基于OTS2000+的數(shù)字孿生智慧生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

孟 飛，李鎮(zhèn)江，丘仕能，李亦凡，薛 飛

（1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司,北京 100038；2.廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責(zé)任公司,廣西 南寧 537226）

隨著智慧水電站建設(shè)的快速發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)作為一種先進(jìn)的虛擬仿真技術(shù)，得到了廣泛應(yīng)用。OTS2000+大藤峽智慧生產(chǎn)系統(tǒng)通過建立水電站、船閘、壩區(qū)等設(shè)備的精細(xì)化三維模型，對(duì)工程及庫(kù)區(qū)環(huán)境、工程各重要組成部分形象、機(jī)電設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行3D 仿真，致力于孿生出一套與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、機(jī)電設(shè)備完全一致的3D 模型。如此，可在3D 模型的依托下開發(fā)運(yùn)行仿真與檢修仿真兩部分，從而實(shí)現(xiàn)智慧化生產(chǎn)的過程管理。為了解系統(tǒng)的應(yīng)用效果，本研究以大藤峽項(xiàng)目為例，考察和分析系統(tǒng)在水電站數(shù)字孿生建設(shè)中的功能實(shí)現(xiàn)情況，以期為水電數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型提供參考。

1 系統(tǒng)組成

OTS2000+大藤峽智慧生產(chǎn)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)接口程序、3D 可視化模型、仿真培訓(xùn)平臺(tái)等組成，系統(tǒng)還包含優(yōu)化分析模塊、知識(shí)庫(kù)模塊等組成。

1.1 數(shù)據(jù)接口程序

OTS2000+云平臺(tái)基于B/S 架構(gòu)，開發(fā)有開放性接口，用于與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)接，在大藤峽智慧生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用上，主要對(duì)接了現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)一門戶平臺(tái)、發(fā)電廠、樞紐及船閘等MIS 系統(tǒng)、對(duì)接了數(shù)據(jù)中心平臺(tái)。一方面對(duì)接統(tǒng)一門戶與MIS 系統(tǒng)，用戶可以在多個(gè)平臺(tái)直接鏈入智慧生產(chǎn)系統(tǒng)，隨時(shí)隨地進(jìn)行仿真培訓(xùn)與仿真模擬；另一方面對(duì)接數(shù)據(jù)中心平臺(tái)，可以將現(xiàn)場(chǎng)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過kafka 數(shù)據(jù)消費(fèi)的方式，接入智慧生產(chǎn)系統(tǒng)，用戶可以在智慧生產(chǎn)系統(tǒng)前端頁(yè)面中進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)源與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源中切換，既可以檢驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)的可靠性，又可以隨時(shí)隨地查看分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

圖1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入

1.2 3D 可視化模型

OTS2000+大藤峽智慧生產(chǎn)系統(tǒng)最終目標(biāo)是構(gòu)建成一個(gè)集可視化、數(shù)字化、信息化、智能化技術(shù)于一體的沉浸式三維虛擬現(xiàn)實(shí)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。通過高精度3D 還原結(jié)合圖形化數(shù)學(xué)模型結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，可以使現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行或檢修人員在實(shí)物映射的虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)備巡檢、設(shè)備操作、案例模擬、故障處置等，可以直觀的提升各業(yè)務(wù)部門工作人員的設(shè)備認(rèn)知與技術(shù)水平，降低上崗周期，保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全性、規(guī)范性，通過數(shù)字化手段實(shí)現(xiàn)智慧生產(chǎn)。

1.3 仿真培訓(xùn)平臺(tái)

系統(tǒng)通過集成圖形化數(shù)學(xué)建模、監(jiān)控系統(tǒng)、運(yùn)行仿真系統(tǒng)、檢修仿真系統(tǒng)、培訓(xùn)考核系統(tǒng)、評(píng)分系統(tǒng)、案例構(gòu)置系統(tǒng)、學(xué)員教員系統(tǒng)等，將整套培訓(xùn)仿真一體化，結(jié)合3D 可視化模型，實(shí)現(xiàn)可視化巡檢、可視化模擬實(shí)操等[1]。

其一，在運(yùn)行領(lǐng)域，可結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)搭建的數(shù)學(xué)模型，通過捕捉運(yùn)行人員在3D 模型中的設(shè)備操作，經(jīng)過命令下發(fā)——邏輯運(yùn)算——狀態(tài)上送的通信方式，實(shí)現(xiàn)3D 模型中呈現(xiàn)出和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)一樣的設(shè)備狀態(tài)變化，且所有設(shè)備的物理模型符合實(shí)際水利水電行業(yè)各設(shè)備機(jī)理，遵守能量、質(zhì)量和動(dòng)量守恒定律。其二，在檢修領(lǐng)域，通過構(gòu)建設(shè)備內(nèi)部模型，可以實(shí)現(xiàn)零部件展示、爆炸圖、模型剖切等，保證檢修人員在非檢修期間，可以對(duì)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及設(shè)備檢修過程中的操作步驟進(jìn)行充分了解，隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，在降低現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作成本的基礎(chǔ)上提高工作效率。

1.4 優(yōu)化分析模塊

指對(duì)水電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析優(yōu)化。該模塊集成了模型建立、參數(shù)優(yōu)化、狀況預(yù)測(cè)、決策支持等功能[2]。

其一，模型建立功能，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)建立水電站運(yùn)行的數(shù)字孿生模型。模型采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等深度學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度模擬。其二，參數(shù)優(yōu)化功能，根據(jù)建立的數(shù)字孿生模型，結(jié)合優(yōu)化算法（如遺傳算法、粒子群算法等），尋找水電站運(yùn)行參數(shù)的最優(yōu)解，提高運(yùn)行效率。其三，狀況預(yù)測(cè)功能，基于模型預(yù)測(cè)水電站未來(lái)運(yùn)行狀態(tài)，評(píng)估健康狀態(tài)，預(yù)測(cè)關(guān)鍵部件的剩余壽命。其四，智能決策功能，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，給出水電站維護(hù)、運(yùn)行的參數(shù)調(diào)整建議，輔助工作人員進(jìn)行智能決策。

1.5 知識(shí)庫(kù)模塊

除三維實(shí)操外，系統(tǒng)還開發(fā)有理論知識(shí)題庫(kù)模塊與知識(shí)學(xué)習(xí)模塊，理論答題功能，可作為水電站或水利樞紐人員針對(duì)不同的技能鑒定或安全生產(chǎn)考試進(jìn)行模擬答題，題目試卷可隨機(jī)或手動(dòng)配置，方便用戶隨時(shí)隨地練習(xí)，提升答題效率。知識(shí)學(xué)習(xí)功能可支持上傳多類型學(xué)習(xí)資料，在用戶登錄系統(tǒng)進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)有后臺(tái)記錄，記錄用戶學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)，同時(shí)系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容，分配相關(guān)試題用作學(xué)習(xí)試煉，便于用戶提升知識(shí)水平。

圖3 理論題庫(kù)模塊

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)的Web 方式、Pod 分布式計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)，支持多用戶在線協(xié)同開發(fā)維護(hù)[3]。平臺(tái)部署現(xiàn)場(chǎng)虛擬服務(wù)器，具備自動(dòng)集群部署功能，既可以通過交換機(jī)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)，用于仿真測(cè)試服務(wù)，又可以通過內(nèi)網(wǎng)為公司做培訓(xùn)考核服務(wù)，系統(tǒng)通過提供彈性伸縮的高可用計(jì)算集群，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模Web 并發(fā)訪問的動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡。

平臺(tái)整體采用三層架構(gòu)：

第一層基礎(chǔ)服務(wù)：包含消息隊(duì)列、用戶認(rèn)證、監(jiān)控、任務(wù)計(jì)劃、日志等系統(tǒng)服務(wù)，以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、緩存等數(shù)據(jù)服務(wù)。

第二層業(yè)務(wù)服務(wù)：包含數(shù)學(xué)模型、算法、運(yùn)行工況、故障模擬、案例庫(kù)、考試題庫(kù)、工程管理等與項(xiàng)目相關(guān)的服務(wù)，以及對(duì)服務(wù)的監(jiān)視調(diào)度。

第三層人機(jī)交互界面：可為不同用戶角色如工程師站、教練員站、學(xué)員站、管理員站等分配不同權(quán)限，其中學(xué)員站與教練員站主要用于新員工日常實(shí)操培訓(xùn)，工程師站可以編寫程序，搭建模型，做日常程序、設(shè)備配置修改的仿真測(cè)試，故障重現(xiàn)故障模擬等。

客戶端設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔合理、模塊清晰、操作方式符合常規(guī)用戶習(xí)慣。主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖4 所示。

圖4 主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖5 可視化檢修仿真

2.2 三維結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的三維引擎體系龐大復(fù)雜，設(shè)計(jì)將其核心功能封裝為虛擬場(chǎng)景繪制模塊，其他功能封裝為獨(dú)立部件，與核心部分互動(dòng)。三維引擎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參照體系結(jié)構(gòu)要求，相關(guān)設(shè)計(jì)模塊如下：

（1）虛擬場(chǎng)景繪制引擎：采用Unity 與UE4 引擎，具備大場(chǎng)景加載更新、場(chǎng)景流暢瀏覽、3D 模型初始化定位、模型渲染、特效處理等核心功能，也可擴(kuò)展數(shù)據(jù)接口，與數(shù)學(xué)模型、硬件設(shè)備做數(shù)據(jù)交互。

（2）3D 地形模塊：利用三維地理信息技術(shù)，在虛擬場(chǎng)景中還原精細(xì)地形、建筑、植被等。

（3）粒子系統(tǒng)模塊：處理3D 模型和場(chǎng)景精細(xì)度，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模型逼真效果，例如水的流動(dòng)，火的蔓延，設(shè)備動(dòng)作等。

（4）數(shù)據(jù)采集接口：支持地理數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)、外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及動(dòng)態(tài)模型數(shù)據(jù)等采集，兼容各類外接設(shè)備，可二次擴(kuò)展。

（5）3D 模型庫(kù)：包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型，與實(shí)際場(chǎng)景1：1 對(duì)應(yīng)，動(dòng)作方式符合現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)作規(guī)范。

（6）三維多媒體模塊：實(shí)現(xiàn)三維立體聲音效果。

3 系統(tǒng)主要技術(shù)

3.1 可視化數(shù)學(xué)建模技術(shù)

OTS2000+大藤峽智慧生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模采用面向?qū)ο蟮目梢暬７绞剑詧D形的方式描述各仿真任務(wù)模塊，包含圖形模型的繪制與模塊的屬性設(shè)置。系統(tǒng)已經(jīng)過多個(gè)水電仿真項(xiàng)目的應(yīng)用檢驗(yàn)，目前已形成成熟的、先進(jìn)的水利水電仿真算法模型庫(kù)，包括有廠用電、水輪機(jī)、勵(lì)磁、油水氣系統(tǒng)、電網(wǎng)、閘門系統(tǒng)、船只通航人字門系統(tǒng)、泄洪閘門系統(tǒng)等模型算法，用戶只需要根據(jù)實(shí)際圖冊(cè)按照相應(yīng)設(shè)備工作機(jī)理搭建，搭建完成后通過各模塊的輸入輸出配置及參數(shù)配置進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，調(diào)試完成后就形成了一個(gè)完整的系統(tǒng)模型[4]。多個(gè)系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，即可構(gòu)建一個(gè)水電廠或水利樞紐的數(shù)學(xué)模型。同時(shí)，若已有算法不滿足需求，用戶也可按照C++代碼，擴(kuò)充模型算法，便于建模使用。OTS2000+系統(tǒng)將模型算法庫(kù)、工況庫(kù)、故障庫(kù)、案例庫(kù)等功能集成至云端工程師頁(yè)面，可以在網(wǎng)頁(yè)端進(jìn)行多人協(xié)同開發(fā)。

3.2 虛擬仿真技術(shù)

系統(tǒng)整體采用3Dmax 建模，結(jié)合Unity、Ue4 等虛擬仿真引擎，搭建三維交互環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和過程模擬。在三維引擎基礎(chǔ)上開發(fā)有與數(shù)學(xué)模型通信接口，開發(fā)了自定義組件和插件，通過構(gòu)建三維動(dòng)態(tài)圖元，關(guān)聯(lián)3D 點(diǎn)表，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定電氣/機(jī)械設(shè)備的模擬控制[5]。同時(shí)，一些特定運(yùn)行或檢修操作案例，需要通過建立極為精細(xì)化的三維模型，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)操作步驟，實(shí)現(xiàn)如機(jī)組零部件的拆裝，集電環(huán)及碳刷打磨等案例處置，同時(shí)也可結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行模擬訓(xùn)練。

3.3 機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)

系統(tǒng)積極采用了當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的狀態(tài)評(píng)估和故障預(yù)測(cè)。系統(tǒng)整合了TensorFlow、PyTorch 等主流開源深度學(xué)習(xí)框架，可以靈活選擇構(gòu)建不同類型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）等對(duì)圖像特征表達(dá)能力強(qiáng)的模型做三維掃描點(diǎn)的云數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備零部件的自動(dòng)化識(shí)別和質(zhì)量檢驗(yàn)。而對(duì)于時(shí)序運(yùn)行數(shù)據(jù)，則使用門控循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GRU）等能夠?qū)W習(xí)時(shí)間序列規(guī)律的模型來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備壽命的預(yù)估。此外，還研發(fā)了專門針對(duì)水電站特定系統(tǒng)的狀態(tài)評(píng)估模型，能對(duì)功能狀態(tài)和潛在故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

3.4 大數(shù)據(jù)技術(shù)

系統(tǒng)使用大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)與智能計(jì)算。構(gòu)建了分布式文件系統(tǒng)，可擴(kuò)展到大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。使用分布式計(jì)算引擎，通過內(nèi)存計(jì)算實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)還使用了非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，以適應(yīng)海量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需要。在數(shù)據(jù)計(jì)算方面，采用了基于GPU 的并行加速技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的模型訓(xùn)練與預(yù)測(cè)分析。此外，還使用了流式計(jì)算框架，可以實(shí)時(shí)處理傳感器等不斷生成的數(shù)據(jù)流。通過這些大數(shù)據(jù)技術(shù)的集成應(yīng)用，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)海量水電站運(yùn)行數(shù)據(jù)的高效管理與智能分析。

4 系統(tǒng)功能

OTS2000+大藤峽智慧生產(chǎn)系統(tǒng)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)沉浸式的大藤峽三維數(shù)字化生產(chǎn)仿真與培訓(xùn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景實(shí)時(shí)映射的三維可視化監(jiān)視、巡檢、操作、檢修等三維可視化智能應(yīng)用，也可以作為仿真培訓(xùn)系統(tǒng)對(duì)技術(shù)人員開展應(yīng)急演練、提升技能、技能鑒定等訓(xùn)練考核工作。系統(tǒng)主要功能有三維智能巡檢、三維可視化檢修、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)交互、理論與實(shí)操高度結(jié)合的培訓(xùn)功能。

4.1 三維智能巡檢

系統(tǒng)收集了發(fā)電廠、樞紐中心、船閘中心等生產(chǎn)設(shè)備信息，構(gòu)建了完整的生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)信息庫(kù)，采用三維仿真建模技術(shù)，在虛擬平臺(tái)上展現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組、泄洪閘門系統(tǒng)、船閘人字門系統(tǒng)等生產(chǎn)設(shè)備全物理過程的精確模型，逼真地模擬出發(fā)電廠、樞紐中心、船閘中心各種設(shè)備的運(yùn)行工況和故障現(xiàn)象，同時(shí)接入生產(chǎn)大區(qū)的工業(yè)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過通信點(diǎn)表配置，在智慧生產(chǎn)系統(tǒng)中的監(jiān)控系統(tǒng)以及三維虛擬平臺(tái)均可展現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景完全一致的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息、設(shè)備狀態(tài)，達(dá)到在系統(tǒng)上便可對(duì)設(shè)備進(jìn)行全方位的遠(yuǎn)程巡視檢查，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息進(jìn)行遠(yuǎn)程把控，大幅度提高運(yùn)維人員的巡回檢查效率，縮短了突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)的準(zhǔn)備時(shí)間。

4.2 三維可視化檢修

系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、拆卸/裝配順序、檢修維護(hù)要點(diǎn)以及典型故障和事故處理經(jīng)驗(yàn)等，開展高精度的三維建模，如發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、調(diào)速器等，并通過構(gòu)置設(shè)備拆裝、檢修操作步驟，予以全過程拆裝、檢修的說明與展示，用戶可任意選擇將要進(jìn)行操作的設(shè)備模型，在強(qiáng)大的3D 引擎支持下，進(jìn)行高保真的人機(jī)交互式訓(xùn)練[6]，在系統(tǒng)界面中可以通過點(diǎn)擊3D 模型的各個(gè)組件，實(shí)現(xiàn)將模型設(shè)備“從零到整，從整到零”的全過程拆卸、組裝，在操作的同時(shí)可顯示各組件的詳細(xì)參數(shù)信息，從而幫助檢修維護(hù)人員進(jìn)一步深化對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的了解與掌握，特別是對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)法拆卸的設(shè)備和預(yù)埋設(shè)備的熟悉了解，對(duì)提高維護(hù)人員技術(shù)水平，全方位掌握設(shè)備情況提供了安全、高效的手段，可以將以往靠想象力進(jìn)行的事故演練變成了可以直觀查看的可視化仿真場(chǎng)景，為設(shè)備故障、事故的判斷與處理提供了可靠的決策依據(jù)。

4.3 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)展示

系統(tǒng)采用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將三維視景、圖像、聲音、文字結(jié)合的方式對(duì)設(shè)備的工作原理及真實(shí)操作場(chǎng)景、進(jìn)行全方位仿真，利用可穿戴的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。用戶既可以在三維場(chǎng)景中進(jìn)行飛天漫游，感受工程的宏大場(chǎng)景，也可以模擬現(xiàn)地實(shí)際操作和設(shè)備檢修拆裝過程，進(jìn)一步提升了人機(jī)交互的親和性，加強(qiáng)了仿真學(xué)習(xí)的真實(shí)感。

4.4 理論與實(shí)操高度結(jié)合的培訓(xùn)功能

系統(tǒng)不但提供了豐富的、貼合生產(chǎn)實(shí)際的仿真實(shí)操培訓(xùn)，例如發(fā)電廠倒閘操作、船閘人字門泵房動(dòng)力配電屏停電處理、泄洪閘起落門操作、應(yīng)急裝置、柴油發(fā)電機(jī)使用等，還提供了行業(yè)內(nèi)最新的安全生產(chǎn)、技能鑒定等理論知識(shí)培訓(xùn)，能夠根據(jù)技術(shù)人員的實(shí)際需求，自動(dòng)生成理論訓(xùn)練和考試試卷，形成了一整套“教-學(xué)-練-考-評(píng)”的完整演練及培訓(xùn)考核評(píng)價(jià)系統(tǒng)。為大藤峽技術(shù)、技能人才培養(yǎng)提供了優(yōu)質(zhì)的平臺(tái)。

4.5 數(shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持

系統(tǒng)在數(shù)字化三維引擎中開發(fā)了專用數(shù)據(jù)接口，通過數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目接入了生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，在虛擬場(chǎng)景及云端集成的監(jiān)控系統(tǒng)中，能夠?qū)崟r(shí)展示大藤峽工程生產(chǎn)設(shè)施的工作狀態(tài)、關(guān)鍵數(shù)據(jù)及報(bào)警信息，可實(shí)現(xiàn)在控制大區(qū)以外的辦公三區(qū)，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)開放的數(shù)據(jù)接口除接入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)外，也可在后續(xù)接入實(shí)際生產(chǎn)硬件設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，例如用智慧生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型搭建設(shè)備執(zhí)行模型與參數(shù)變化，同時(shí)結(jié)合上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)操作，搭配實(shí)際硬件PLC 做性能測(cè)試，同時(shí)也能針對(duì)生產(chǎn)過程中的疑難雜癥通過模型搭建做綜合測(cè)試等。

4.6 后續(xù)的應(yīng)用拓展

大藤峽智慧生產(chǎn)系統(tǒng)可與現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)電視結(jié)合、與巡檢機(jī)器人做開發(fā)接口，將工業(yè)電視調(diào)用接口接入三維可視化場(chǎng)景中，在虛擬巡檢時(shí)可以隨時(shí)打開查看現(xiàn)場(chǎng)情況，以減輕巡視人員的巡視范圍，提升巡檢效率；將巡檢機(jī)器人的巡檢影像與巡檢數(shù)據(jù)接入智慧生產(chǎn)云平臺(tái)，用作后期的數(shù)據(jù)分析與仿真推演。同時(shí)可集成拓展生產(chǎn)設(shè)備趨勢(shì)分析，用于提升設(shè)備的安全系數(shù)，通過專家分析將設(shè)備檢修進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化與精準(zhǔn)化；集成綜合信息展示，將重要數(shù)據(jù)或易出現(xiàn)問題的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)展示在參觀大屏或領(lǐng)導(dǎo)辦公電腦中，除一區(qū)的監(jiān)控人員外，其他大量人員也可參與對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況的多重監(jiān)視，既可減輕了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控人員的壓力，又能提升生產(chǎn)運(yùn)行的安全系數(shù)；最后可結(jié)合3D 打印技術(shù)、結(jié)合PLC，實(shí)現(xiàn)虛擬到物理的仿真演練。

5 結(jié)語(yǔ)

大藤峽智慧生產(chǎn)系統(tǒng)充分利用了三維數(shù)字化、虛擬仿真、機(jī)器學(xué)習(xí)與大數(shù)據(jù)分析等前沿技術(shù)，形成了覆蓋生產(chǎn)全周期的智能化解決方案。三維數(shù)字化技術(shù)打破了數(shù)據(jù)采集的限制，實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的虛擬化復(fù)現(xiàn);仿真技術(shù)支持各類過程的模擬仿真，可大幅提升作業(yè)效率與質(zhì)量;而機(jī)器學(xué)習(xí)與大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)海量數(shù)據(jù)的挖掘與監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)，使系統(tǒng)向更智能化方向發(fā)展。

這套系統(tǒng)已經(jīng)在多個(gè)水電站得到成功應(yīng)用，顯著提升了運(yùn)行效率、降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，我們也應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到，要實(shí)現(xiàn)從智能制造到智能生產(chǎn)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，任重而道遠(yuǎn)。這需要產(chǎn)學(xué)研用各界通力協(xié)作，深入開展關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)與集成創(chuàng)新，以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的迫切需要。本文所述系統(tǒng)只是邁向這一宏偉目標(biāo)的有益探索，希望能對(duì)行業(yè)發(fā)展提供借鑒。