虚拟是新的现实

在石油和天然气行业，工程、控制室或现场的失败都不是一个选项，因为它可能导致悲剧——从经济损失到环境破坏乃至死亡。

这方面的例子有:2010年墨西哥湾的深水地平线(Deepwater Horizon)石油钻井平台爆炸，造成11名工人死亡，17人受伤，约490万桶原油泄漏到墨西哥湾，对海洋和野生动物栖息地造成广泛破坏;2005年得克萨斯城炼油厂爆炸，造成15名工人死亡，170多人受伤;Piper Alpha-on被认为是史上最严重的海上油田灾难——1988年在英国北海地区发生火灾，造成167人死亡。

这些事故造成了数十亿美元的损失，但没有什么比生命损失更令人震惊的了。而且，不幸的是，大多数事故都可以归咎于人为错误。根据Piper Alpha事件的描述，火灾是由于未完成的泵和安全阀维修工作，没有通知夜班工作人员。夜间工作人员继续他们的正常工作，打开了一个备用泵，导致了几次爆炸。

这些事件沉重地压在制造主管和工厂经理的心里，他们是事故的最终责任人。这就是为什么加拿大能源公司Nexen(现在是中海油(China National Offshore Oil)的子公司)拥有模拟培训专家斯坦•汉密尔顿(Stan Hamilton)，为尼克森的员工配备操作员培训模拟器(OTS)。

Nexen拥有油井和中央处理设施，可从使用蒸汽辅助重力排水(SAGD)技术提取的沥青中生产优质合成原油。设备的生产过程是由控制程序控制的爱默生集散控制系统(DCS)。但在操作人员掌握这些技术之前，他们必须花6个月和160个小时进行培训施耐德电气的SimSci Dynsim动态过程模拟器。

汉密尔顿说:“它提供了一个完整的实践体验，人们可以探索如果他们做某事会发生什么，而在现实世界中，你是无法测试的。”“它让学员有更多的灵活性，去探究为什么你不能做某些事情。”

Hamilton已经使用OTS大约8年了，从DCS配置的模拟和设计开始，直到7年前在阿尔伯塔的Fort McMurray工厂推出它。他说，现在，所有东西(除了公用事业)都是模拟的，这让操作人员能够完全了解他们的行动的影响。该软件还使有经验的过程工程师能够测试与工厂设备相关的假设场景。

模拟培训正迅速成为劳动力发展的重要工具，特别是在石油和天然气、化工、能源和矿业等高风险连续过程环境中。这就是为什么OTS市场正在扩大。除了施耐德电气,霍尼韦尔过程解决方案，西门子，GSE系统和其他公司提供模拟和沉浸式3D技术，旨在为制造工人提供公司现有设备、控制系统、程序和流程的虚拟体验。这些工具并不便宜，但这是许多公司准备进行的一项投资，以加速退休的婴儿潮一代和新员工之间的知识转移。

模拟软件和沉浸式技术有一种游戏般的感觉，这对千禧一代很有吸引力。在沉浸式虚拟环境中，用户可能会戴着头戴式虚拟现实护目镜，使用Xbox控制器在3D植物周围导航。它提供了一个无风险的体验，以查看设备的布局和如何在紧急情况下作出反应。作为一个附带的好处，这项技术可以让这些孩子保持对工作的兴趣和对工作的兴趣，而不是他们通常2到3年的注意力跨度(许多人在这段时间内跳槽)。

当然，还有一些与安全相关的监管问题，使得投资虚拟现实培训应用成为当务之急，因为没有哪家公司希望因为核电站发生事故而登上新闻头条。

从入门级到专家级

最终的目标是尽可能快地提高工厂的熟练程度。行业专家表示，模拟可以大大提高学习记忆率。据美国国家训练实验室(NTL)应用行为科学研究所称，学生平均能记住5%的课堂上听到的内容，10%的阅读内容，以及20%的视听展示内容。再加上模拟——这让他们能边做边练——学习的记忆力就会跃升至75%。

“使用沉浸式技术的留存率更高，因为人们可以生动地记住工厂的所有地点和特征，”咨询公司的首席顾问贾尼斯•阿贝尔表示ARC咨询集团．她说，这种类型的3D技术已经被用于培训医生和飞行员，在制造环境中非常有意义。

GSE Systems流程业务单元的营销和销售副总裁Bruce Manthey说，模拟也加快了学习的速度。如果没有模拟工具，可能需要5到6年的时间，才能将一个人从入门知识基础提升到成为一名自主董事会操作员所需的中级水平。他说:“有了这些工具，你可以把时间缩短一半，大约2年半到3年。”

霍尼韦尔过程解决方案(Honeywell Process solutions)运营商能力先进解决方案产品总监John Roffel对此表示赞同，但他补充说，许多公司正在进一步开展培训，以实施能力可持续性项目，因为许多人在岗位上工作的时间不够长，甚至达不到最低能力水平。

印尼国家石油公司(Pertamina)的作业人员在实际操作DCS或炼油设备之前，会使用2D模拟和3D沉浸式应用程序。

印尼国家石油公司这家印尼国有石油和天然气生产商在全国拥有六家炼油厂，每天加工约100万桶原油。该公司寻求通过承诺过程安全操作和设备可靠性，工厂运营管理和人员发展来改善其最大的炼油厂之一。2008年对其Balongan炼油厂的现场调查显示，印尼国家石油公司的操作人员培训主要由高级操作人员通过课堂和在职培训进行。这是一个非正式的、由导师领导的项目，授予学员的资格是主观的——取决于课程导师的判断。因此，印尼国家石油公司认为，他们需要对操作员的培训进行改革，以形成一种可持续的模式，从其老化的劳动力中获取知识，确保一致的标准，并致力于现场的安全性、可靠性和效率。

印尼国家石油公司过程控制和炼油技术过程顾问Herry Saleh表示:“避免停工和操作人员的安全是我们的主要关注点。

使用霍尼韦尔的uniim胜任力套件仿真软件和霍尼韦尔旗下的UOP精炼技术，开发了培训课程并创建了结构化和一致的培训模型，为Pertamina提供了一个全面的基于仿真的培训计划，包括练习册、针对炼油厂的设备、流量和标签名称进行定制化评估。UniSim增加了实时动态仿真，反映了DCS的HMI，以及预先配置的培训练习和捕获培训记录的能力。

现在面板操作人员已准备好关闭或启动单元过程。现场操作人员已做好准备，随时支持DCS操作人员。而且，面板操作人员必须定期根据他们的专业水平通过特定的过程模拟方案。

人类的元素

培训和能力管理很重要，因为员工是企业的资产。人们拥有知识产权和身体特征，这对工厂的运营至关重要。GSE的Manthey说:“没有训练有素的操作员，你就无法运营一个工厂。”“你不能按下DCS上的‘前进’按钮，然后期望产品从另一端出来。你必须有人参与进来。”

鉴于人们的学习方式不同，而且是分阶段的，GSE为入门级操作员提供了一系列的学习选择——从用于帮助人们掌握基本技能的基于web的教程到通用模拟器(带有通用工具和图形显示的类似dcs的界面)。另一方面是交互式2D OTS和3D沉浸，包括高保真模拟，与每个主要DCS接口，以反映真实操作。

事实上，拥有一个高保真的模型是很重要的，ARC的Abel说，因为它使仿真应用程序能够精确地模拟DCS所做的事情。“它必须准确(反映)系统将如何回应。”

然而，获得一个精确的模拟模型本身就是一个需要时间的过程。

通过使用UniSim 3D Connect，操作团队和个人可以在真实的环境中体验物理工厂和模拟事件。

施耐德电气SimSci的产品营销人员约瑟夫·麦克马伦(Joseph McMullen)说，高保真度有一个阶段性的方法。在设计工厂时，你希望让人们熟悉流程。因此，首先，您应该实现一个通用的模拟器来表示原油蒸馏单元，对操作人员进行典型的启动程序(不是针对公司的设备)的培训。一旦这是设计，控制系统策略和精确的尺寸可以添加，以便模拟器开始表现相同。当然，控制系统总是有升级，在这种情况下，模拟器应该首先升级——在实际工厂部署之前发现错误，并保持模拟器的最新变化。

SimSci模拟控制过程(SCP)使用与施耐德电气的Foxboro控制系统相同的控制逻辑，并结合了Dynsim的建模能力，后者用于过程设计、运行分析和OTS。

“当使用完全相同的代码时，你会得到完全相同的行为，”麦克马伦说。SimSci SCP也有用于第三方dcs的模拟器，但可能需要更长的时间来同步控制逻辑，他说。

在Nexen, SimSci Dynsim与Emerson的DeltaV一起使用，Hamilton大约每六个月更新一次模拟器，以反映单元的增长和变化。让操作员回来接受培训也很好。他说:“如果你有一个非常稳定的部门，而且运营人员一年多都没有发现问题，当问题真的出现时，知道该做什么就不是那么好了。”“所以让他们经常玩模拟游戏是个好主意。”

汉密尔顿还在试用SimSci eyeesim，这是一个沉浸式培训系统，使用高保真3D流程模拟和工厂的虚拟演练。“我们正在探索它的价值，”他说，并指出这将是一个很好的培训工具，为现场作业者。

这不是游戏

西门子Comos Walkinside 3D可视化系统可应用于任何行业，主要用于石油和天然气组织的标准操作程序和紧急情况培训。为了创建虚拟环境，从工程中获取三维CAD数据，并将其转换为虚拟现实模型。通过与Walkinside的接口，可以链接相关文档，如工作许可、维护活动，甚至显示在发生爆炸时需要携带哪些备件的图形。

西门子公司Comos产品营销经理Manuel Keldenich表示:“Walkinside的好处在于，我们能够处理真正的大型模型，如石油钻井平台，让用户能够像在游戏中一样移动。

但这不是游戏。它包含了可能意味着生产力和灾难之间的差别的严重情景。因此，虚拟模型中包含了完整的逃生路径，用于演练疏散过程。声音效果和风向完成了逼真的设置。一旦现场操作员身体在海上平台上,他们可以用笔记本电脑看3 d模型与DCS这警报时他们可以检查模型,甚至在陆地上与专家沟通找出问题并迅速找到解决方案。

另一个不断发展的培训现场技术是智能眼镜和智能手表形式的可穿戴计算。5年前，APX Labs从士兵佩戴的智能头盔等军事应用开始，引领了可穿戴技术潮流。从那时起，它发展成为公司的后端软件天窗，可以向装配线或钻井平台上的制造现场服务技术人员推送指令。

APX实验室首席执行官布莱恩•巴拉德表示:“不用抬头看指令，而是在视野中。”“它消除了猜测。”当你需要指示时，你如何得到指示?“你问眼镜，”他说。天窗的最新版本包括工作管理流和语音命令。

无论是可穿戴技术还是虚拟现实技术，这些进步对于制造业的未来都是非常重要的。巴拉德说，这是因为他们正在将制造业“重新人性化”，以吸引新的人才。“制造商必须确保他们在增加劳动力，因为机器人并不是解决过程中每个环节的答案。”

更重要的是，千禧一代告诉我们，每一代人学习的方式都不一样。制造商的文化已经从“告诉我该做什么”转变为“这对我有什么好处?””心态。然而，OTS和沉浸式环境可以通过提供一种帮助任何一代人保留信息的体验来弥合文化鸿沟。

尼克森的汉密尔顿说:“我们的劳动力包括刚大学毕业的孩子和准备退休的人。”“你必须了解人们的工作方式。”