數字化工廠全生命周期管理架構及功能需求

李小冉 黃興祥

摘要：通過對工廠的管理需求現狀進行分析了解，初步認識數字化工廠的概念和意義，從而進一步了解數字化工廠全生命周期管理架構及功能，深入研究數字化工廠全生命周期管理的亮點，從而為今后數字化工廠的發展和推廣起到了一定的參考和指導意義。

關鍵詞：數字化;全生命周期;三維;巡檢; 預案;設備管理

1.工廠的管理需求現狀

如何立體展示工廠的物理分布情況和各設備屬性數據？如何盡快讓操作人員對整個工廠有一個全面、直觀的認識？如何提高培訓演練的真實性和有效性，減少培訓演練成本？如何實現預案管理標準化和規范化，及時檢驗預案的合理性、有效性？如何進行設備維檢修、工廠的改擴建？如何實現整個設計、建設過程中工程設計文檔、設備資料、技改技措文檔、過程文件、各種管理文檔等所有數據的規范化、有序化積累，確保整個工程資料的完整性？

數字化工廠系統可為工廠提供三維可視化管理的支撐，即通過系統實現對工廠裝置區管線、地上地下線纜敷設、設備進行三維可視化及智能P&ID展示，對管道、設備及電纜敷設的實際運行狀況、文檔管理以及崗位培訓進行仿真，實現對工程立項、設計、建設、生產運行及停用進行全生命周期管理。

在物理資產從產生、運營到退役的全過程中，提供資產信息的工程設計、數字資產移交、整合與生命周期管理、技改變更、運行維護、動態展示、信息查詢和模擬演示，能夠為規劃、設計、施工、運營等部門提供準確數據支持的管理環境。

2.數字化工廠全生命周期管理架構及功能

根據設計項目資料并整合現場采集的數字化信息，搭建真實的全息化三維場景。搭建巡檢系統、設備管理系統、在線監測系統、安全運營系統等，實現生產數據在三維場景中的動態更新顯示與報警，提供虛擬真實場景的可視化互動培訓，實現完整性的可視化設備管理。

系統建設主要包含四部分內容，一是數字工廠系統的硬件設備的采購與安裝;二是開發用于數字工廠基礎數據管理和三維展示的基礎數據平臺;三是基于基礎數據平臺開發多種應用系統（巡檢系統、設備管理系統、在線監測系統、安全運營系統等）;四是提供多種服務，包括建模（三維建模和智能P&lD建模）、圖紙資料的整理掛接、信息結構化錄入等服務。

3.數字化工廠全生命周期管理功能亮點

1）設備三維可視化

使用多種建模技術，對工廠地上地下設備、管線，進行三維電子建模，立體展示工廠的物理分布情況和各設備屬性數據，是企業介紹和演示的有效工具。

2）工程信息管理

建立一個全面的電子化數據庫，數據全面涵蓋工廠結構、屬性、設備關聯關系等各種業務結構化數據，以及過程記錄、標準規范、工程圖紙、操作程序、專題報告、設計文檔等非結構化數據，更好地實現對數據資產全生命周期的管理。

3）安全巡檢

可以實現對巡檢人員、巡檢動態、巡檢線路、巡檢數據和巡檢過程的電子化管理，保證巡檢的及時，減少用于巡檢管理的人工，提高工廠的管理水平。

4）預案和應急管理

實現預案管理標準化和規范化，實現預案模擬，進行實體建模和虛擬場景搭建，在此基礎上對各類突然事故進行模擬展示和典型事故的三維預案錄入，及時檢驗預案的合理性和有效性。為指揮救援、現場控制及事故原因調查提供指導，提高災害事故的現場處理水平。模擬預測事故發展態勢，實現各級救援指揮部門聯合制定救援措施、采取統一的救援行動、實時反饋救援信息，使指揮中心能夠以清晰方式調度協調。建立一套完善的預警和應急指揮系統，增強對生產運行動態監控能力，確保生產安全平穩運營。

5）設備管理系統

通過設備管理系統的實施，深入設備資產的精細化管理，實現設備資產管理的信息化、標準化、流程化。可以與基礎數據平臺和其他業務系統構成一個完整的整體，實現各個系統之間的數據共享，滿足系統擴展性的需求。實現設備管理與物資采購、庫存、合同及供應商管理的緊密結合，為采購工作提供依據。

6）可視化培訓

虛擬真實的工廠環境，提高培訓演練的真實性和有效性，減少培訓演練成本，內置各種培訓演練內容和方式，適應不同崗位和工種需求。數字工廠系統中，將提供可視化工藝過程管理及培訓，實現逼真的生產裝置漫游、工藝流程展示及三維快速定位等功能。通過準確和直觀的虛擬化方式，可以接近真實地檢查瀏覽和確認操作步驟，避免操作錯誤。

7）消防安全保障系統

為保證應急搶維修工作順利進行，要保證消防人員和物資能夠及時到位，進行統一管理和調配。通過數字化平臺可以在三維場景中，查詢消防設施的信息、準確定位，同時提供消防逃生路徑查看、路徑規劃等。

結束語

通過各類基礎數據的收集、整理，構建全廠裝置、設備的三維模型，集成其它各種信息化系統，完成全生命周期管理系統建立，實現數字化平臺及三維平臺的協作，確保數字化基礎數據高效、規范、有序。數字化工廠將全面實現數字化、信息化、集成化的綜合管理平臺，為今后工廠的統一管理、預測、決策等起到至關重要的作用！