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

特約撰稿人：學(xué)府咨詢集團(tuán)廣志信息科技有限公司 袁岳鋒

·業(yè)界視點(diǎn)·

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

特約撰稿人：學(xué)府咨詢集團(tuán)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(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領(lǐng)《中國制造2025》的出臺，工業(yè)領(lǐng)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(kuò)建和增建設(shè)施。而且項(xiàng)目必須安全的、利用有限的資源、按照嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)劃安排（最大限度地縮短上市時間、最大限度地延長在市時間)、在嚴(yán)格的資本支出(C A PE X)預(yù)算內(nèi)設(shè)計(jì)、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(shí)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(shí)現(xiàn)最佳的資產(chǎn)性能和資產(chǎn)回報(bào)。

以低成本實(shí)現(xiàn)工廠安全、可持續(xù)生產(chǎn)、運(yùn)營、維護(hù)和管理，需要快速獲取與工廠實(shí)際狀態(tài)一致的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)字化工廠是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳手段。數(shù)字化工廠是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的信息管理平臺；是一個以工廠設(shè)備基礎(chǔ)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(xiàng)目數(shù)據(jù)移交的工具，為工廠的日常運(yùn)營、維護(hù)、擴(kuò)建和檢維修項(xiàng)目提供了完整、準(zhǔn)確和可信的基礎(chǔ)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(hù)和再利用。數(shù)字化工廠是工廠的無形資產(chǎn)；而且基礎(chǔ)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(shù)路線

數(shù)字化工廠核心是實(shí)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(shè)備（裝置），三維可視化動態(tài)設(shè)備管理應(yīng)用是在數(shù)字化工廠平臺基礎(chǔ)上運(yùn)用三維仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建行業(yè)逼真的三維模擬現(xiàn)實(shí)場景。將企業(yè)資產(chǎn)三維模型以及信息屬性有機(jī)地結(jié)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(luò)的信息處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)視、操作與控制、綜合信息分析與智能告警、運(yùn)行管理和輔助應(yīng)用（維護(hù)、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(yùn)營能力。

三維可視化動態(tài)設(shè)備管理平臺基于X 3D (Extensible 3D - 可擴(kuò)展3D)可擴(kuò)展三維語言與組件技術(shù)，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(jìn)行轉(zhuǎn)化，聚合形成統(tǒng)一X 3D實(shí)景仿真模型。X 3D實(shí)景仿真模型通過持續(xù)更新三維數(shù)據(jù)與擴(kuò)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(shí)景仿真的空間里統(tǒng)一展示地理、地質(zhì)、建筑設(shè)施、設(shè)備資產(chǎn)、自動化、監(jiān)控、監(jiān)測及其他擴(kuò)展信息，以產(chǎn)生更高級的運(yùn)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(shè)備管理平臺對企業(yè)的工廠地形地貌、建筑、車間結(jié)構(gòu)、設(shè)施設(shè)備等幾何建模，直觀、真實(shí)、精確地展示各種設(shè)施、設(shè)備形狀及生產(chǎn)工藝的組織關(guān)系，設(shè)施、設(shè)備的分布和拓?fù)淝闆r。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(shí)時、檔案等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)綁定在一起，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在三維場景中的快速定位與基礎(chǔ)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(shè)備管理平臺可以對在建工程、設(shè)備安裝等進(jìn)行三維建模，并把三維場景與計(jì)劃、實(shí)際進(jìn)度時間結(jié)合，用不同顏色表現(xiàn)每一階段的安裝建設(shè)過程。

安裝進(jìn)度圖

可視化設(shè)備臺賬管理

三維可視化動態(tài)設(shè)備管理平臺建立設(shè)備臺賬及資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，并和三維設(shè)備綁定，實(shí)現(xiàn)設(shè)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(shí)現(xiàn)三維可視化的資產(chǎn)管理，使用戶能夠快速找到相應(yīng)的設(shè)備，以及查看設(shè)備對應(yīng)的現(xiàn)場位置、所處環(huán)境、關(guān)聯(lián)設(shè)備、設(shè)備參數(shù)等真實(shí)情況。

設(shè)備屬性

設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)

可視化巡檢管理

三維可視化動態(tài)設(shè)備管理平臺采用G PR S+PD A+R F ID 技術(shù)方案，巡檢任務(wù)從制定、分配、下發(fā)、接收、執(zhí)行、考核等全部工作都可以遠(yuǎn)程控制、無線實(shí)時同步，從而實(shí)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(shè)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(yīng)的數(shù)據(jù)，強(qiáng)化巡檢計(jì)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(shí)時監(jiān)控功能，可以掌握當(dāng)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(shí)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(hù)管理

三維可視化動態(tài)設(shè)備管理平臺可以對企業(yè)重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行在線信息采集、報(bào)警、控制等管理。

采集與監(jiān)控：對重點(diǎn)設(shè)備的溫度、濕度、轉(zhuǎn)速、振動、開關(guān)等實(shí)時信息進(jìn)行采集和分析，當(dāng)工作條件出現(xiàn)異常時，可及時顯示、報(bào)警。

監(jiān)控點(diǎn)示例圖

異常報(bào)警處理：一種是事故報(bào)警，包括非操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動作信號；另一種是普通報(bào)警，包括一般設(shè)備狀態(tài)變化、遙信狀態(tài)異常信號、模擬量越復(fù)限、節(jié)點(diǎn)或鏈路狀態(tài)、遙控操作、保護(hù)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(bào)警。系統(tǒng)能夠?qū)Ω黝悎?bào)警進(jìn)行分類管理，自動推出報(bào)警提示及定位到三維場景相應(yīng)的設(shè)備上，同時伴隨著不同音響警報(bào)，并支持向指定人員手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息，使用戶及時捕獲到運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)或潛在風(fēng)險(xiǎn)。同時可通過三維動態(tài)方式指導(dǎo)過程處理。

故障處理指引示例圖

遠(yuǎn)程控制：可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制設(shè)備的啟停、調(diào)整等，同時能在環(huán)境非正常的情況下自動或遠(yuǎn)程人為地控制各種環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備（如空調(diào)、通風(fēng)設(shè)備等），使工作環(huán)境恢復(fù)正常。

可視化在線培訓(xùn)管理

1.交互操作培訓(xùn)

三維可視化動態(tài)設(shè)備管理平臺實(shí)現(xiàn)操作流程演示學(xué)習(xí)與在線考核，用于對生產(chǎn)裝置所采用的技術(shù)方案、裝置內(nèi)各主要設(shè)備之間的關(guān)系及物流走向等內(nèi)容進(jìn)行講解。演示學(xué)習(xí)以文字介紹、視點(diǎn)變換、動作模擬等方式對操作流程進(jìn)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(jìn)行演示學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)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(guān)閥門）的方式來引導(dǎo)流程走向，達(dá)到全面熟悉操作流程的目的。

2.典型設(shè)備培訓(xùn)

典型設(shè)備培訓(xùn)是針對典型設(shè)備進(jìn)行可視化培訓(xùn)，依托三維仿真及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為技術(shù)支撐，制作典型設(shè)備的高精度3D模型，在高精度3D設(shè)備模型基礎(chǔ)上，制作出生動、形象的三維動畫視頻培訓(xùn)課件，從而實(shí)現(xiàn)對設(shè)備基本信息、結(jié)構(gòu)組成、工作原理、標(biāo)準(zhǔn)操作以及故障分析等內(nèi)容進(jìn)行可視化培訓(xùn)。

基礎(chǔ)信息：主要對設(shè)備的名稱、類型、用途、特點(diǎn)等基本信息進(jìn)行演示講解。

設(shè)備結(jié)構(gòu)：主要通過對高精度設(shè)備3D模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)拆分或剖切，對設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成及各組件名稱等信息進(jìn)行動態(tài)演示講解。

主風(fēng)機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

工作原理：運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，模擬設(shè)備正常工作時的運(yùn)行狀態(tài)，對設(shè)備的工作原理進(jìn)行動態(tài)演示講解。

標(biāo)準(zhǔn)操作：主要是對設(shè)備實(shí)際操作過程中需要遵循的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行動態(tài)演示講解。

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

3.設(shè)備的拆解、組裝（人機(jī)互動式訓(xùn)練）

在完成典型設(shè)備培訓(xùn)課件的基礎(chǔ)上，建立高精度3D設(shè)備模型數(shù)據(jù)庫，任意選擇將要進(jìn)行操作的設(shè)備模型，在3D引擎平臺的支持下，進(jìn)行人機(jī)交互式訓(xùn)練，在界面中通過點(diǎn)擊3D模型的某組件，實(shí)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(xùn)對象深化對設(shè)備結(jié)構(gòu)的掌握程度。為其在以后設(shè)備維修作業(yè)中提供形象化的理論支持。

4.應(yīng)急演練培訓(xùn)

三維可視化動態(tài)設(shè)備管理平臺可利用三維虛擬現(xiàn)實(shí)平臺為相關(guān)人員提供“角色”動畫演練，熟悉廠內(nèi)重大事故預(yù)案的模擬場景，模擬整個應(yīng)急預(yù)案，并進(jìn)行推演。

應(yīng)急演練培訓(xùn)是指基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新穎培訓(xùn)模式，是將整個實(shí)際演練過程在計(jì)算機(jī)上的實(shí)現(xiàn)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適用于進(jìn)行應(yīng)急演練的三維仿真交互式事故場景環(huán)境（現(xiàn)實(shí)世界真實(shí)場景的再現(xiàn)），使學(xué)員感覺“身臨其境”一般，產(chǎn)生與真實(shí)情況下同樣的視覺及聽覺感受。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持下，虛擬場景中所涉及的事物與真實(shí)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(shí)世界一樣的逼真效果（如設(shè)備的運(yùn)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(qiáng)烈的浸沒感、真實(shí)感，使學(xué)員在整個應(yīng)急演練過程中猶如在真實(shí)演練一般。

基于計(jì)算機(jī)的虛擬事故環(huán)境可以為所有學(xué)員在任何時間、地點(diǎn)提供應(yīng)急演練環(huán)境。此外，通過對災(zāi)害現(xiàn)場和災(zāi)害過程的模擬仿真、情景再現(xiàn)，系統(tǒng)為學(xué)員在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上提供執(zhí)行各項(xiàng)應(yīng)急救援任務(wù)的三維虛擬事故環(huán)境，學(xué)員在此環(huán)境中按照職能和任務(wù)的不同，扮演不同的角色進(jìn)行應(yīng)急任務(wù)演練，同時在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，可實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)各角色相互合作，多人協(xié)同演練，完成所設(shè)定的應(yīng)急任務(wù)，同時也可進(jìn)行救援競賽，以考核培訓(xùn)對象對應(yīng)急預(yù)案的掌握程度。

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

應(yīng)急演練培訓(xùn)流程圖

結(jié)　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(shè)備管理應(yīng)用，可顯著降低資本支出（C APEX）和運(yùn)營支出（OPEX），減少因非計(jì)劃停運(yùn)造成的收入損失，實(shí)現(xiàn)工廠安全運(yùn)營。在工廠整個生命周期內(nèi)的關(guān)鍵工作流程中，用戶大大受益于動態(tài)基礎(chǔ)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(yīng)用可以提高工廠運(yùn)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(nèi)為工廠節(jié)省大量的費(fèi)用和資源。