Разработка виртуального пространства химического производства

В настоящее время, когда растет степень использования компьютерных разработок на существующих промышленных предприятиях. В результате, растет актуальность исследований, в области создания «Цифровых двойников промышленных производственных процессов», которые начались ещё в 2000-х годах. Цифровой двойник – это динамическая виртуальная копия физической сущности или процесса в реальном времени, которая используются для понимания, изучения и обновления процессов производства. В данном проекте было разработано виртуальное пространство технологического производства метанола. За основу для моделирования взята технологическая схема получения синтез-газа и производства метанола реального химического завода, смоделированная в специализированном пакете Unisim Design в динамическом режиме. После переработки технологической схемы в UniSim Design и получения упрощенной схемы производства метанола, полностью отражающей основные элементы производства и имеющей минимально допустимые различия в свойствах и составе выходного продукта, для отображения в виртуальном пространстве был разработан генеральный план создаваемого виртуального производства. При его составлении учитывались: регламент, спецификация на оборудование, нормы и стандарты разработки генерального плана предприятия, а также материалы по уже имеющемуся производству (спутниковая фотосъемка, геолокация, фото и мультимедийные материалы по внешнему виду производства). Закончив составление плана производства, приступили к моделированию необходимых аппаратов, трубопровода и иных конструкций. При создании 3D моделей учитывались технологический регламент и спецификации на оборудование. В случае нехватки информации использовались данные о типовых аппаратах, а также фото и видео материалы, для упрощения понимания внешнего вида конструкций. При создании 3D моделей использовались такие программы, как: Autodesk 3ds Max, AutoCAD, Blender, SolidWorks. Завершив создания 3D моделей в выше перечисленных программных обеспечениях, их экспортировали в формат FBX. Сохранение графических объектов в формате FBX позволяет получить объекты с сохранением их размеров без искажений, что существенно упрощает дальнейшую работу, так как метрическая система в Unity, работает иначе, чем привычные нам измерения расстояний и габаритов. Имея генплан расположения объектов, а также 3D модели аппаратов, деталей трубопровода, вентилей, и иных конструкций приступили к размещению объектов в виртуальном пространстве. Для этого использована платформа Unity. Сборка технологического производства в виртуальном пространстве, не привязана к конструкционным особенностям отдельных аппаратов. В связи с этим технология импорта и добавления элементов в виртуальную схему в Unity универсальна и может быть использована в других проектах. Добавление каждого из аппаратов проходит в несколько этапов: 1. Выявление места расположение аппарата. 2. Импорт в Unity соответствующей 3D модели. 3. Установка аппарата в нужном месте с помощью изменения его координат. 4. Задание необходимых свойств и материалов данной модели, с учетом технологических норм и спецификации. 5. Добавление свойств Box Collider и Rigidbody. Это необходимо сделать для придания дополнительных свойств объектам. 6. Присоединение нового аппарата к уже созданной схеме, посредством добавления нужного количества моделей элементов трубопровода (фланцев, фитингов и т.д.), добиваясь сходства с реальными технологическими линиями. После завершения создания технологической схемы производства метанола в виртуальной реальности для большего понимания сути технологических процессов и физико-химических явлений, протекающих в отдельных аппаратах необходимо вывести справочную информацию. Для этого добавлены панели с текстовыми полями, содержащие следующую информацию: названия аппаратов, кратко их технологическое назначение, величины основных технологических параметров (температуры, давления, концентрации и т.д.). На заключительном этапе создания виртуального приложения добавлены анимации: движения потоков, вращения различных частей аппаратов и вентилей, аварийных ситуаций на производстве. В частности, в случае течи в трубе или аппарате появляется туман. Данные анимации создаются с помощью свойств и функций, доступных в платформе Unity, и скриптов, написанных на языке программирования C#. Анимации дают более полную картину о промышленном производстве, и имеющих в нем место химико-технологических процессах. Для большего удобства при перемещении по виртуальному заводу, добавлены телепорты и транспортное средство, благодаря чему на движение тратится значительно меньше времени. Таким образом, в рамках данного проекта были разработаны: • динамическая модель промышленного производства метанола в программе Unisim Design; • генплан виртуального производства; • виртуальная модель производственного процесса; • панели, отображающие состав и свойства потоков в аппаратах; • анимации для демонстрации движения потоков, принципов работы аппаратов, аварийных ситуаций на производстве.