三維數(shù)字化煙廠及應(yīng)用展望

劉志旺 余 敏 劉 鵬

（四川煙草工業(yè)有限責(zé)任公司西昌分廠 四川西昌）

一、背景

煙草行業(yè)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用已近10余年，已有許多煙廠在近幾年時(shí)間里上線了不少信息化系統(tǒng)并開(kāi)展了眾多應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、管理效益。隨著煙草市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局的逐漸形成，煙草企業(yè)對(duì)加強(qiáng)信息化建設(shè)，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的需求格外迫切。煙草工業(yè)和商業(yè)公司、配套系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商都在緊鑼密鼓地制訂本企業(yè)信息化的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略規(guī)劃和實(shí)施方案。但由于信息化的內(nèi)涵在不同的地區(qū)、不同的文化、不同的時(shí)間段內(nèi)都是不同的，因此，煙草企業(yè)信息化是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展的概念。從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，煙草企業(yè)信息化不僅包括煙草集團(tuán)的信息化，而且包括煙廠的信息化。在目前的情況下，數(shù)字化煙廠便是對(duì)煙廠信息化的簡(jiǎn)明概括。

數(shù)字化煙廠（E-tabacco Plant）的概念，就是對(duì)煙廠信息化的簡(jiǎn)明概括和廣泛提升。所謂數(shù)字化煙廠就是煙廠將所有信號(hào)數(shù)字化，然后利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可靠而準(zhǔn)確的數(shù)字化信息交換、跨平臺(tái)的資源實(shí)時(shí)共享，進(jìn)而利用智能系統(tǒng)提供各種優(yōu)化決策建設(shè)，為生產(chǎn)設(shè)備的操作、檢維修工作提供科學(xué)指導(dǎo)。其作用是降低生產(chǎn)成本、提高設(shè)備運(yùn)行效率、減少設(shè)備故障、方便設(shè)備和管網(wǎng)、設(shè)施維修，最終實(shí)現(xiàn)煙廠的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和節(jié)能增效。需要指出的是，數(shù)字化煙廠是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展的概念，目前數(shù)字化煙廠的實(shí)現(xiàn)過(guò)程仍處于研究和探索之中。

AVEVA NET+WIZ PLANT系統(tǒng)解決方案是提供煙廠管理人員、采購(gòu)人員、維修人員、操作人員、安全人員之間高效的交流手段，并終生儲(chǔ)存煙廠經(jīng)編碼設(shè)備數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、布置設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、材料數(shù)據(jù)、采購(gòu)數(shù)據(jù)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)數(shù)據(jù)，為連續(xù)作業(yè)的數(shù)字工廠的技術(shù)平臺(tái)。

AVEVA NET作為一種基于互聯(lián)網(wǎng)門戶的應(yīng)用程序平臺(tái)，具有易于使用，便于搜索的特點(diǎn)。它能以鏈接的形式實(shí)現(xiàn)工程靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)檢索，對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的三維實(shí)體文件以流媒體的形式發(fā)布，保證信息的可靠性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)文件與現(xiàn)有主流的三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件相互獨(dú)立，階段性更新。同時(shí)它將與三維模型有關(guān)的相應(yīng)文檔、圖紙、圖像，加入鏈接方便進(jìn)行查驗(yàn)和校對(duì)。WIZ PLANT與AVEVA NET無(wú)縫對(duì)接，AVEVA NET結(jié)合WIZ PLANT可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)海量的煙廠動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，可作為煙廠全系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成＆數(shù)據(jù)交換的煙廠數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。結(jié)合WIZ PLANT的設(shè)備管理工具，在運(yùn)維階段可實(shí)現(xiàn)設(shè)備工況分析、狀態(tài)檢修和預(yù)警等功能。

圖1 數(shù)字化煙廠系統(tǒng)架構(gòu)圖

二、煙廠數(shù)字化運(yùn)維管理設(shè)想

1.系統(tǒng)集成及信息交換

數(shù)字化煙廠是在分散控制系統(tǒng)及廠級(jí)信息監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融合現(xiàn)代化的管理思想，為煙廠的日常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)如檢修管理、運(yùn)行管理、設(shè)備管理等提供決策依據(jù)，最終達(dá)到設(shè)備零部件庫(kù)存最低、采購(gòu)費(fèi)用最小及煙廠營(yíng)運(yùn)成本最低的目標(biāo)。數(shù)字化煙廠的信息系統(tǒng)主要涉及MES、ERP、動(dòng)力能源、卷包中控、制絲集控、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)。這些系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行，通過(guò)公用的統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三個(gè)系統(tǒng)的無(wú)縫集成，從而達(dá)到全廠數(shù)據(jù)的共享。

數(shù)字化煙廠為煙廠提供運(yùn)維期間所需的各種資料，以三維模型為依托進(jìn)行展示。為業(yè)主提供多種在線查詢功能，提高了工作效率。這些信息與煙廠的MES等系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，通過(guò)與模型相結(jié)合的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)煆S的運(yùn)行情況，必能實(shí)現(xiàn)煙廠全面信息化的優(yōu)質(zhì)管理，能提高煙廠核心競(jìng)爭(zhēng)能力。

三維模型瀏覽可以對(duì)煙廠構(gòu)造、布局的了解，同時(shí)重要的一點(diǎn)是能根據(jù)瀏覽所到之處，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊設(shè)備（管道），能實(shí)時(shí)地查出所點(diǎn)擊點(diǎn)設(shè)備的一切靜態(tài)數(shù)據(jù)（指設(shè)計(jì)資料和基建資料，包括設(shè)備銘牌信息、各種設(shè)計(jì)參數(shù)、相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙、計(jì)算書(shū)、廠家資料、安裝圖紙等），還能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（指設(shè)備的動(dòng)態(tài)運(yùn)行參數(shù)，包括溫度、壓力等）的檢索，這一環(huán)境就好像處在一個(gè)與現(xiàn)實(shí)煙廠完全一致的虛擬煙廠中，這個(gè)虛擬煙廠包含一個(gè)存有大量信息資料的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。

此外，結(jié)合數(shù)字化煙廠的移動(dòng)終端和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的二維條碼，可以實(shí)時(shí)查詢相關(guān)靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，完全覆蓋并超越一些煙廠采用的6S管理目視化管理方法?，F(xiàn)有的6S管理目視化管理方法僅能讓一線人員獲知少量的靜態(tài)數(shù)據(jù)，還是存在一定的安全隱患。數(shù)字化煙廠能夠讓一線人員在1 s左右的時(shí)間獲知煙廠設(shè)施全部靜態(tài)的設(shè)計(jì)資料、設(shè)計(jì)參數(shù)、基建信息以及動(dòng)態(tài)的運(yùn)維數(shù)據(jù)，確保信息的及時(shí)性、有效性和準(zhǔn)確性，為安全生產(chǎn)和安全運(yùn)維提供最佳的保障。

2.數(shù)字化煙廠運(yùn)維管理中的應(yīng)用展望

（1）生產(chǎn)輔助。數(shù)字化煙廠信息資產(chǎn)管理平臺(tái)集成多系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)自多個(gè)不同系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)盡收眼底，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控及預(yù)警。既節(jié)省運(yùn)維人員查找相關(guān)數(shù)據(jù)的時(shí)間，同時(shí)有利于運(yùn)維人員科學(xué)決策（圖2）。

圖2 設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控及預(yù)警

（2）設(shè)備、管網(wǎng)、設(shè)施維護(hù)、維修。在三維虛擬環(huán)境中，可以實(shí)現(xiàn)檢維修策略的制定以及實(shí)現(xiàn)虛擬巡檢。有利于科學(xué)合理的定制設(shè)備維護(hù)計(jì)劃。實(shí)現(xiàn)作業(yè)任務(wù)的安全分析、人員防護(hù)、規(guī)范行走路線、明確設(shè)備全生命周期的技術(shù)資料、為運(yùn)維人員提供準(zhǔn)確且實(shí)時(shí)的設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)等。

科學(xué)合理的制定檢修策略，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的預(yù)防性維修。降低設(shè)備維護(hù)的綜合成本，為煙廠增加不小的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）應(yīng)急指揮。在三維數(shù)字化煙廠的虛擬環(huán)境中，定制應(yīng)急預(yù)案，定制事故處理方案。實(shí)現(xiàn)防患于未然，為應(yīng)急指揮提供切實(shí)可行的驗(yàn)證平臺(tái)。

（4）員工培訓(xùn)及知識(shí)管理。平面的工作操作手冊(cè)變成交互式的培訓(xùn)場(chǎng)景（圖3），讓一線人員身臨其境，操作工序更加直觀、并且可交互。實(shí)現(xiàn)操作流程的3D可視化，也有利于促進(jìn)辦公無(wú)紙化，更有利于知識(shí)的積累和傳承。

（5）合規(guī)與變更。建立信息規(guī)范和交付標(biāo)準(zhǔn)，煙廠全廠運(yùn)維涉及多系統(tǒng)，信息必須保證合規(guī)性，這是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的前提。在三維數(shù)字化煙廠中同時(shí)實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)變更管理（圖4）。

3.三維數(shù)字化煙廠信息集成技術(shù)

圖3 交互式的培訓(xùn)場(chǎng)景

圖4 實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)變更管理

數(shù)字化煙廠信息集成和數(shù)據(jù)交換遵循ISO 15926和ISO 10303兩個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在信息集成和數(shù)據(jù)交換過(guò)程中，數(shù)據(jù)平臺(tái)使用符合EIWM的XML作為數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)；使用ZGL、XGL和SVG等中立格式作為文件存儲(chǔ)格式。數(shù)據(jù)平臺(tái)需要提供各類接口（包括商業(yè)接口）轉(zhuǎn)換文檔格式以滿足ISO 10303要求，并且抽取文檔內(nèi)容為XML格式以滿足ISO 15926要求。

從圖5可以看出，數(shù)字化煙廠接受的數(shù)據(jù)只要符合EIWM即可向數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)，導(dǎo)入過(guò)程可以是后臺(tái)自動(dòng)化進(jìn)行；同時(shí)AVEVA NET可以通過(guò)接口程序轉(zhuǎn)換文件格式并且抽取其內(nèi)容形成XML文件導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)（圖6）。同時(shí)大量的歷史數(shù)據(jù)存放在WIZ PLANT中，通過(guò)AVEVA NET總是能夠快速檢索最新數(shù)據(jù)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的分析以及數(shù)據(jù)挖掘。

圖5 煙廠信息集成原理圖

圖6 接口程序處理原理圖

同樣，數(shù)字化煙廠可以通過(guò)XML或者AJAX方式向其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)和文件分別存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)和硬盤中，除了流媒體外，所有文件通過(guò)HTTP或HTTPS協(xié)議發(fā)布，因此其他系統(tǒng)可以很容易獲取文件。

數(shù)據(jù)接受格式是XML（EIWM）。對(duì)數(shù)據(jù)集成的技術(shù)實(shí)施步驟和要求如下。

（1）進(jìn)行信息集成前要分析哪些數(shù)據(jù)要發(fā)布到數(shù)字化煙廠信息資產(chǎn)管理平臺(tái)中。

（2）需要與實(shí)施方工程師配合一起討論這些數(shù)據(jù)通過(guò)何種方式在數(shù)字化煙廠信息資產(chǎn)管理平臺(tái)中組織管理。

（3）根據(jù)確定的數(shù)據(jù)管理方式，由實(shí)施顧問(wèn)定義出XML模板。

（4）由系統(tǒng)第三方文檔軟件供應(yīng)商根據(jù)XML模板創(chuàng)建含有實(shí)際數(shù)據(jù)的XML文件，并自動(dòng)導(dǎo)入到數(shù)字化煙廠信息資產(chǎn)管理平臺(tái)。

（5）制定數(shù)據(jù)同步規(guī)則：如什么條件下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，延遲時(shí)間等。

（6）文檔文件可以根據(jù)實(shí)際情況確定是否要發(fā)布到數(shù)字化煙廠信息資產(chǎn)管理平臺(tái)。如果文檔文件不用發(fā)布到數(shù)字化煙廠信息資產(chǎn)管理平臺(tái)，那么需要第三方文檔軟件支持B/S瀏覽文件；如果需要文檔發(fā)布到數(shù)字化煙廠信息資產(chǎn)管理平臺(tái)，那么需要這些文檔文件處于不加密狀態(tài)，建議在文檔系統(tǒng)輸出文檔屬性數(shù)據(jù)時(shí)同步將文檔輸出到中間區(qū)。

（7）實(shí)施顧問(wèn)制定接口程序處理規(guī)則配置文件。

（8）討論文檔傳遞方式，確認(rèn)調(diào)用接口程序方案：根據(jù)實(shí)際要求對(duì)不同格式的文檔文件確認(rèn)調(diào)用不同的接口程序處理。

（9）文件內(nèi)容參考引用的工程位號(hào)必須符合煙廠信息資產(chǎn)命名規(guī)范。如果沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)的編碼規(guī)范，需要實(shí)施方協(xié)助一起定制煙廠企業(yè)級(jí)的信息資產(chǎn)命名規(guī)范，這是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的基本條件。

三、綜述

各煙草企業(yè)必須做到安全性和經(jīng)濟(jì)性并重、優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程、降低生產(chǎn)成本和設(shè)備損耗、提高企業(yè)管理水平，以適應(yīng)煙草市場(chǎng)發(fā)展的需要。傳統(tǒng)的“MES+ERP等”信息架構(gòu)已難以完全滿足上述要求，三維數(shù)字化煙廠與傳統(tǒng)信息架構(gòu)相結(jié)合的道路又為煙廠運(yùn)營(yíng)管理多出了一道選擇，相信隨著三維應(yīng)用越來(lái)越深入各行各業(yè)，終將在煙草行業(yè)中占據(jù)重要的位置。