三維可視化技術下的設備管理

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摘要：三維可視化技術面向智能工廠，將傳統(tǒng)設備管理由隱式管理模式轉變?yōu)轱@性管理模式，同時，三維可視化技術作為實現(xiàn)智慧工廠的縱向集成與橫向集成的重要途徑，是實現(xiàn)工廠實現(xiàn)智能化轉型及發(fā)展的起點與關鍵點。論文分析了國內外可視化技術在設備管理方面的應用，盡管已有生產(chǎn)單位應用可視化技術進行能源管網(wǎng)的直觀展示，但缺乏與其他數(shù)據(jù)的集成，無法實施掌握動態(tài)數(shù)據(jù)或現(xiàn)場狀況，難以達到運維管理要求。論文根據(jù)管理需求，實現(xiàn)可視化設備管理的二三維聯(lián)動、隱蔽設備管理、三維模型與P&ID聯(lián)動管理、實時監(jiān)控及預警報警管理、設備異常數(shù)據(jù)可視化展示、圖檔資料可視化管理，并探索了可視化設備管理對于智能工廠建設的重要意義，并從技術、理論、應用三個層面驗證了可視化設備管理在“靜態(tài)、動態(tài)、現(xiàn)場”的綜合管理，可促進工廠精細化管理的進一步完善，同時為企業(yè)提供新技術探索應用、促進設備管理水平持續(xù)提升提供有益探索。

關鍵詞：智能工廠；三維可視化；設備管理；可視化管理

一、三維可視化技術概述

隨著我國將“智能工廠”作為工業(yè)改革的重要目標，智能工廠的智慧體現(xiàn)一直是工廠管理關注的重點問題[1]。目前隨著智能工廠體系的逐步完善，智慧體現(xiàn)主要集中在智慧生產(chǎn)、智慧管理兩個方面，而實現(xiàn)途徑有兩條：縱向集成、橫向集成[2]。縱向集成與橫向集成相輔相成，二者殊途同歸，其交匯點就是“可視化管理”。三維可視化將傳統(tǒng)隱式管理轉變?yōu)轱@性管理，使得所有的管理均具備可見的實體，故三維可視化管理是實現(xiàn)智慧工廠的基石[3-4]。三維可視化技術是建立應用層次明確的三維模型，將三維模型作為實體對應的管理對象，根據(jù)智能工廠管理體系進行唯一標準編碼，關聯(lián)與其相關的人（包括計劃經(jīng)營管理人員、生產(chǎn)技術管理人員、設備工程師等崗位人員）、事（涵蓋設備全生命周期業(yè)務管理內容，包括采購、安裝、試運行、點巡檢、檢維修、調撥、報廢等）、物（包括設備運轉所需專有備件通用備件，以及相關的附屬設備等）[5]。如此，在三維平臺中即可了解各個管理對象的空間布局、具體參數(shù)，又可通過外部集成系統(tǒng)了解設備等當前生產(chǎn)任務、生產(chǎn)狀態(tài)、關鍵零部件使用壽命、庫存信息、維護信息、供應商信息、維保計劃、質檢維保人員信息等。三維平臺有序糅合了管理需要的各類信息，進而實現(xiàn)企業(yè)的智慧管理，奠定智能工廠橫向集成的基礎。在縱向集成方面，三維可視化技術與監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)等集成，完成“數(shù)據(jù)采集—傳輸—過濾—存儲—分析—可視化管理”的縱向集成。在此過程中，以三維系統(tǒng)為依托，配合各個監(jiān)控、監(jiān)測系統(tǒng)，快速實現(xiàn)什么設備在什么時間發(fā)生了什么狀況、具體所在什么位置、故障涉及范圍多大、針對故障有什么有效解決方案、方案如何驗證以及如何實施。以三維可視化為基礎的縱向集成將企業(yè)的生產(chǎn)要求提升到智能化層次。因此，三維可視化技術是實現(xiàn)智慧工廠的縱向集成與橫向集成的重要途徑，且是縱向集成與橫向集成融匯的交點是實現(xiàn)工廠轉型及發(fā)展的起點與關鍵點。

二、三維可視化技術在國內外行業(yè)中的應用現(xiàn)狀

目前，國外發(fā)達國家實現(xiàn)了基于可視化的從工廠車間和樓宇設備一級到企業(yè)業(yè)務系統(tǒng)的互聯(lián)互通，平臺模型庫相對齊全，在模型應用及配置方面可直接復用，平臺可快速通過多種方式進行數(shù)據(jù)對接，并基于實時數(shù)據(jù)進行綜合管理，尤其美國在這方面有著豐富的實施與應用經(jīng)驗。而國內則以設計、施工輔助為主，在運維階段缺乏有效的思想貫徹和成熟的應用平臺，目前主要還是集中在動力能源設備的集中監(jiān)控，以及能源計量數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)視，對于現(xiàn)場能源載體包括能源管網(wǎng)與能源設備的管理往往是以人為主、經(jīng)驗判斷的方式，存在嚴重的安全隱患與管理盲點。國內已有生產(chǎn)單位應用可視化技術進行能源管網(wǎng)的直觀展示，但缺乏與其他數(shù)據(jù)的集成，無法實施掌握動態(tài)數(shù)據(jù)或現(xiàn)場狀況，難以達到運維管理要求。

三、利用三維可視化技術進行工廠設備管理

1.設備三維模型與運維管理信息聯(lián)動三維可視化動態(tài)設備管理平臺建立設備臺賬及資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，并和三維設備綁定，應用三維可視化技術對工廠進行全廠區(qū)建模，并對設備、管道、附屬設備進行精細化建模及模型唯一編碼，結合數(shù)字化技術，在三維場景中將設備等管理對象的三維模型與基礎信息的關聯(lián)，實現(xiàn)設備臺賬的可視化展示。將設備三維模型與運維信息通過信息化方式集成，實現(xiàn)三維模型和設備屬性數(shù)據(jù)的互查、雙向檢索定位，從而實現(xiàn)三維可視化的資產(chǎn)管理，使用戶能夠快速找到相應的設備，以及查看設備對應的現(xiàn)場位置、所處環(huán)境、關聯(lián)設備、設備參數(shù)等真實情況。此外，在綜合管道或者建筑環(huán)境比較復雜的情況下，隱蔽設備難以查看?；谌S可視化技術，通過設備的隱藏和顯示、建筑外延的顯示和隱藏等方式查看隱蔽設備的空間位置。

2. 三維模型與P&ID聯(lián)動管理快速查詢功能包括能源管道附屬設備、閥門、計量表等管理對象的多條件查詢，同理，通過設備快速查詢，一方面用戶能夠即時掌握并維護設備最新情況；另一方面一旦發(fā)生故障，結合快速定位功能，為設備故障處理及時提供數(shù)據(jù)支持。

3.實時監(jiān)控及預警報警管理在三維場景中，集成并采集采氣一廠A11系統(tǒng)中關鍵設備運行或傳感器數(shù)據(jù)信息，對重點設備的溫度、濕度、振動、轉速、開關等實時信息進行采集和分析，當工作條件出現(xiàn)異常時，可及時顯示、報警，可實現(xiàn)對各類設施設備運行監(jiān)控的精確管理，并在三維場景中對報警數(shù)據(jù)進行判讀，對于運行異常的設備，或者運行參數(shù)超過閾值的設備，進行報警提醒；通過可視化查看設備運行狀態(tài)，能夠為設施設備維修維護和故障排查提供支持依據(jù)。

4.設備異常數(shù)據(jù)可視化展示通過對實時采集的設備運行分析，系統(tǒng)能夠快速定位故障單元及可能位置，并在三維場景中高亮展示，使維護人員可快速找到故障設備并定位到準確位置，同時查看相關參數(shù)信息，加快供能系統(tǒng)故障恢復速度，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。同時，在可視化場景中，統(tǒng)計分析設備異常數(shù)據(jù)及基于工單的檢維修數(shù)據(jù)，通過儀表盤等方式向設備工程師提供設備完好率、巡檢任務完好率、維保任務完好率等設備管理KPI。

5.圖檔資料可視化管理圖檔資料管理模塊實現(xiàn)施工圖紙、設備操作說明書、維護手冊等資料的集中、統(tǒng)一管理，并實現(xiàn)圖檔資料與三維模型的關聯(lián)，解決圖檔資料零散、管理不便等問題，保證企業(yè)圖紙資料、電子文檔資源的可持續(xù)應用。在三維場景中選擇三維模型，即可查看與之關聯(lián)的所有文檔資料，如圖1所示。該功能點的目的為加強圖檔資料的使用性，方便設備工程師能夠快速查詢到相關圖檔資料，降低圖檔資料的使用難度及維護難度。

四、三維可視化技術為工廠設備管理帶來的變革

根據(jù)《中國制造2025》規(guī)劃，智能工廠自下而上可實現(xiàn)硬裝備的智能化、生產(chǎn)過程的可視化、制造管理的精益化、指揮調度的數(shù)字化，全方位提升企業(yè)核心競爭力，推進智能制造發(fā)展。此外，可視化設備運維管理還涉及多學科前沿技術，包括自動化控制、信息化管理、虛擬仿真、機器學習、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動應用等技術，應用自動化與可視化集成技術，在設備生產(chǎn)過程實時同步監(jiān)控，實現(xiàn)設備運行狀態(tài)監(jiān)測預警。而且，可探索內容包括設備工作原理仿真、設備工藝仿真、設備與物料的三維仿真模擬和設備結構拆裝仿真，使設備工程師了解和掌握設備信息更加的直觀和有效。

五、結語

因此，應用三維可視化技術實現(xiàn)設備運維管理可從技術、理論、應用三個層面實現(xiàn)設備的“靜態(tài)、動態(tài)、現(xiàn)場”的綜合掌握，為設備管理層的決策與行動提供數(shù)據(jù)支持及方案驗證，促進工廠精細化管理的進一步完善，同時為企業(yè)提供新技術探索應用、促進設備管理水平持續(xù)提升的有益探索。

參考文獻

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[2]李佳璇.面向智能工廠的設備數(shù)據(jù)采集與遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].南京航空航天大學,2018.

[3]梅恪.智能制造統(tǒng)一參考架構模型探索[J].信息技術與標準化,2017(08):20-24.

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[5]朱玉韜.流程工業(yè)信息可視化平臺理論與應用研究[D].浙江大學,2008.

作者：王傳平 張洪杰 董江潔 單位：新疆油田公司采氣一廠