數(shù)字化工廠全生命周期管理架構(gòu)及功能需求

李小冉 黃興祥

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

關鍵詞：數(shù)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(xiàn)狀

如何立體展示工廠的物理分布情況和各設備屬性數(shù)據(jù)？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(xiàn)預案管理標準化和規(guī)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(xiàn)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(shù)據(jù)的規(guī)范化、有序化積累，確保整個工程資料的完整性？

數(shù)字化工廠系統(tǒng)可為工廠提供三維可視化管理的支撐，即通過系統(tǒng)實現(xiàn)對工廠裝置區(qū)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(xiàn)對工程立項、設計、建設、生產(chǎn)運行及停用進行全生命周期管理。

在物理資產(chǎn)從產(chǎn)生、運營到退役的全過程中，提供資產(chǎn)信息的工程設計、數(shù)字資產(chǎn)移交、整合與生命周期管理、技改變更、運行維護、動態(tài)展示、信息查詢和模擬演示，能夠為規(guī)劃、設計、施工、運營等部門提供準確數(shù)據(jù)支持的管理環(huán)境。

2.數(shù)字化工廠全生命周期管理架構(gòu)及功能

根據(jù)設計項目資料并整合現(xiàn)場采集的數(shù)字化信息，搭建真實的全息化三維場景。搭建巡檢系統(tǒng)、設備管理系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)、安全運營系統(tǒng)等，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)在三維場景中的動態(tài)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(xiàn)完整性的可視化設備管理。

系統(tǒng)建設主要包含四部分內(nèi)容，一是數(shù)字工廠系統(tǒng)的硬件設備的采購與安裝;二是開發(fā)用于數(shù)字工廠基礎數(shù)據(jù)管理和三維展示的基礎數(shù)據(jù)平臺;三是基于基礎數(shù)據(jù)平臺開發(fā)多種應用系統(tǒng)（巡檢系統(tǒng)、設備管理系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)、安全運營系統(tǒng)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(jié)構(gòu)化錄入等服務。

3.數(shù)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(shù)據(jù)，是企業(yè)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(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)全面涵蓋工廠結(jié)構(gòu)、屬性、設備關聯(lián)關系等各種業(yè)務結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以及過程記錄、標準規(guī)范、工程圖紙、操作程序、專題報告、設計文檔等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，更好地實現(xiàn)對數(shù)據(jù)資產(chǎn)全生命周期的管理。

3）安全巡檢

可以實現(xiàn)對巡檢人員、巡檢動態(tài)、巡檢線路、巡檢數(shù)據(jù)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(xiàn)預案管理標準化和規(guī)范化，實現(xiàn)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(xiàn)場控制及事故原因調(diào)查提供指導，提高災害事故的現(xiàn)場處理水平。模擬預測事故發(fā)展態(tài)勢，實現(xiàn)各級救援指揮部門聯(lián)合制定救援措施、采取統(tǒng)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(diào)度協(xié)調(diào)。建立一套完善的預警和應急指揮系統(tǒng)，增強對生產(chǎn)運行動態(tài)監(jiān)控能力，確保生產(chǎn)安全平穩(wěn)運營。

5）設備管理系統(tǒng)

通過設備管理系統(tǒng)的實施，深入設備資產(chǎn)的精細化管理，實現(xiàn)設備資產(chǎn)管理的信息化、標準化、流程化。可以與基礎數(shù)據(jù)平臺和其他業(yè)務系統(tǒng)構(gòu)成一個完整的整體，實現(xiàn)各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，滿足系統(tǒng)擴展性的需求。實現(xiàn)設備管理與物資采購、庫存、合同及供應商管理的緊密結(jié)合，為采購工作提供依據(jù)。

6）可視化培訓

虛擬真實的工廠環(huán)境，提高培訓演練的真實性和有效性，減少培訓演練成本，內(nèi)置各種培訓演練內(nèi)容和方式，適應不同崗位和工種需求。數(shù)字工廠系統(tǒng)中，將提供可視化工藝過程管理及培訓，實現(xiàn)逼真的生產(chǎn)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(tǒng)

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(tǒng)一管理和調(diào)配。通過數(shù)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(guī)劃等。

結(jié)束語

通過各類基礎數(shù)據(jù)的收集、整理，構(gòu)建全廠裝置、設備的三維模型，集成其它各種信息化系統(tǒng)，完成全生命周期管理系統(tǒng)建立，實現(xiàn)數(shù)字化平臺及三維平臺的協(xié)作，確保數(shù)字化基礎數(shù)據(jù)高效、規(guī)范、有序。數(shù)字化工廠將全面實現(xiàn)數(shù)字化、信息化、集成化的綜合管理平臺，為今后工廠的統(tǒng)一管理、預測、決策等起到至關重要的作用！