上海天然氣管網(wǎng)有限公司 宣躍文

上海天然氣管網(wǎng)有限公司在燃氣輸配實際工作方面常遇到諸如巡線及新進人員對燃氣設備不熟悉、傳統(tǒng)工藝流程圖較為難辨、集中式教培難以對接生產(chǎn)實際、員工對生產(chǎn)信息不易及時掌握、設備故障解決易出現(xiàn)拖沓等問題，本文參照員工日常對信息處理、查閱的習慣，設想了這樣一個交互系統(tǒng)，通過三維可視化應用的方式，閱覽燃氣管網(wǎng)各站點設備布局、站點內(nèi)設備故障信息，對站點內(nèi)的設備及設備關鍵部位進行標識并同步上傳，保留并更新站點內(nèi)設備的狀態(tài)及運行情況，進行人機互動的教培、模擬管路上對設備操作的先后順序等，并系統(tǒng)性的對上述問題加以改進。

1 模型的建立

作為三維交互界面，首先要將生產(chǎn)中的場景進行三維化數(shù)字渲染，通過交互設備進行展示、交互操作，即對燃氣站點現(xiàn)場的設備建立三維化模型。設備中既包含站點內(nèi)與燃氣輸配相關的設備，又包含這些設備附屬的、關乎輸配生產(chǎn)中需要巡檢及保養(yǎng)維護的主要零部件。通過匯總及歸類，得出所需三維建模的主要模型類別，及通過建模時進行參數(shù)修改所得到的各個類別下的不同模型。

根據(jù)不同參數(shù)建立部件模型，如：法蘭、管道、螺栓、手輪；由不同參數(shù)的部件模型組成各設備模型，如：閥門、過濾器、調(diào)壓器、儀表；由不同設備模型組成各站點場景模型。

1.1 部件建模

燃氣輸配生產(chǎn)設備中需要巡檢及保養(yǎng)維護的主要零部件分別為：

(1)管道：各不同管徑的管道；(2)法蘭：各不同參數(shù)的法蘭；

(3)手動球閥：根據(jù)接入管道管徑大小來確定球閥主體、閥門手輪、閥門開關指示盤、進出口法蘭；

(4)截止閥或節(jié)流閥：根據(jù)接入管道管徑大小來確定的閥門主體、閥門手輪、閥門開關指示盤、進出口法蘭；

(5)旋風過濾器：旋風過濾器主體、灰斗主體、相關法蘭；

(6)安全閥：安全閥主體、相關法蘭；

(7)過濾器：分為快拆式過濾器和常規(guī)式過濾器，包括過濾器主體、過濾器頭部、表類連接處、相關法蘭；

(8)調(diào)壓器：分為飛奧立式調(diào)壓器與費旭爾臥式調(diào)壓器，包括調(diào)壓器中部主體、調(diào)壓器頭部主體、調(diào)壓器指揮器主體、切斷閥主體、信號管連接部分、相關法蘭；

(9)壓力表及壓差表：分為機械式與數(shù)字式，包括表身主體、針形閥；

(10)流量計：流量計主體；

(11)排污罐：排污罐主體；

(12)氣包：氣包主體、信號管連接部分、相關小球閥。

1.2 設備建模

燃氣輸配生產(chǎn)中需要三維建模的設備分別為：

(1)進站總閥門(包含電動閥門)；

(2)旋風過濾器；

(3)旋風旁通管道和旁通球閥；

(4)進撬體主閥門；

(5)進撬體安全閥；

(6)撬體內(nèi)各級匯管；

(7)每一路過濾器的進出口閥門、旁通閥門、放散閥門、排污閥門、過濾器本體、機械及數(shù)字式壓力表、壓差表；

(8)每一路調(diào)壓器的進出口閥門、旁通閥門、放散閥門、排污閥門、機械及數(shù)字式壓力表、調(diào)壓器本體；

(9)每一路流量計的進出口閥門、旁通閥門、放散閥門；

(10)出撬體(出站)球閥、節(jié)流閥、機械及數(shù)字式壓力表；

(11)站內(nèi)的排污罐及其上面的安全閥、消音器、排污閥；

(12)一些站點還包含了氣包等設備。

1.3 站點場景建模

將燃氣設備模型批量化建立完成后，根據(jù)站點實際設備配備情況，進行各個調(diào)壓站、計量站點、清管站點模型的組裝及調(diào)試布局，盡可能嚴格按照站點現(xiàn)場狀況進行場景建模，并進行站點和設備的歸類管理，比如：

“某A調(diào)壓站”包含這些設備：站內(nèi)各段管道、電動球閥、各個分段處的球閥、旋風過濾器、各個設備間的放散閥門、放散管道、排污閥門、排污管道、三路過濾器、三路調(diào)壓器、三路流量計、若干機械式和電子式壓力表、壓差表等設備。

“某 B調(diào)壓站”包含了一個較早建設的撬體和一個較新建設的撬體，簡稱“新撬”、“老撬”，分別包含有：站內(nèi)各段管道、電動球閥、各個分段處的球閥、旋風過濾器、各個設備間的放散閥門、放散管道、排污閥門、排污管道、三路過濾器、三路調(diào)壓器、兩路流量計、若干機械式和電子式壓力表、壓差表等設備。

1.4 屬性選項標記

根據(jù)不同設備或不同部件的特性、運行相關性，對每個站點、設備模型及零部件模型進行屬性選項標記，見圖1。屬性標注分為以下三個部分：

(1)結(jié)構(gòu)參數(shù)屬性標注：站點、設備的結(jié)構(gòu)組成、重要尺寸等；

(2)運行情況屬性選項標注：設備運行是否正常；

(3)請求與反饋屬性選項標注：對不同的屬性選項可以加上屬性變更時間。如上報維修屬性選項可以備注上報時間、上報人；已維修屬性選項可以備注維修時間、維修人等。

圖1 屬性選項標記

2 交互界面

交互界面分為上報、查閱和反饋三塊，這些都可以在三維的交互場景下完成。三維交互界面設計成可應用于移動端設備中，便于隨時查閱及使用。

部件模型建立完成后，可以打組成設備模型，設備模型再打組成場站模型。設備和場站模型都可分別設置成場景，在軟件界面中以三維的視覺形式進行展現(xiàn)，見圖2。每一個場站(場景)或設備(場景)進行瀏覽時可以在移動端設備上用手指進行拖拽、旋轉(zhuǎn)、放大、縮小，場景中的每一個設備模型及設備模型中的重要部件都可以進行選取，以便進行標記、反饋。

圖2 站點場景全局

將管網(wǎng)輸配所涉及的各個站點，包括調(diào)壓站、計量站、清管站，分別進行建模、打組、命名，軟件交互界面的初始提供站點名稱的列表和檢索，當需要查看某個站點的詳細布局和站內(nèi)的設備時，就可以通過檢索站點名稱列表，快速找到，再點擊站點名稱，進入站點三維場景交互界面，見圖3。

圖3 站點列表選擇、檢索交互界面

2.1 標記并上報

為了方便對場景內(nèi)的模型進行選擇、標記，在軟件選擇項目中可以根據(jù)大小關系、內(nèi)外關系進行快捷選項設置，設置選項依次展開，根據(jù)點選選項的內(nèi)容，在交互界面中進行場景模型的相應隱藏顯示與放大顯示操作。

根據(jù)設備狀況，可在三維交互界面中旋轉(zhuǎn)模型，點選設備模型，彈出的反饋屬性選項中選擇如：“上報維修”→“泄漏”→附上上報人姓名及聯(lián)系方式，見圖4。

圖4 通過設備選項卡查看并上報有故障的撬體內(nèi)設備部件

在三維交互界面進行設備狀況上報后，會在上報設備所在站點名稱的上角進行高亮角標提示，紅色為一級故障報修，如燃氣泄漏、設備損壞；黃色為普通故障報修，如閥門緊澀，開關較難；藍色為已經(jīng)上報過的情況，還沒有反饋或銷根處理。有上報情況發(fā)生時，會通過軟件的提醒功能，進行廣播通知，便于通知的快速傳達，見圖5。

圖5 首頁站點故障提醒卡片

2.2 查閱與反饋

當檢修人員在交互平臺進行查閱時，會看到有上報情況的站點的高亮角標提示、點擊站點名稱進入站點全景概覽、通過檢查設備狀態(tài)欄或是點擊三維場景中的高亮標識，場景會根據(jù)交互操作適應性的進行無關設備透明顯示，提高故障設備或部件的辨識度，并顯示上報設備的詳細信息如：上報人聯(lián)系方式、設備詳細位置、故障信息、維修史、螺母尺寸等，見圖6。

圖6 通過設備狀態(tài)選項卡進行信息查閱

相關員工在查閱站點情況后，可點擊情況反饋選項卡，在彈出的反饋選項卡中進行接報反饋和情況處理反饋。在站點有設備上報情況發(fā)生，產(chǎn)生高亮角標提示后，如果相關員工(如檢修人員)沒有在情況反饋選項卡中進行“維修完成”選項反饋，則站點名稱和場景內(nèi)的高亮角標提示不會消失，直到反饋了“維修完成”后，站點名稱和場景內(nèi)的高亮角標提示才會消失。這樣防止員工對情況反饋產(chǎn)生遺忘，并且對發(fā)生的設備故障等情況起到提醒作用。

3 數(shù)據(jù)分類及統(tǒng)計

在數(shù)據(jù)前臺顯示方面，可進行一些匯總數(shù)據(jù)顯示，如察看站點場景時，如果站點有過設備故障的歷史，則會生成設備歷史記錄欄，在歷史記錄欄可以顯示出站點內(nèi)有近至遠維修過哪些設備，展示為單獨的設備選項卡，點擊選項卡則會列舉出這個設備在什么時候、出現(xiàn)過什么問題、解決問題的時間。

4 教育培訓應用

三維可視化為主導的教育培訓，主旨在于交互，在于直觀。它用三維視圖的方式進行燃氣設備操作步驟的一步步解析，結(jié)合場站三維模型場景，加入相應的模型動畫與文字解說，再進行對交互人員操作步驟的記錄比對，即可形成一個針對一種設備操作的教培模塊。在教培模塊中可以按照順序，做出設備開關的先后動畫，并加以文字說明，每一步一個暫停，讓學員自己選擇進行下一步或是停在某個步驟詳細學習，這樣直觀的方式可以讓學習效率提高，并易于理解。再以三維可視化的操作方式讓學員進行模擬操作交互，并可以指出操作錯誤或遺漏步驟，讓教培不再枯燥乏味。

5 結(jié)語

三維可視化的方式是符合人類世界認知的，在三維可視化的基礎上進行生產(chǎn)中的交互、信息傳遞，能極大提高員工對生產(chǎn)環(huán)境的宏觀認識；三維可視化的方式整合了較為全面的信息閱覽，方便生產(chǎn)信息透明化，減少員工們的生產(chǎn)全局盲區(qū)；三維可視化的應用在技術飛速發(fā)展的現(xiàn)在和未來，會是改變我們生產(chǎn)和生活的重要方式，也將會讓燃氣管網(wǎng)輸配管理提升至新的臺階。