在化工安全培训中，受训者在VR设备中看到的画面。
数字孪生化工厂
“数字孪生”（Digital Twin），指以数字化的形式反映实体的全生命周期过程。它利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，成为虚拟空间中对实体产品的镜像。
在数字驱动成为制造业发展趋势的今天，“数字孪生工厂”，通过对现实生产体系的准确模型化描述，打通物理世界和虚拟世界，将大幅推动产品在设计、生产、维护及维修等环节的变革，成为智能制造、“工业4.0”的技术基础和发展趋势。通用电气、微软、阿里巴巴等企业已在一些领域和环节运用。
在我省，创客们将目光瞄准化工行业的数字孪生建设，为迅速发展的化工行业构建数字厂区，工艺模拟仿真和应急预案仿真培训等，让化工企业变得更安全、更智慧。
数字再造工厂有了智能“替身”
“初步处理的乙二醇富液首先经过预处理系统，经过三相闪蒸后，在含乙二醇的水相中加入碱液，使二价盐形成沉淀并经过滤处理……”12月10日，记者来到位于福州的福建幻视文化科技有限公司（以下简称“幻视科技”），在电脑屏幕中看到，某工厂按1∶1比例进行仿真的3D动画模型中，技术运行机理、设备内部结构和反应原理，以及每个管道物料走向、反应器内发生的反应，物料配比、压力、温度等参数……在精细的画面中一目了然。
点击模型中任一系统、设备，记者如同进入强交互电子游戏，以“第一人称视角”在3D模型中漫游，可以随时查看设备仪表实时数据和PID图（工艺管道及仪表流程图）。
“这是我们为中船重工打造的海上可燃冰开采附属设备MRU（乙二醇再生与回收系统）中试项目的数字孪生。”幻视科技CTO林筹高介绍说，通过Aspen（一种流程模拟软件）做数据模拟并打造数据平台，该项目的各项参数、仪表数据，能实时连接到3D数字孪生平台中进行可视化显示；待中试投产后，该数字孪生平台可以对接DCS（分布式控制系统）进行显示。
自2016年在福州创立以来，幻视科技整合来自五环设计院、东华设计院、福州大学石油化工学院等的专业团队，聚焦化工行业，致力开发“数字孪生化工厂”，目前已获得10多项专利，2019年获评国家级、省级高新技术企业。
“数字孪生工厂，通过把数据在虚拟空间里面进行分析、仿真、展示，与生产现场实现双向信息流动，对生产过程进行控制，已成为许多国际大企业的目标和方向，在我国也方兴未艾。”林筹高介绍说，对化工企业来说，其应用有很大意义。
比如，化工厂一旦出现安全应急事故，传统做法仅排查哪个节点出现故障，就要浪费不少珍贵的时间。但建立数字孪生化工厂后，可以提前对安全隐患进行排查，实时看到隐患点的数据，故障点一望而知；针对安全隐患可提早准备应急预案，提高处置效率。“随着国家对危化企业的应急预案有了更高要求，数字化助力危化企业安全应急，也逐渐成为行业方向。”
“再如，工厂想对工艺流程、节能环保或产量进行优化，那么生产的极限条件在哪？在某一步骤进行改变后，会有什么样的影响？这些都可以通过数字孪生工厂进行模拟，从而准确预判，这也是未来智能化生产的基础。”他说，还有员工的工艺培训、安全培训……通过数字化的模拟，能更真实、更有效，综合成本更低。
他们的数字孪生工厂如何实现？幻视简单总结为“做出来”“用起来”“活起来”——
首先对实际的工厂按1∶1比例进行3D建模，通过次世代渲染，传感器将生产参数适时接入显示；基于真实建模，通过蓝图系统打造专业性交互；基于Aspen进行工艺模拟，实用3D动画表现工厂运行机理、设备内部结构和反应原理。
经过几年的研发，幻视科技积累了丰富的模型库，对300多个专业化工设备创立了内部结构和真实化工反应动画，可迅速建立化工厂3D数字厂区，并进行化工工艺模拟培训、应急预案培训、技能培训等。
虚拟操作安全培训更高效
头戴眼镜、手握手柄，在空地上漫步，虚空中指点……这不是在玩VR游戏，而是中石化加油站的员工在进行一场严肃的油库巡检规范操作考试。
记者穿戴上VR设备，进入系统，也体验了一回加油站员工的灭火应急操作培训。通过环视周边、手柄收放，记者在AI的提示下，完成了提枪加油、发现汽油火情、寻找灭火设备、操作灭火器、覆灭火毯等一系列操作，过程中真实布景、顾客反应、周边同事协同……令人如临现场。
“这是我们和中石化合作的员工培训项目。”幻视科技联合创始人、CEO陈宇辰说，超越了传统“师带徒”、现场演练等方式，项目对油库加油、卸油和巡检等过程归纳出100多个隐患点，为员工设计1∶1高仿真、可交互的虚拟受训环境。在360度环绕的三维虚拟环境中，受训者可以直接使用抓握等肢体动作，与虚拟物品做交互，练习正确的设备操作流程和方法；还可以进入设备内部，或进行快速拆解等现实中难以实现的操作。
“受训人员所有的位移和肢体动作可1∶1映射，加上眼动识别、表情捕捉等技术，可以让以往难以量化的安全操作标准化训练、考核。”他说，AI还将记录受训人员的错误操作并进行打分，最后形成个人的电子作业报告。“相较传统方式，虚拟现实安全培训不仅高效，而且安全、重置成本低、试错成本低，不影响实际生产。”
随着安全生产日益受到重视，这样的安全培训日益受到化工企业和管理部门的青睐。在泉港化工区，一个占地300多平方米、拥有30台站立式VR设备的“VR化工安全培训基地”已经落成，即将投入使用。
“根据国家安监总局标准，有18种重点监管的危险化工工艺，我们根据化工企业紧急预案进行内容定制，包含储罐泄漏、着火、爆炸、危废处置、有毒气体泄漏等化工安全培训模块。”陈宇辰介绍说，受训者在手机端、PC端和培训中心等不同形式中，都可以进行化工安全培训。
基于VR技术的安全培训，除了助力化工行业安全生产，还在社会生活中有了更广泛的应用。
“学习海姆立克急救法（抢救急性呼吸道被异物阻塞从而引起呼吸困难的方法）时，如果对幼儿施救，姿势是否正确？该用多大的力道？幼儿会有怎样的反应？以往使用假人，难以获得真实经验。”在宁德师范学院，学生穿戴上VR设备，对配有传感器的娃娃实施海姆立克急救，看到的、感受到的如同真实的幼儿一致。陈宇辰介绍说，在我省，福州大学、福建师范大学、闽江学院等高校都与幻视科技开展了不同领域的虚拟仿真合作项目。
