三維可視化技術(shù)下的設(shè)備管理

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摘要：三維可視化技術(shù)面向智能工廠，將傳統(tǒng)設(shè)備管理由隱式管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)轱@性管理模式，同時(shí)，三維可視化技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)智慧工廠的縱向集成與橫向集成的重要途徑，是實(shí)現(xiàn)工廠實(shí)現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型及發(fā)展的起點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)。論文分析了國(guó)內(nèi)外可視化技術(shù)在設(shè)備管理方面的應(yīng)用，盡管已有生產(chǎn)單位應(yīng)用可視化技術(shù)進(jìn)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(shí)施掌握動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)或現(xiàn)場(chǎng)狀況，難以達(dá)到運(yùn)維管理要求。論文根據(jù)管理需求，實(shí)現(xiàn)可視化設(shè)備管理的二三維聯(lián)動(dòng)、隱蔽設(shè)備管理、三維模型與P&ID聯(lián)動(dòng)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控及預(yù)警報(bào)警管理、設(shè)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(shè)備管理對(duì)于智能工廠建設(shè)的重要意義，并從技術(shù)、理論、應(yīng)用三個(gè)層面驗(yàn)證了可視化設(shè)備管理在“靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)”的綜合管理，可促進(jìn)工廠精細(xì)化管理的進(jìn)一步完善，同時(shí)為企業(yè)提供新技術(shù)探索應(yīng)用、促進(jìn)設(shè)備管理水平持續(xù)提升提供有益探索。

關(guān)鍵詞：智能工廠；三維可視化；設(shè)備管理；可視化管理

一、三維可視化技術(shù)概述

隨著我國(guó)將“智能工廠”作為工業(yè)改革的重要目標(biāo)，智能工廠的智慧體現(xiàn)一直是工廠管理關(guān)注的重點(diǎn)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(gè)方面，而實(shí)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(diǎn)就是“可視化管理”。三維可視化將傳統(tǒng)隱式管理轉(zhuǎn)變?yōu)轱@性管理，使得所有的管理均具備可見的實(shí)體，故三維可視化管理是實(shí)現(xiàn)智慧工廠的基石[3-4]。三維可視化技術(shù)是建立應(yīng)用層次明確的三維模型，將三維模型作為實(shí)體對(duì)應(yīng)的管理對(duì)象，根據(jù)智能工廠管理體系進(jìn)行唯一標(biāo)準(zhǔn)編碼，關(guān)聯(lián)與其相關(guān)的人（包括計(jì)劃經(jīng)營(yíng)管理人員、生產(chǎn)技術(shù)管理人員、設(shè)備工程師等崗位人員）、事（涵蓋設(shè)備全生命周期業(yè)務(wù)管理內(nèi)容，包括采購(gòu)、安裝、試運(yùn)行、點(diǎn)巡檢、檢維修、調(diào)撥、報(bào)廢等）、物（包括設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所需專有備件通用備件，以及相關(guān)的附屬設(shè)備等）[5]。如此，在三維平臺(tái)中即可了解各個(gè)管理對(duì)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(shè)備等當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)、生產(chǎn)狀態(tài)、關(guān)鍵零部件使用壽命、庫存信息、維護(hù)信息、供應(yīng)商信息、維保計(jì)劃、質(zhì)檢維保人員信息等。三維平臺(tái)有序糅合了管理需要的各類信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的智慧管理，奠定智能工廠橫向集成的基礎(chǔ)。在縱向集成方面，三維可視化技術(shù)與監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)等集成，完成“數(shù)據(jù)采集—傳輸—過濾—存儲(chǔ)—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(gè)監(jiān)控、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，快速實(shí)現(xiàn)什么設(shè)備在什么時(shí)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(duì)故障有什么有效解決方案、方案如何驗(yàn)證以及如何實(shí)施。以三維可視化為基礎(chǔ)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(shù)是實(shí)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(diǎn)是實(shí)現(xiàn)工廠轉(zhuǎn)型及發(fā)展的起點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)。

二、三維可視化技術(shù)在國(guó)內(nèi)外行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)現(xiàn)了基于可視化的從工廠車間和樓宇設(shè)備一級(jí)到企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的互聯(lián)互通，平臺(tái)模型庫相對(duì)齊全，在模型應(yīng)用及配置方面可直接復(fù)用，平臺(tái)可快速通過多種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，并基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理，尤其美國(guó)在這方面有著豐富的實(shí)施與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。而國(guó)內(nèi)則以設(shè)計(jì)、施工輔助為主，在運(yùn)維階段缺乏有效的思想貫徹和成熟的應(yīng)用平臺(tái)，目前主要還是集中在動(dòng)力能源設(shè)備的集中監(jiān)控，以及能源計(jì)量數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)視，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)能源載體包括能源管網(wǎng)與能源設(shè)備的管理往往是以人為主、經(jīng)驗(yàn)判斷的方式，存在嚴(yán)重的安全隱患與管理盲點(diǎn)。國(guó)內(nèi)已有生產(chǎn)單位應(yīng)用可視化技術(shù)進(jìn)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(shí)施掌握動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)或現(xiàn)場(chǎng)狀況，難以達(dá)到運(yùn)維管理要求。

三、利用三維可視化技術(shù)進(jìn)行工廠設(shè)備管理

1.設(shè)備三維模型與運(yùn)維管理信息聯(lián)動(dòng)三維可視化動(dòng)態(tài)設(shè)備管理平臺(tái)建立設(shè)備臺(tái)賬及資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，并和三維設(shè)備綁定，應(yīng)用三維可視化技術(shù)對(duì)工廠進(jìn)行全廠區(qū)建模，并對(duì)設(shè)備、管道、附屬設(shè)備進(jìn)行精細(xì)化建模及模型唯一編碼，結(jié)合數(shù)字化技術(shù)，在三維場(chǎng)景中將設(shè)備等管理對(duì)象的三維模型與基礎(chǔ)信息的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備臺(tái)賬的可視化展示。將設(shè)備三維模型與運(yùn)維信息通過信息化方式集成，實(shí)現(xiàn)三維模型和設(shè)備屬性數(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(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)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。此外，在綜合管道或者建筑環(huán)境比較復(fù)雜的情況下，隱蔽設(shè)備難以查看?；谌S可視化技術(shù)，通過設(shè)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(shè)備的空間位置。

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

3.實(shí)時(shí)監(jiān)控及預(yù)警報(bào)警管理在三維場(chǎng)景中，集成并采集采氣一廠A11系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行或傳感器數(shù)據(jù)信息，對(duì)重點(diǎn)設(shè)備的溫度、濕度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、開關(guān)等實(shí)時(shí)信息進(jìn)行采集和分析，當(dāng)工作條件出現(xiàn)異常時(shí)，可及時(shí)顯示、報(bào)警，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類設(shè)施設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控的精確管理，并在三維場(chǎng)景中對(duì)報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀，對(duì)于運(yùn)行異常的設(shè)備，或者運(yùn)行參數(shù)超過閾值的設(shè)備，進(jìn)行報(bào)警提醒；通過可視化查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，能夠?yàn)樵O(shè)施設(shè)備維修維護(hù)和故障排查提供支持依據(jù)。

4.設(shè)備異常數(shù)據(jù)可視化展示通過對(duì)實(shí)時(shí)采集的設(shè)備運(yùn)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(chǎng)景中高亮展示，使維護(hù)人員可快速找到故障設(shè)備并定位到準(zhǔn)確位置，同時(shí)查看相關(guān)參數(shù)信息，加快供能系統(tǒng)故障恢復(fù)速度，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。同時(shí)，在可視化場(chǎng)景中，統(tǒng)計(jì)分析設(shè)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(shè)備工程師提供設(shè)備完好率、巡檢任務(wù)完好率、維保任務(wù)完好率等設(shè)備管理KPI。

5.圖檔資料可視化管理圖檔資料管理模塊實(shí)現(xiàn)施工圖紙、設(shè)備操作說明書、維護(hù)手冊(cè)等資料的集中、統(tǒng)一管理，并實(shí)現(xiàn)圖檔資料與三維模型的關(guān)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(yīng)用。在三維場(chǎng)景中選擇三維模型，即可查看與之關(guān)聯(lián)的所有文檔資料，如圖1所示。該功能點(diǎn)的目的為加強(qiáng)圖檔資料的使用性，方便設(shè)備工程師能夠快速查詢到相關(guān)圖檔資料，降低圖檔資料的使用難度及維護(hù)難度。

四、三維可視化技術(shù)為工廠設(shè)備管理帶來的變革

根據(jù)《中國(guó)制造2025》規(guī)劃，智能工廠自下而上可實(shí)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(diào)度的數(shù)字化，全方位提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，推進(jìn)智能制造發(fā)展。此外，可視化設(shè)備運(yùn)維管理還涉及多學(xué)科前沿技術(shù)，包括自動(dòng)化控制、信息化管理、虛擬仿真、機(jī)器學(xué)習(xí)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應(yīng)用等技術(shù)，應(yīng)用自動(dòng)化與可視化集成技術(shù)，在設(shè)備生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)同步監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警。而且，可探索內(nèi)容包括設(shè)備工作原理仿真、設(shè)備工藝仿真、設(shè)備與物料的三維仿真模擬和設(shè)備結(jié)構(gòu)拆裝仿真，使設(shè)備工程師了解和掌握設(shè)備信息更加的直觀和有效。

五、結(jié)語

因此，應(yīng)用三維可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)維管理可從技術(shù)、理論、應(yīng)用三個(gè)層面實(shí)現(xiàn)設(shè)備的“靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)”的綜合掌握，為設(shè)備管理層的決策與行動(dòng)提供數(shù)據(jù)支持及方案驗(yàn)證，促進(jìn)工廠精細(xì)化管理的進(jìn)一步完善，同時(shí)為企業(yè)提供新技術(shù)探索應(yīng)用、促進(jìn)設(shè)備管理水平持續(xù)提升的有益探索。

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作者：王傳平 張洪杰 董江潔 單位：新疆油田公司采氣一廠