三维数字化烟厂及应用展望

刘志旺 余 敏 刘 鹏

（四川烟草工业有限责任公司西昌分厂 四川西昌）

一、背景

烟草行业的计算机应用已近10余年，已有许多烟厂在近几年时间里上线了不少信息化系统并开展了众多应用，取得了良好的经济、管理效益。随着烟草市场竞争格局的逐渐形成，烟草企业对加强信息化建设，提高企业竞争力的需求格外迫切。烟草工业和商业公司、配套系统开发商都在紧锣密鼓地制订本企业信息化的长远战略规划和实施方案。但由于信息化的内涵在不同的地区、不同的文化、不同的时间段内都是不同的，因此，烟草企业信息化是一个动态发展的概念。从严格意义上来说，烟草企业信息化不仅包括烟草集团的信息化，而且包括烟厂的信息化。在目前的情况下，数字化烟厂便是对烟厂信息化的简明概括。

数字化烟厂（E-tabacco Plant）的概念，就是对烟厂信息化的简明概括和广泛提升。所谓数字化烟厂就是烟厂将所有信号数字化，然后利用网络技术，实现可靠而准确的数字化信息交换、跨平台的资源实时共享，进而利用智能系统提供各种优化决策建设，为生产设备的操作、检维修工作提供科学指导。其作用是降低生产成本、提高设备运行效率、减少设备故障、方便设备和管网、设施维修，最终实现烟厂的安全、可靠、经济运行和节能增效。需要指出的是，数字化烟厂是一个动态发展的概念，目前数字化烟厂的实现过程仍处于研究和探索之中。

AVEVA NET+WIZ PLANT系统解决方案是提供烟厂管理人员、采购人员、维修人员、操作人员、安全人员之间高效的交流手段，并终生储存烟厂经编码设备数据，数据包括工程设计数据、布置设计数据、材料数据、采购数据、运营维护数据，为连续作业的数字工厂的技术平台。

AVEVA NET作为一种基于互联网门户的应用程序平台，具有易于使用，便于搜索的特点。它能以链接的形式实现工程静态数据和动态数据的关联检索，对现有设计数据库的三维实体文件以流媒体的形式发布，保证信息的可靠性和数据的准确性。其中存储的数据文件与现有主流的三维设计数据文件相互独立，阶段性更新。同时它将与三维模型有关的相应文档、图纸、图像，加入链接方便进行查验和校对。WIZ PLANT与AVEVA NET无缝对接，AVEVA NET结合WIZ PLANT可实现存储海量的烟厂动态数据，可作为烟厂全系统数据集成＆数据交换的烟厂数据仓库。结合WIZ PLANT的设备管理工具，在运维阶段可实现设备工况分析、状态检修和预警等功能。

图1 数字化烟厂系统架构图

二、烟厂数字化运维管理设想

1.系统集成及信息交换

数字化烟厂是在分散控制系统及厂级信息监控系统的基础上，融合现代化的管理思想，为烟厂的日常生产经营如检修管理、运行管理、设备管理等提供决策依据，最终达到设备零部件库存最低、采购费用最小及烟厂营运成本最低的目标。数字化烟厂的信息系统主要涉及MES、ERP、动力能源、卷包中控、制丝集控、状态监测等系统。这些系统各自独立运行，通过公用的统一数据平台实现三个系统的无缝集成，从而达到全厂数据的共享。

数字化烟厂为烟厂提供运维期间所需的各种资料，以三维模型为依托进行展示。为业主提供多种在线查询功能，提高了工作效率。这些信息与烟厂的MES等系统有机结合，通过与模型相结合的应用实现实时监控烟厂的运行情况，必能实现烟厂全面信息化的优质管理，能提高烟厂核心竞争能力。

三维模型浏览可以对烟厂构造、布局的了解，同时重要的一点是能根据浏览所到之处，用鼠标点击设备（管道），能实时地查出所点击点设备的一切静态数据（指设计资料和基建资料，包括设备铭牌信息、各种设计参数、相关设计图纸、计算书、厂家资料、安装图纸等），还能够实现动态数据（指设备的动态运行参数，包括温度、压力等）的检索，这一环境就好像处在一个与现实烟厂完全一致的虚拟烟厂中，这个虚拟烟厂包含一个存有大量信息资料的数据仓库。

此外，结合数字化烟厂的移动终端和现场设备的二维条码，可以实时查询相关静态数据和动态数据，完全覆盖并超越一些烟厂采用的6S管理目视化管理方法。现有的6S管理目视化管理方法仅能让一线人员获知少量的静态数据，还是存在一定的安全隐患。数字化烟厂能够让一线人员在1 s左右的时间获知烟厂设施全部静态的设计资料、设计参数、基建信息以及动态的运维数据，确保信息的及时性、有效性和准确性，为安全生产和安全运维提供最佳的保障。

2.数字化烟厂运维管理中的应用展望

（1）生产辅助。数字化烟厂信息资产管理平台集成多系统数据，可以实时监控来自多个不同系统的实时数据。设备的运行状态尽收眼底，实现设备的状态监控及预警。既节省运维人员查找相关数据的时间，同时有利于运维人员科学决策（图2）。

图2 设备的状态监控及预警

（2）设备、管网、设施维护、维修。在三维虚拟环境中，可以实现检维修策略的制定以及实现虚拟巡检。有利于科学合理的定制设备维护计划。实现作业任务的安全分析、人员防护、规范行走路线、明确设备全生命周期的技术资料、为运维人员提供准确且实时的设备生产数据等。

科学合理的制定检修策略，能够实现设备的预防性维修。降低设备维护的综合成本，为烟厂增加不小的经济效益。

（3）应急指挥。在三维数字化烟厂的虚拟环境中，定制应急预案，定制事故处理方案。实现防患于未然，为应急指挥提供切实可行的验证平台。

（4）员工培训及知识管理。平面的工作操作手册变成交互式的培训场景（图3），让一线人员身临其境，操作工序更加直观、并且可交互。实现操作流程的3D可视化，也有利于促进办公无纸化，更有利于知识的积累和传承。

（5）合规与变更。建立信息规范和交付标准，烟厂全厂运维涉及多系统，信息必须保证合规性，这是实现数据互联互通的前提。在三维数字化烟厂中同时实现多系统变更管理（图4）。

3.三维数字化烟厂信息集成技术

图3 交互式的培训场景

图4 实现多系统变更管理

数字化烟厂信息集成和数据交换遵循ISO 15926和ISO 10303两个国际标准。在信息集成和数据交换过程中，数据平台使用符合EIWM的XML作为数据交换标准；使用ZGL、XGL和SVG等中立格式作为文件存储格式。数据平台需要提供各类接口（包括商业接口）转换文档格式以满足ISO 10303要求，并且抽取文档内容为XML格式以满足ISO 15926要求。

从图5可以看出，数字化烟厂接受的数据只要符合EIWM即可向数据库导入数据，导入过程可以是后台自动化进行；同时AVEVA NET可以通过接口程序转换文件格式并且抽取其内容形成XML文件导入到数据库（图6）。同时大量的历史数据存放在WIZ PLANT中，通过AVEVA NET总是能够快速检索最新数据，同时能够实现历史数据的分析以及数据挖掘。

图5 烟厂信息集成原理图

图6 接口程序处理原理图

同样，数字化烟厂可以通过XML或者AJAX方式向其他系统提供数据；数据和文件分别存储在数据库和硬盘中，除了流媒体外，所有文件通过HTTP或HTTPS协议发布，因此其他系统可以很容易获取文件。

数据接受格式是XML（EIWM）。对数据集成的技术实施步骤和要求如下。

（1）进行信息集成前要分析哪些数据要发布到数字化烟厂信息资产管理平台中。

（2）需要与实施方工程师配合一起讨论这些数据通过何种方式在数字化烟厂信息资产管理平台中组织管理。

（3）根据确定的数据管理方式，由实施顾问定义出XML模板。

（4）由系统第三方文档软件供应商根据XML模板创建含有实际数据的XML文件，并自动导入到数字化烟厂信息资产管理平台。

（5）制定数据同步规则：如什么条件下进行数据传递，延迟时间等。

（6）文档文件可以根据实际情况确定是否要发布到数字化烟厂信息资产管理平台。如果文档文件不用发布到数字化烟厂信息资产管理平台，那么需要第三方文档软件支持B/S浏览文件；如果需要文档发布到数字化烟厂信息资产管理平台，那么需要这些文档文件处于不加密状态，建议在文档系统输出文档属性数据时同步将文档输出到中间区。

（7）实施顾问制定接口程序处理规则配置文件。

（8）讨论文档传递方式，确认调用接口程序方案：根据实际要求对不同格式的文档文件确认调用不同的接口程序处理。

（9）文件内容参考引用的工程位号必须符合烟厂信息资产命名规范。如果没有现场的编码规范，需要实施方协助一起定制烟厂企业级的信息资产命名规范，这是实现数据互联互通的基本条件。

三、综述

各烟草企业必须做到安全性和经济性并重、优化生产过程、降低生产成本和设备损耗、提高企业管理水平，以适应烟草市场发展的需要。传统的“MES+ERP等”信息架构已难以完全满足上述要求，三维数字化烟厂与传统信息架构相结合的道路又为烟厂运营管理多出了一道选择，相信随着三维应用越来越深入各行各业，终将在烟草行业中占据重要的位置。