智能工廠如何運用可視化進行設備管理
——TnPM精益設備管理軟件三維動態(tài)模型介紹

特約撰稿人：學府咨詢集團廣志信息科技有限公司 袁岳鋒

·業(yè)界視點·

智能工廠如何運用可視化進行設備管理
——TnPM精益設備管理軟件三維動態(tài)模型介紹

特約撰稿人：學府咨詢集團廣志信息科技有限公司 袁岳鋒

隨著時代的發(fā)展，工業(yè)4.0概念以及中國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領《中國制造2025》的出臺，工業(yè)領域的傳統(tǒng)工作模式受到了巨大的挑戰(zhàn)，尤其是在確保盈利能力和長期生存能力方面，化工、電力、交通、制造等行業(yè)的業(yè)主面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。為了滿足全球市場不斷增長的需求，各行業(yè)正在不斷擴建和增建設施。而且項目必須安全的、利用有限的資源、按照嚴謹?shù)挠媱澃才牛ㄗ畲笙薅鹊乜s短上市時間、最大限度地延長在市時間)、在嚴格的資本支出(C A PE X)預算內設計、施工和移交。此外，由于史無前例的競爭壓力，在以最低成本 (O PE X)實現(xiàn)安全、可持續(xù)生產(chǎn)方面，同樣面臨著前所未有的壓力來實現(xiàn)最佳的資產(chǎn)性能和資產(chǎn)回報。

以低成本實現(xiàn)工廠安全、可持續(xù)生產(chǎn)、運營、維護和管理，需要快速獲取與工廠實際狀態(tài)一致的基礎數(shù)據(jù)，數(shù)字化工廠是實現(xiàn)這一目標的最佳手段。數(shù)字化工廠是以數(shù)據(jù)為基礎的信息管理平臺；是一個以工廠設備基礎數(shù)據(jù)為核心的數(shù)據(jù)倉庫。數(shù)字化工廠不僅僅是一個數(shù)據(jù)集成的平臺，更是一個信息瀏覽的端口和項目數(shù)據(jù)移交的工具，為工廠的日常運營、維護、擴建和檢維修項目提供了完整、準確和可信的基礎數(shù)據(jù)。

通過信息生命周期管理，數(shù)字化工廠的數(shù)據(jù)可以在工廠中不斷更新、維護和再利用。數(shù)字化工廠是工廠的無形資產(chǎn)；而且基礎數(shù)據(jù)的數(shù)字化是一種管理的創(chuàng)新，可以提高工廠的工作效率和提升管理水平。

數(shù)字化工廠的技術路線

數(shù)字化工廠核心是實現(xiàn)企業(yè)資產(chǎn)的數(shù)字化，而資產(chǎn)密集型企業(yè)的核心資產(chǎn)是設備（裝置），三維可視化動態(tài)設備管理應用是在數(shù)字化工廠平臺基礎上運用三維仿真和虛擬現(xiàn)實技術構建行業(yè)逼真的三維模擬現(xiàn)實場景。將企業(yè)資產(chǎn)三維模型以及信息屬性有機地結合起來（行業(yè)數(shù)據(jù)、音頻、視頻等流媒體）。采用基于網(wǎng)絡的信息處理技術，實現(xiàn)資產(chǎn)運行監(jiān)視、操作與控制、綜合信息分析與智能告警、運行管理和輔助應用（維護、安防和環(huán)境監(jiān)測）等功能的一體化監(jiān)控管理，大幅度的提高了企業(yè)資產(chǎn)運營能力。

三維可視化動態(tài)設備管理平臺基于X 3D (Extensible 3D - 可擴展3D)可擴展三維語言與組件技術，將不同軟件廠商的三維GIS、三維C AD、BIM、三維工廠、三維仿真模型進行轉化，聚合形成統(tǒng)一X 3D實景仿真模型。X 3D實景仿真模型通過持續(xù)更新三維數(shù)據(jù)與擴展不同類型的數(shù)據(jù)信息，包括：工程數(shù)據(jù)、資產(chǎn)數(shù)據(jù)、工藝自動化數(shù)據(jù)、監(jiān)控監(jiān)測數(shù)據(jù)、信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可在實景仿真的空間里統(tǒng)一展示地理、地質、建筑設施、設備資產(chǎn)、自動化、監(jiān)控、監(jiān)測及其他擴展信息，以產(chǎn)生更高級的運行控制與協(xié)同管理。

可視化企業(yè)資產(chǎn)布局全景

三維可視化動態(tài)設備管理平臺對企業(yè)的工廠地形地貌、建筑、車間結構、設施設備等幾何建模，直觀、真實、精確地展示各種設施、設備形狀及生產(chǎn)工藝的組織關系，設施、設備的分布和拓撲情況。使用戶在電腦上就可以瀏覽整個企業(yè)現(xiàn)場，如同親臨現(xiàn)場。同時系統(tǒng)將裝置模型與實時、檔案等基礎數(shù)據(jù)綁定在一起，實現(xiàn)設備在三維場景中的快速定位與基礎信息查詢。

工廠布局圖

可視化的安裝管理

三維可視化動態(tài)設備管理平臺可以對在建工程、設備安裝等進行三維建模，并把三維場景與計劃、實際進度時間結合，用不同顏色表現(xiàn)每一階段的安裝建設過程。

安裝進度圖

可視化設備臺賬管理

三維可視化動態(tài)設備管理平臺建立設備臺賬及資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，并和三維設備綁定，實現(xiàn)設備臺賬的可視化及模型和屬性數(shù)據(jù)的互查、雙向檢索定位，從而實現(xiàn)三維可視化的資產(chǎn)管理，使用戶能夠快速找到相應的設備，以及查看設備對應的現(xiàn)場位置、所處環(huán)境、關聯(lián)設備、設備參數(shù)等真實情況。

設備屬性

設備運行數(shù)據(jù)

可視化巡檢管理

三維可視化動態(tài)設備管理平臺采用G PR S+PD A+R F ID 技術方案，巡檢任務從制定、分配、下發(fā)、接收、執(zhí)行、考核等全部工作都可以遠程控制、無線實時同步，從而實現(xiàn)巡檢過程可視化、簡捷化、規(guī)范化、智能化管理,使用戶及時發(fā)現(xiàn)設施缺陷和各種安全隱患。按照巡檢工作的程序，動態(tài)地收集和管理相應的數(shù)據(jù)，強化巡檢計劃的監(jiān)控力度，提升巡檢工作的管理水平。監(jiān)控人員通過實時監(jiān)控功能，可以掌握當前所有巡檢員的狀態(tài)，并可以選擇任意一個在線巡檢員查看實時位置和巡檢信息。可以查看任意一天或一段時間任一巡線員的歷史軌跡，并可動態(tài)回放歷史軌跡。

可視化智能維護管理

三維可視化動態(tài)設備管理平臺可以對企業(yè)重點設備進行在線信息采集、報警、控制等管理。

采集與監(jiān)控：對重點設備的溫度、濕度、轉速、振動、開關等實時信息進行采集和分析，當工作條件出現(xiàn)異常時，可及時顯示、報警。

監(jiān)控點示例圖

異常報警處理：一種是事故報警，包括非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；另一種是普通報警，包括一般設備狀態(tài)變化、遙信狀態(tài)異常信號、模擬量越復限、節(jié)點或鏈路狀態(tài)、遙控操作、保護操作、電壓合格率、V Q C功能、小電流接地選線等功能中的報警。系統(tǒng)能夠對各類報警進行分類管理，自動推出報警提示及定位到三維場景相應的設備上，同時伴隨著不同音響警報，并支持向指定人員手機發(fā)送報警信息，使用戶及時捕獲到運行風險或潛在風險。同時可通過三維動態(tài)方式指導過程處理。

故障處理指引示例圖

遠程控制：可實現(xiàn)遠程控制設備的啟停、調整等，同時能在環(huán)境非正常的情況下自動或遠程人為地控制各種環(huán)境調節(jié)設備（如空調、通風設備等），使工作環(huán)境恢復正常。

可視化在線培訓管理

1.交互操作培訓

三維可視化動態(tài)設備管理平臺實現(xiàn)操作流程演示學習與在線考核，用于對生產(chǎn)裝置所采用的技術方案、裝置內各主要設備之間的關系及物流走向等內容進行講解。演示學習以文字介紹、視點變換、動作模擬等方式對操作流程進行模擬演示，以被動接受的方式讓使用人員熟悉裝置操作流程；在線考核功能是在操作流程進行演示學習的基礎上，讓使用人員以虛擬角色的身份在三維場景中通過主動操作（開關閥門）的方式來引導流程走向，達到全面熟悉操作流程的目的。

2.典型設備培訓

典型設備培訓是針對典型設備進行可視化培訓，依托三維仿真及虛擬現(xiàn)實技術為技術支撐，制作典型設備的高精度3D模型，在高精度3D設備模型基礎上，制作出生動、形象的三維動畫視頻培訓課件，從而實現(xiàn)對設備基本信息、結構組成、工作原理、標準操作以及故障分析等內容進行可視化培訓。

基礎信息：主要對設備的名稱、類型、用途、特點等基本信息進行演示講解。

設備結構：主要通過對高精度設備3D模型進行結構拆分或剖切，對設備的結構組成及各組件名稱等信息進行動態(tài)演示講解。

主風機設備結構示意圖

工作原理：運用虛擬現(xiàn)實技術，模擬設備正常工作時的運行狀態(tài)，對設備的工作原理進行動態(tài)演示講解。

標準操作：主要是對設備實際操作過程中需要遵循的標準規(guī)范進行動態(tài)演示講解。

故障分析：主要對設備的常見故障及解決方法羅列總結進行動態(tài)演示講解。

3.設備的拆解、組裝（人機互動式訓練）

在完成典型設備培訓課件的基礎上，建立高精度3D設備模型數(shù)據(jù)庫，任意選擇將要進行操作的設備模型，在3D引擎平臺的支持下，進行人機交互式訓練，在界面中通過點擊3D模型的某組件，實現(xiàn)將模型組件從模型上拆解出來，展示模型“從整到零，從零到整”的過程，同時顯示各組件名稱，從而幫助培訓對象深化對設備結構的掌握程度。為其在以后設備維修作業(yè)中提供形象化的理論支持。

4.應急演練培訓

三維可視化動態(tài)設備管理平臺可利用三維虛擬現(xiàn)實平臺為相關人員提供“角色”動畫演練，熟悉廠內重大事故預案的模擬場景，模擬整個應急預案，并進行推演。

應急演練培訓是指基于虛擬現(xiàn)實技術的新穎培訓模式，是將整個實際演練過程在計算機上的實現(xiàn)。利用虛擬現(xiàn)實技術生成的一類適用于進行應急演練的三維仿真交互式事故場景環(huán)境（現(xiàn)實世界真實場景的再現(xiàn)），使學員感覺“身臨其境”一般，產(chǎn)生與真實情況下同樣的視覺及聽覺感受。在虛擬現(xiàn)實技術支持下，虛擬場景中所涉及的事物與真實場景中有著極高的相似度，操作方法也一樣，不論是整個安全事故發(fā)展過程，還是各類場景的現(xiàn)象都具有與真實世界一樣的逼真效果（如設備的運行狀態(tài)、排液、排氣、泄漏、著火、冒煙等逼真效果），具有極高的畫面沖擊力以及強烈的浸沒感、真實感，使學員在整個應急演練過程中猶如在真實演練一般。

基于計算機的虛擬事故環(huán)境可以為所有學員在任何時間、地點提供應急演練環(huán)境。此外，通過對災害現(xiàn)場和災害過程的模擬仿真、情景再現(xiàn)，系統(tǒng)為學員在計算機系統(tǒng)上提供執(zhí)行各項應急救援任務的三維虛擬事故環(huán)境，學員在此環(huán)境中按照職能和任務的不同，扮演不同的角色進行應急任務演練，同時在互聯(lián)網(wǎng)技術支持下，可實現(xiàn)局域網(wǎng)內各角色相互合作，多人協(xié)同演練，完成所設定的應急任務，同時也可進行救援競賽，以考核培訓對象對應急預案的掌握程度。

在這種不受時間、空間限制的應急演練培訓，使得員工無論是在知識學習、能力創(chuàng)新，還是在經(jīng)驗積累、技能訓練等方面都可以收到意想不到的效果。無論是重復利用性、節(jié)約成本方面，還是從發(fā)展的角度來看，利用應急演練培訓模式對學員進行培訓已經(jīng)成為一種趨勢。

應急演練培訓流程圖

結　語

總而言之，借助數(shù)字化工廠平臺，快速地搭建T nPM三維可視化動態(tài)設備管理應用，可顯著降低資本支出（C APEX）和運營支出（OPEX），減少因非計劃停運造成的收入損失，實現(xiàn)工廠安全運營。在工廠整個生命周期內的關鍵工作流程中，用戶大大受益于動態(tài)基礎數(shù)據(jù)和其它信息系統(tǒng)的協(xié)作功能。數(shù)字化工廠的建立和應用可以提高工廠運營和維修的效率，提高工廠整體的管理水平，并在工廠的生命周期內為工廠節(jié)省大量的費用和資源。