虚拟世界和真实世界的纽带

巴斯夫公司数字工厂项目负责人Michael Höchel先生

从3D模型到虚拟现实的模拟——数字工厂逐步地从规划设计工具发展成了流程设备管理的工具。在这一发展变化过程中，数字化也在流程工业企业的产品生产中显得越来越重要，实时传感器技术、大数据、智能数据和与此相关的全新技术服务方案，这就是2016年10月PROCESS杂志举办的第六届数字工厂论坛的中心议题。

德国Dechema协会2016年9月公布的白皮书“化学工业企业中的数字化”意义深远，例如2016年10月5日、6日两天在德国维尔茨堡召开的第六届数字工厂论坛的总结：全数字化控制的、建立在数字化流程设备基础之上的综合化工生产基地。其主导思想是：为复杂的流程工艺设备开发数字化的3D模型，从流程设备的规划设计、生产制造和安装调试开始，在流程设备的整个寿命周期内都可以使用的3D模型。而公认的流程设备寿命周期一般为20~30年。对

大多数流程设备运营商来讲，这一切都还是一个美好的远景。白皮书仅仅是为了唤起人们的关注吗?无论如何，在此次论坛上150余位专家学者反映了贯彻实践中的许多细节问题，进行了深入的讨论，交流了日常工作中遇到的阻力，以及克服这些阻力的办法。

在多少有点紧张的气氛中人们期待着巴斯夫公司数字工厂项目负责人Michael Höchel先生的报告。众所周知，流程工业领域中长期以来的第一号目标就是，每一台真实的流程设备都有一个完整的、可供智能化网络使用的数字化图像数据。

数据：流程工业企业的新资产

Höchel先生说，数字工厂的话题已经不再局限于工程设计的范围内了，它在流程设备的寿命周期也有着重要意义和作用，甚至有着更高的优先级。从化工设备运营商的角度来讲，他认为数字工厂面临着两大挑战：如何智能化地把数字化工具连成网络?而更重要的是，如何制定实现数字化的必要过程?

Höchel先生建议小步推进。巴斯夫公司对每一个项目首先都要进行分析：是什么?可以优化什么?在工程项目中这可以是非常实际的问题，例如，“零缺陷装配”的要求。

Höchel先生讲到，此时在企业的日常工作中受过专业培训的“教练员”负责传授技术经验，书面的工作指令根本无法胜任。数字工厂的专业团队则负责开发传授如何使用数字化工具的操作模块。然后，专业团队向流程工艺负责人(例如工程技术人员、结构设计人员、设备维护保养人员)传授如何使用这些数字化操作模块。而实际操作者反馈回来的意见又常常要对制定一些新的操作模块、或者对操作模块进行修改。最终目标是，用数据管理取代文档管理。

除了技术因素之外人也是一个非常重要的因素，Höchel先生说，数字化的贯彻落实也要求流程设备操作者们适应这些变化。在其他人所做的报告中也能听到这种观点。数字化工程中也充满了人情味，不仅功能强大的数字化工具非常重要，使用这些工具的人也必须能正常工作。数字化要求流程设备操作者具有新的技能和技巧。有些工种就会完全消失，而新的工种也会诞生。例如我们需要专业性更强的数据分析人员和IT技术人员。

数字化技术开辟了流程设备寿命周期内新的经营领域吗?Linde公司的Martin Rittmeister先生的报告回答了这一问题(Martin Rittmeister先生，兼任Dechema协会计算机辅助工厂设计委员会的主席)。

他对这一问题的回答是非常肯定的，但他的肯定是有一定前提的：Linde工程技术公司在市场上的定位是一家流程设备制造商，但不是简单的技术供应商、而是要为流程设备运营商提供他们所需的专业技术知识，因为他与兄弟公司Linden Gas公司在工程项目规划设计中有着密切的合作，直至流程设备投产运行，从实际操作中反馈回来的信息可用于不断地提高流程设备的设计改进。

这种优化改进在流程设备规划设计的早期阶段就开始了，将新设计与目录中的标准设计进行比较。同时进行测试、分析的还有各个关键件的使用寿命的测试分析，例如热交换器或者压缩机。数字化就像一张X光片一样能够让人们看到原来隐藏着的东西。另外，Rittmeister先生也建议采用小步推进的方法开展数字化工程项目。

虚拟现实优化的拖拉机制造

请问，流程工业能够从拖拉机制造中学到什么呢?报告开始时绝大多数的人对John Deere公司在拖拉机厂生产计划编制过程中采用了虚拟现实的报告持怀疑态度。但这种怀疑很快就烟消云散了，John Deere公司使用VR虚拟现实技术已经有着悠久的历史了。从参加欧盟的一个虚拟现实研发项目到采购和使用Powerwall家用电池直至与曼海姆大学合作共同使用5面洞穴状自动虚拟系统，VR虚拟现实技术有目的地推动了拖拉机研发过程。

在有意义的使用VR虚拟现实技术时应注意：“VR虚拟现实技术的应用以完成了的3D模型为前提。只有在完整的3D模型可供人们原来讨论时，它才能够成为一种研发工具。例如机械师能够清楚地看到：是否能够方便地触及某个特定的螺钉。” Paul Greif先生说道。非常明显的好处就是缩短了研发时间，不再需要原型机了。“试验和错误都是在虚拟空间中完成的，不再出现在现实中。”

在谈到贯彻落实VR虚拟现实技术的挑战时Grief先生认为：人遇到的挑战比技术挑战要多很多，常常需要先让人相信虚拟现实技术。他说：“而这样的劝导常常以‘被迫自愿’的形式进行的。”

(由Deere公司出资资助的)与曼海姆大学共用的5面洞穴状自动虚拟系统也供本地区其他被邀请试用5面洞穴自动虚拟的企业使用。

Chemstations公司的Armin Fricke博士说：对数据安全重要性的认识也越来越高，作为一个独有特征，它可以给每一个企业带来更多的商业附加值。没有一家流程设备生产厂或者运营商希望把自己的秘密泄露给外界。而企业间的数据交换则是一个比较令人头疼的问题，只需举手之劳很快就会有数以百万计的数字化孪生兄弟。使用OPC UA通信技术协议似乎是最好的解决方案。他的建议是：“想想你的数字化对象。”在项目的规划设计阶段就要决定哪些数字化对象是可以对外公布的。

匿名是正确的办法吗?

大会主持人、德累斯顿大学的Loen Urbas教授、博士也在他的报告中介绍了向外部技术服务商传输数据时的数据安全性问题。Urbas博士说：经典的端到端加密已经不能保证安全了。他给出的解决方案是“缩减”，有目的地减少信息。Urbas先生认为：这就提供了足够的匿名隐秘性。数据中的数值被抑制和归纳到数据组中了，必要时也可以添加一些干扰杂音。

流程设备规划设计阶段仿真模拟的好处是非常明显的：在规划设计阶段就可以通过模拟技术知道是否在生产设备和/或自动化系统中存在错误。

数字工厂论坛咖啡厅的气氛：在短短的咖啡休息时间也不忘相互交流

对此，西门子的研发人员开发、设计了一套模拟软件——Simit。利用这一软件，一整套流程设备，包含了所有设备部件、组件，所有技术数据、电动机、流程泵或者驱动装置的流程设备在安装之前就可以进行虚拟测试了。“Simt软件为未来的流程设备映射了一个虚拟双胞胎，这一数字双胞胎详细地反应所有的自动化工作步骤。” 西门子过程自动化模拟中心代理人Mathias Oppelt博士说道。例如，它能够可靠地保证在流程泵运行之前首先打开控制阀，否则就会导致流程泵的干运行，从而造成流程泵的损毁。

虚拟的双胞胎加快了工程设计的速度

“当所设计的流程设备有了数字化的虚拟双胞胎、并对它进行了模拟测试之后，新设计的流程设备就能够及时的地、而且是以高效生产运行的姿态投入实际生产。” Oppelt博士说。这就缩短了工程项目的施工时间，尤其是省去了流程设备调整、试车的工作量。除此以外，还可以在新建流程设备投产运行之前就利用这一数字化虚拟双胞胎对设备操作人员进行操作技术培训。今年的论坛已经明确了在化工领域中数字化还有进一步发展的空间。在汽车制造领域中，数字化技术已经提前了一大步，这一方面是因为汽车制造业的结构(单辆汽车的生产比连续性的批量生产复杂性要低)，另一方面是因为汽车工业受到的竞争压力促使这一技术向前发展。化学工业企业也要承受这样的苦难吗?

“发展的最终目标是用数据管理取代文档管理，以流程设备寿命周期为核心的数据模型维护。”

——Michael Höchel先生，巴斯夫公司

“当所设计的流程设备有了数字化的虚拟双胞胎、并对它进行了模拟测试之后，新设计的流程设备就能够及时地、而且是以高效生产运行的姿态投入实际生产。”