劉 兵 王 非 楊 勇 張 慧 張林波

1.中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610041；2.北京中油瑞飛信息技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100007

0 前言

設(shè)備管理是指以設(shè)備為研究對(duì)象，追求設(shè)備綜合效率與壽命周期費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)用一系列理論、方法，通過一系列技術(shù)、經(jīng)濟(jì)措施，對(duì)設(shè)備的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和價(jià)值運(yùn)動(dòng)進(jìn)行全過程的科學(xué)管理［1］。設(shè)備管理的歷史經(jīng)歷了三個(gè)階段：事后維修階段，工業(yè)化初期，在設(shè)備發(fā)生故障或損壞后才進(jìn)行修理工作；預(yù)防性維修階段，20世紀(jì)20年代，通過日常檢查和定期檢查，了解設(shè)備實(shí)際狀況，以設(shè)備狀況為依據(jù)進(jìn)行修理工作，避免突發(fā)事故；設(shè)備系統(tǒng)管理階段，20世紀(jì)60年代，提出了設(shè)備管理后勤學(xué)的觀點(diǎn)，設(shè)備管理從傳統(tǒng)的維修管理轉(zhuǎn)為重視先天設(shè)計(jì)和制造及設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行狀況的系統(tǒng)管理［2］。

目前我國(guó)油氣田領(lǐng)域設(shè)備管理基本進(jìn)入到了第三個(gè)階段，但面臨三個(gè)挑戰(zhàn)：企業(yè)地域分布廣、自然環(huán)境較差、交通運(yùn)輸不便、人工巡檢成本高、遠(yuǎn)程專家資源利用率低；設(shè)備復(fù)雜，雖有圖形介紹，但設(shè)備裝配圖動(dòng)輒幾十個(gè)零件，即使是專業(yè)人員在第一次查看時(shí)也需大量時(shí)間了解辨識(shí)；越來越多的企業(yè)采用資產(chǎn)管理信息系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備管理（如MAXIMO、Q4、MP2等），但這些管理系統(tǒng)都缺少圖形化支撐，設(shè)備的展示不直觀，無法為設(shè)備改造、維修等方案的論證提供支持。

可視化設(shè)備管理系統(tǒng)通過二三維一體化平臺(tái)與傳統(tǒng)的設(shè)備管理系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備信息的可視化、集成化和維修作業(yè)協(xié)同化。

1 技術(shù)路線

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的可視化，需要對(duì)設(shè)備所在的空間位置及具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等進(jìn)行圖形化的表示，因此需要將三維GIS技術(shù)與設(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)融合。系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括：三維GIS技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、工作流引擎技術(shù)、設(shè)備設(shè)施管理信息化技術(shù)等。

1.1 三維GIS技術(shù)

三維GIS技術(shù)提供的三維視覺認(rèn)知及空間分析能力，使原來只有抽象概念而難以直接感知的空間現(xiàn)象現(xiàn)實(shí)化和直觀化，獲得各種超越現(xiàn)實(shí)的空間感知經(jīng)驗(yàn)［3］。隨著三維GIS技術(shù)的成熟和網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用，三維GIS技術(shù)對(duì)空間信息的處理能力變得更豐富和強(qiáng)大。三維GIS技術(shù)獨(dú)特的管理復(fù)雜空間對(duì)象能力及空間分析能力，使再現(xiàn)設(shè)備存在場(chǎng)景、表達(dá)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)等應(yīng)用成為可能，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜工藝，能將抽象難懂的空間信息可視化和直觀化，加深對(duì)設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造、工作原理、工藝流程的理解。三維GIS技術(shù)通過二維平面圖形的應(yīng)用構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)的框架，采取高精度的地理坐標(biāo)構(gòu)建整個(gè)主體，對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行信息采集和數(shù)據(jù)庫(kù)處理，使得整個(gè)信息具有真實(shí)的坐標(biāo)和豐富的屬性信息。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是以三維圖形技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合多媒體、主體視覺、傳感等技術(shù)創(chuàng)造出一個(gè)讓人身臨其境的虛擬世界。特征如下：

a）沉浸感：用戶與計(jì)算機(jī)的交互方式是自然的，能完全沉浸在通過計(jì)算機(jī)所創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中。

b）交互性：在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，用戶不再是被動(dòng)的信息接受者和旁觀者，而能使用交互輸入設(shè)備（如鼠標(biāo)）來操控虛擬物體，使虛擬世界發(fā)生改變。

c）構(gòu)想：用戶在定性和定量綜合集成的虛擬三維環(huán)境中得到感性和理性的認(rèn)識(shí)，從而深化概念、觸發(fā)靈感、萌發(fā)新意。在信息數(shù)據(jù)的展示上，海量數(shù)據(jù)只有通過可視化圖象，才能激發(fā)人的形象思維。

對(duì)復(fù)雜的設(shè)備，僅憑外觀不能完全展現(xiàn)設(shè)備的特點(diǎn)。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用能全方位地觀察設(shè)備，真實(shí)地模擬出組裝和拆卸過程及設(shè)備的運(yùn)行情況。用戶可以在虛擬現(xiàn)實(shí)世界，通過控制瀏覽器從各個(gè)角度對(duì)一個(gè)設(shè)備進(jìn)行全方位觀察，了解每個(gè)細(xì)節(jié)及詳細(xì)資料。

1.3 工作流引擎技術(shù)

工作流（Workflow）是指業(yè)務(wù)領(lǐng)域的流程，它描述了業(yè)務(wù)過程中的各要素及各要素間的關(guān)系，通過工作流引擎進(jìn)行管理。

可視化設(shè)備管理的工作流引擎技術(shù)分三個(gè)階段：工作流建模階段、工作流模型實(shí)例化階段和工作流執(zhí)行階段。工作流建模階段主要通過工作流建模工具完成業(yè)務(wù)流程的模型建立，將實(shí)際的業(yè)務(wù)操作流程轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)可模擬處理的工作流模型；工作流模型實(shí)例化階段主要通過工作流引擎完成具體業(yè)務(wù)流程的實(shí)例化，為具體業(yè)務(wù)流程辦理流轉(zhuǎn)提供工作流相關(guān)控制數(shù)據(jù)，為業(yè)務(wù)流程的辦理提供所需資源（如人力、物料、工具和服務(wù)資源等）；工作流執(zhí)行階段主要執(zhí)行業(yè)務(wù)流程，重點(diǎn)是完成人機(jī)交互和系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)用或外部應(yīng)用程序的調(diào)用。對(duì)于設(shè)備管理系統(tǒng)，需要利用工作流引擎技術(shù)來管理工單等業(yè)務(wù)流程，通過預(yù)定義的流程來推進(jìn)維修任務(wù)的流轉(zhuǎn)。

1.4 設(shè)備設(shè)施管理信息化技術(shù)

對(duì)現(xiàn)代資產(chǎn)密集型企業(yè)而言，有效利用有形資產(chǎn)是企業(yè)提升核心競(jìng)爭(zhēng)力的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容。設(shè)備維修與生產(chǎn)之間的協(xié)調(diào)十分密切，企業(yè)設(shè)備管理不善，業(yè)務(wù)流程不暢或資料、維修記錄缺失，將導(dǎo)致設(shè)備維護(hù)和運(yùn)行成本增加，資產(chǎn)利用率降低，甚至引發(fā)安全事故。同時(shí)，現(xiàn)代資產(chǎn)密集型企業(yè)設(shè)備數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)要求設(shè)備維修響應(yīng)快速、記錄完整和查詢便捷，紙本的記錄與整理已不能滿足企業(yè)發(fā)展的需求［4］，因此，提高設(shè)備管理技術(shù)水平日趨重要。通過引入設(shè)備設(shè)施管理信息化技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)應(yīng)用，形成專業(yè)的設(shè)備管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資產(chǎn)的全生命周期管理，并對(duì)涉及設(shè)備維修、維護(hù)、移動(dòng)等應(yīng)用過程進(jìn)行全面的流程控制，對(duì)工作的執(zhí)行及結(jié)果信息跟蹤管理，提高維修效率，規(guī)范維修流程，最大化資產(chǎn)使用率，減少企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。

2 集成應(yīng)用方式

采用IBM的MAXIMO軟件與二三維一體化平臺(tái)進(jìn)行集成，通過三維GIS技術(shù)構(gòu)建設(shè)備設(shè)施虛擬的空間場(chǎng)景，利用MAXIMO軟件的先進(jìn)設(shè)備管理理念進(jìn)行維修工單等管理。具體的集成應(yīng)用方式有兩種：一是以二三維一體化平臺(tái)為主操作界面，直觀地進(jìn)行設(shè)備的索引和定位，再以設(shè)備為核心，進(jìn)行相應(yīng)的管理操作；二是以傳統(tǒng)的設(shè)備管理軟件為主操作界面，以設(shè)備工單為核心，進(jìn)行流程控制和管理。

可視化設(shè)備管理系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，在設(shè)備管理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息的“所見即所得”。鼠標(biāo)在三維場(chǎng)景中點(diǎn)擊某一設(shè)備，即可直觀地展示設(shè)備外型、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運(yùn)行參數(shù)、與其他設(shè)備的邏輯結(jié)構(gòu)和地理位置，見圖1。

可視化設(shè)備管理系統(tǒng)特點(diǎn)如下：

a）實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精細(xì)化管理（可以細(xì)化到某一個(gè)閥門、某一個(gè)變送器）。

b）與SCADA系統(tǒng)集成，在相應(yīng)的三維模型上顯示各類實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息。

c）與視頻系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控畫面和三維場(chǎng)景的聯(lián)動(dòng)。

d）直接在三維場(chǎng)景中進(jìn)行設(shè)備改造、維修等方案的論證。

e）事故發(fā)生時(shí)，可快速、直觀地提供可視化解決方案，見圖2。

圖1 查看設(shè)備三維信息并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息

f）在三維場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，制定各種事故預(yù)案、工藝流程展示、設(shè)備周邊場(chǎng)景展示等，為安全培訓(xùn)和應(yīng)急事故預(yù)案，提供信息支撐，增強(qiáng)員工在設(shè)備維修方面的技能水平、風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)及應(yīng)急防護(hù)能力，并為企業(yè)的工藝改造、規(guī)范訓(xùn)練提供實(shí)時(shí)的場(chǎng)景化應(yīng)用工具。

圖2 設(shè)備拆裝演示

3 可視化設(shè)備管理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

可視化設(shè)備管理系統(tǒng)在維修、安全、知識(shí)等管理方面具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。

3.1 直觀的虛擬場(chǎng)景輔助設(shè)備維修管理

實(shí)踐證明，設(shè)備發(fā)生故障與事故30%以上是由工作人員失誤造成。操作使用的不規(guī)范、維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃有效執(zhí)行困難、檢維修工作缺少指導(dǎo)性都能造成設(shè)備故障與事故?？梢暬O(shè)備管理系統(tǒng)通過制定規(guī)范的作業(yè)計(jì)劃，建立標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)制度來指導(dǎo)日常檢維修工作，利用三維虛擬場(chǎng)景強(qiáng)大的空間分析能力，直觀展示設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)、內(nèi)部構(gòu)造和拆組裝步驟，幫助檢修人員正確執(zhí)行操作，提高維修效率，保證維修質(zhì)量，減少設(shè)備故障發(fā)生率，間接增加企業(yè)利潤(rùn)。

3.2 提升設(shè)備安全管理水平

設(shè)備安全管理的基礎(chǔ)是消除生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和環(huán)境中的各類危險(xiǎn)源。危險(xiǎn)源的消除可使用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備管理系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的分析，找出不合理的環(huán)境要素，采取重新布局、環(huán)境改造、再設(shè)計(jì)、改建、加裝防護(hù)設(shè)施、現(xiàn)場(chǎng)定置化管理等措施解決；運(yùn)行危險(xiǎn)源可通過對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)加裝防護(hù)、報(bào)警裝置，強(qiáng)化員工安全防護(hù)、勞動(dòng)保護(hù)和培訓(xùn)，或?qū)υO(shè)備工藝的再設(shè)計(jì)和改進(jìn)來根本解決；人為操作危險(xiǎn)源可通過對(duì)操作規(guī)范訓(xùn)練和嚴(yán)格管理，糾錯(cuò)、防錯(cuò)程序設(shè)計(jì)，可視化的作業(yè)提示來減少和避免［5］?？梢暬O(shè)備管理系統(tǒng)可根據(jù)企業(yè)特點(diǎn)，制定各種事故預(yù)案、工藝流程展示、設(shè)備周邊場(chǎng)景展示等，為安全培訓(xùn)和應(yīng)急事故預(yù)案提供信息支撐，增強(qiáng)員工的風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)及應(yīng)急防護(hù)能力。

在設(shè)備維修、維護(hù)方面，可視化設(shè)備管理系統(tǒng)基于三維虛擬場(chǎng)景，按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，包括作業(yè)背景、作業(yè)場(chǎng)景及作業(yè)人員等，模擬出設(shè)備維修保養(yǎng)的演練環(huán)境，為維修人員提供可視化培訓(xùn)，加強(qiáng)受訓(xùn)者臨場(chǎng)感覺，提高作業(yè)培訓(xùn)質(zhì)量，增強(qiáng)員工維修設(shè)備的技能，為企業(yè)的工藝改造、規(guī)范訓(xùn)練提供實(shí)時(shí)的場(chǎng)景化應(yīng)用工具，提高企業(yè)管理水平和質(zhì)量，最大化地減少企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

可視化設(shè)備管理系統(tǒng)還可以進(jìn)行現(xiàn)實(shí)中無法開展的危險(xiǎn)演練，使受訓(xùn)者能在視覺上得到體驗(yàn)，進(jìn)而在事故發(fā)生時(shí)能做到臨危不亂、合理調(diào)度、科學(xué)指揮、快速修復(fù)。

3.3 全息手段提升知識(shí)管理的應(yīng)用能力

知識(shí)管理的對(duì)象是資料、資訊、知識(shí)和智慧的集合。資料、資訊、知識(shí)是指處理固定狀況的依據(jù)，智慧是指能自動(dòng)判斷，并采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)措施。知識(shí)管理不僅是管理知識(shí)，更重要的是促進(jìn)員工在整個(gè)企業(yè)流程中最大程度地發(fā)揮其所具有的知識(shí)?？梢暬O(shè)備管理系統(tǒng)在三維場(chǎng)景中，直觀展示設(shè)備模型、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境、圖紙手冊(cè)、工藝流程和維修步驟等歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，組織具有針對(duì)性的培訓(xùn)，提升員工在設(shè)備管理方面的智慧，整體上提高企業(yè)管理水平，為企業(yè)創(chuàng)造額外價(jià)值。

4 結(jié)論

可視化設(shè)備管理系統(tǒng)基于三維GIS技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，直觀展示設(shè)備的基礎(chǔ)信息，包括設(shè)備構(gòu)造、總體布局、周圍場(chǎng)景情況，并動(dòng)態(tài)展示工藝流程；同時(shí)為指導(dǎo)企業(yè)動(dòng)態(tài)演練提供支撐，實(shí)現(xiàn)可視化應(yīng)急演練培訓(xùn)和動(dòng)態(tài)檢維修指導(dǎo)，從整體上提高設(shè)備管理技術(shù)水平，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，引領(lǐng)設(shè)備管理從單一的數(shù)據(jù)化走向形象化和直觀化，使管理更加科學(xué)化和精細(xì)化，推動(dòng)設(shè)備管理的長(zhǎng)足發(fā)展。

［1］蘇 欣，潘亞東，章 磊，等.油氣管道完整性管理［J］.天然氣與石油，2008， 26（3）：10-14.Su Xin，Pan Yadong，Zhang Lei， et al．Oil and Gas Pipeline Integrity Management［J］.Natural Gasand Oil，2008，26（3）：10-14.

［2］馮 恒.談設(shè)備管理發(fā)展趨勢(shì)［J］.設(shè)備管理與維修，2011，（z1）：32-33.Feng Heng．The Development Trend of Equipment Management［J］.Equipment Management and Maintenance，2011， （z1）：32-33.

［3］李 明，王 非，康 智，等.三維配管設(shè)計(jì)軟件AutoPLANT在西氣東輸站場(chǎng)工程的開發(fā)應(yīng)用［J］.天然氣與石油，2005，23（5）：17-25.LiM ing，W ang Fei，Kang Zhi，etal．The Developmentand Application ofAutoPLANT Piping inW est-EastGasStation Project［J］.NaturalGasand Oil， 2005， 23（5）：17-25.

［4］馬 晟，李 瀾.淺談電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)可視化技術(shù)平臺(tái)應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究，2011，（27）：2-3.Ma Sheng，Li Lan． Applications of Visual Power Equipment State Inspection Technology Platform ［J］. Theory Research of Urban Construction， 2011，（27）：2-3.

［5］王廣生，雷少成.煉油廠存在的安全問題及應(yīng)對(duì)措施［J］.天然氣與石油，2012，30（3）：2-3.Wang Guangsheng，Lei Shaocheng. Security Problems Existing in Oil Refineries and their Solutions ［J］. Natural Gas and Oil，2012， 30（3）：2-3.