探讨石化企业过程模拟虚拟现实仿真与可视化原理方法

马斌　廖勇

摘 要：本文以石化企业多层次业务需求管理的可视化集成仿真为平台。并就虚拟现实可视化平台总体结构设计以及企业过程模拟虚拟现实仿真与可视化原理方法做出了简要的阐述。

关键词：石化企业 可视化建模 数据库设计 可视化仿真平台

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0020-01

目前，石化企业对于自身的发展提出了越来越高的要求，例如，在综合经济指标、减少能源消耗与保护环境等方面。研究人员从不同层面对企业进行深入研究，如生产过程控制、计划调度、物料平衡、供应链管理等。仿真技术是研究这些企业行为的重要工具，通过模拟仿真可以揭示企业的生产运作规律，并且根据仿真优化对企业决策进行辅助支持。站在企业不同层次与岗位的决策人员，对于企业各个方面的行为和应用需求是不同的，观察到生产过程信息也是不同的。因此，从这些方面来看，多角度的企业集成仿真技术意在改进企业的运行与管理，正确运用这项技术对企业的影响越来越不容小觑。

1 石化企业虚拟现实可视化平台总体结构及设计

1.1 石化企业可视化平台总体框架

石化企业可视化仿真平台总体框架可分为三个层面[1]：（1）虚拟现实可视化系统；（2）数据库系统；（3）仿真系统。首先，虚拟现实可视化系统为信息资料的显示和人机交互的直观可视化创造了良好的技术条件，该系统可模仿企业的生产与控制过程，并在人机交互系统中设计发出口令，口令发出后便可连接数据库保存信息，从而顺利打开仿真系统的界面。其次，口令被仿真系统成功识别，仿真的相关程序即可开启，仿真系统运作后得出的数据会被记录到数据库中，模拟可视化系统识别此次运作数据，生产的相关数据资料就可以达到可视化的效果。因此，上述组成可视化平台的三个系统是数据与信息资料间的桥梁，它们缺一不可，是组成完整的石化企业可视化平台的重要要素。

1.2 全过程可视化模型整体布局设计

对全过程的可视化模型做出整体的布局设计与安排，一方面便于彰显石化企业整个过程中所有机械运行的准确性和高效性，另一方面也可以更加形象的表现那些机械装置的安置情况。如果不能达到这个效果，那么，不断聚集的可视化3D结构模型就会出现一系列失误，得出的结果也会脱离实际情况。于是，失误频繁的三维可视化环境就会给浏览者造成困扰，为他们提供错误信息，影响其作出判断。这些失误可能是机械装置之间安置不合理，进出侧线的位置不准确。因此，如要设计一个更加完善的3D结构模型，首先做出一个石化企业全过程可视化模型整体布局设计就显得尤为重要。企业整体的布局平面图设计完成后，全过程中每个可视化单元的模型便能够依据现实技艺进行创建，之后便可依据平面设计图和三维空间位置进行单元模型的构建，从而将模拟的三维可视化模型真实化。

1.3 全流程装置机理模型

出于可虚拟装置机理转作流程的考虑，应该创建全流程内在机理模型，进而可以直观地观察机械中物理方面或是化学方面的改变进程，揭示其运转规则。全流程装置机理模型可以分为稳态和动态模型两种。从工艺角度出发，研究及注意的焦点为变量的变化输入后，得出的变量稳态值的改变规律，这便是所谓的稳态模型；然而，动态模型指的是从此个稳态值至另个稳态值的改变，它的利用可使结构的控制与设计甚至是生产中的实际操作更加便利高效。原因是控制系统的设计初衷便是为大大减少动态响应所消耗的时间，于是，就势必要创建相应的动态模型，并且使用它了解输入变量变化得出的动态响应结果。通常情况下的数学模型为非线性模型，这种繁杂的模型涵盖[2]：（1）代数方程时间自变量的常微分方程，这种情况下为集中参数模型；（2）时间与空间自变量的偏微分方程，该情况下为分布参数模型；（3）空间自变量的偏微分方程，这时是分布参数模型。假如仿真的全部时间是已知确定了的，这时使用偏微分方程进行解决是再合适不过了。

2 石化企业过程模拟虚拟现实仿真与可视化原理方法

2.1 基于虚拟现实的石化企业过程模拟仿真概述

在石化企业中，许多装置因长期的不间断运作，温度与压力远远高于正常值，极易突然产生燃烧或爆炸。在此状态下进行实验不仅会增加资金损耗，承担的风险也会难以预计。所以，仿真技术的创建就为在恶劣的实际环境中做必要的科学实验提供了可能，这一技术对实验的进行、研究的发展以及员工的培养都大有裨益。石化企业在化工生产安全、油田勘探与生产等层面已经开始使用虚拟现实仿真，不过这一技术有其自身的不足，即没有能为系统化提供平台的集成仿真系统。虚拟现实技术和系统仿真技术融合在一起不仅可以显示一种可视的、真实的仿真过程与人机交互过程，还对石化企业进行科学试验、项目研究、员工培养有很大帮助。

2.2 集成仿真数据库平台的设计与实现

石化企业的虚拟现实可视化环境创建完成后，就应进行集成仿真数据库平台的相关设计，这样可以把集成仿真平台模型和数据资料一起保存下来，从而在虚拟现实可视化平台上显示出模型的相关资料。石化企业的集成仿真数据库平台的作用是：表现数据库相应的数据种类；表示数据之间的相互关联；进行数据库限制等。基于多层次建模理论的考虑，并参考建模策略，建立模型时首先能在PCS底层构建完善健全的基础模型，再经层次建模模型得到MES＼ERP的数据结构模型即可。

3 结语

本文基本上介绍的是石化企业可视化平台结构与框架的设计原理及过程，其中，最主要的内容为可视化建模的原理、数据库平台和可视化仿真平台的设计与实现。这些设计原理及过程的介绍并未将焦点放在某些流程上，因此有着通用性及一般性的特点。根据3D结构模型和装置机理模型进行可视化环境的创建时，着重点便放在了集成数据库平台和可视化仿真平台的设计实现上。与此同时，本文对集成数据库平台技术设计的原理及实现过程做了详尽且细致的描述，而且在多层次集成仿真的基础上，将可视化仿真与人机交互界面结合起来，从而完成了多层次可视化集成仿真平台的创建与应用。

参考文献

[1] 曹爽，王峰，赵峰臣，等.模拟、虚拟、仿真及模拟仿真与虚拟现实的区别[J].电脑迷，2013（7）：87-88.

[2] 李冉.虚拟现实技术在工程建模和仿真中的应用[D].河海大学，2005.DOI：10.7666/d.y819192.