在一些領域和環(huán)節(jié)運用。
在我省，創(chuàng)客們將目光瞄準化工行業(yè)的數(shù)字孿生建設，為迅速發(fā)展的化工行業(yè)構建數(shù)字廠區(qū)，工藝模擬仿真和應急預案仿真培訓等，讓化工企業(yè)變得更安全、更智慧。
數(shù)字再造工廠有了智能“替身”
“初步處理的乙二醇富液首先經(jīng)過預處理系統(tǒng)，經(jīng)過三相閃蒸后，在含乙二醇的水相中加入堿液，使二價鹽形成沉淀并經(jīng)過濾處理……”12月10日，記者來到位于福州的福建幻視文化科技有限公司（以下簡稱“幻視科技”），在電腦屏幕中看到，某工廠按1∶1比例進行仿真的3D動畫模型中，技術運行機理、設備內(nèi)部結構和反應原理，以及每個管道物料走向、反應器內(nèi)發(fā)生的反應，物料配比、壓力、溫度等參數(shù)……在精細的畫面中一目了然。
點擊模型中任一系統(tǒng)、設備，記者如同進入強交互電子游戲，以“第一人稱視角”在3D模型中漫游，可以隨時查看設備儀表實時數(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_采附屬設備MRU（乙二醇再生與回收系統(tǒng)）中試項目的數(shù)字孿生。”幻視科技CTO林籌高介紹說，通過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，該項目的各項參數(shù)、儀表數(shù)據(jù)，能實時連接到3D數(shù)字孿生平臺中進行可視化顯示；待中試投產(chǎn)后，該數(shù)字孿生平臺可以對接DCS（分布式控制系統(tǒng)）進行顯示。
自2016年在福州創(chuàng)立以來，幻視科技整合來自五環(huán)設計院、東華設計院、福州大學石油化工學院等的專業(yè)團隊，聚焦化工行業(yè)，致力開發(fā)“數(shù)字孿生化工廠”，目前已獲得10多項專利，2019年獲評國家級、省級高新技術企業(yè)。
“數(shù)字孿生工廠，通過把數(shù)據(jù)在虛擬空間里面進行分析、仿真、展示，與生產(chǎn)現(xiàn)場實現(xiàn)雙向信息流動，對生產(chǎn)過程進行控制，已成為許多國際大企業(yè)的目標和方向，在我國也方興未艾。”林籌高介紹說，對化工企業(yè)來說，其應用有很大意義。
比如，化工廠一旦出現(xiàn)安全應急事故，傳統(tǒng)做法僅排查哪個節(jié)點出現(xiàn)故障，就要浪費不少珍貴的時間。但建立數(shù)字孿生化工廠后，可以提前對安全隱患進行排查，實時看到隱患點的數(shù)據(jù)，故障點一望而知；針對安全隱患可提早準備應急預案，提高處置效率。“隨著國家對?；髽I(yè)的應急預案有了更高要求，數(shù)字化助力?；髽I(yè)安全應急，也逐漸成為行業(yè)方向。”
“再如，工廠想對工藝流程、節(jié)能環(huán)?；虍a(chǎn)量進行優(yōu)化，那么生產(chǎn)的極限條件在哪？在某一步驟進行改變后，會有什么樣的影響？這些都可以通過數(shù)字孿生工廠進行模擬，從而準確預判，這也是未來智能化生產(chǎn)的基礎。”他說，還有員工的工藝培訓、安全培訓……通過數(shù)字化的模擬，能更真實、更有效，綜合成本更低。
他們的數(shù)字孿生工廠如何實現(xiàn)？幻視簡單總結為“做出來”“用起來”“活起來”——
首先對實際的工廠按1∶1比例進行3D建模，通過次世代渲染，傳感器將生產(chǎn)參數(shù)適時接入顯示；基于真實建模，通過藍圖系統(tǒng)打造專業(yè)性交互；基于Aspen進行工藝模擬，實用3D動畫表現(xiàn)工廠運行機理、設備內(nèi)部結構和反應原理。
經(jīng)過幾年的研發(fā)，幻視科技積累了豐富的模型庫，對300多個專業(yè)化工設備創(chuàng)立了內(nèi)部結構和真實化工反應動畫，可迅速建立化工廠3D數(shù)字廠區(qū)，并進行化工工藝模擬培訓、應急預案培訓、技能培訓等。
虛擬操作安全培訓更高效
頭戴眼鏡、手握手柄，在空地上漫步，虛空中指點……這不是在玩VR游戲，而是中石化加油站的員工在進行一場嚴肅的油庫巡檢規(guī)范操作考試。
記者穿戴上VR設備，進入系統(tǒng)，也體驗了一回加油站員工的滅火應急操作培訓。通過環(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、尋找滅火設備、操作滅火器、覆滅火毯等一系列操作，過程中真實布景、顧客反應、周邊同事協(xié)同……令人如臨現(xiàn)場。
“這是我們和中石化合作的員工培訓項目。”幻視科技聯(lián)合創(chuàng)始人、CEO陳宇辰說，超越了傳統(tǒng)“師帶徒”、現(xiàn)場演練等方式，項目對油庫加油、卸油和巡檢等過程歸納出100多個隱患點，為員工設計1∶1高仿真、可交互的虛擬受訓環(huán)境。在360度環(huán)繞的三維虛擬環(huán)境中，受訓者可以直接使用抓握等肢體動作，與虛擬物品做交互，練習正確的設備操作流程和方法；還可以進入設備內(nèi)部，或進行快速拆解等現(xiàn)實中難以實現(xiàn)的操作。
“受訓人員所有的位移和肢體動作可1∶1映射，加上眼動識別、表情捕捉等技術，可以讓以往難以量化的安全操作標準化訓練、考核。”他說，AI還將記錄受訓人員的錯誤操作并進行打分，最后形成個人的電子作業(yè)報告。“相較傳統(tǒng)方式，虛擬現(xiàn)實安全培訓不僅高效，而且安全、重置成本低、試錯成本低，不影響實際生產(chǎn)。”
隨著安全生產(chǎn)日益受到重視，這樣的安全培訓日益受到化工企業(yè)和管理部門的青睞。在泉港化工區(qū)，一個占地300多平方米、擁有30臺站立式VR設備的“VR化工安全培訓基地”已經(jīng)落成，即將投入使用。
“根據(jù)國家安監(jiān)總局標準，有18種重點監(jiān)管的危險化工工藝，我們根據(jù)化工企業(yè)緊急預案進行內(nèi)容定制，包含儲罐泄漏、著火、爆炸、危廢處置、有毒氣體泄漏等化工安全培訓模塊。”陳宇辰介紹說，受訓者在手機端、PC端和培訓中心等不同形式中，都可以進行化工安全培訓。
基于VR技術的安全培訓，除了助力化工行業(yè)安全生產(chǎn)，還在社會生活中有了更廣泛的應用。
“學習海姆立克急救法（搶救急性呼吸道被異物阻塞從而引起呼吸困難的方法）時，如果對幼兒施救，姿勢是否正確？該用多大的力道？幼兒會有怎樣的反應？以往使用假人，難以獲得真實經(jīng)驗。”在寧德師范學院，學生穿戴上VR設備，對配有傳感器的娃娃實施海姆立克急救，看到的、感受到的如同真實的幼兒一致。陳宇辰介紹說，在我省，福州大學、福建師范大學、閩江學院等高校都與幻視科技開展了不同領域的虛擬仿真合作項目。
