智能工厂如何运用可视化进行设备管理——TnPM精益设备管理软件三维动态模型介绍

特约撰稿人：学府咨询集团广志信息科技有限公司 袁岳锋

·业界视点·

智能工厂如何运用可视化进行设备管理
——TnPM精益设备管理软件三维动态模型介绍

特约撰稿人：学府咨询集团广志信息科技有限公司 袁岳锋

随着时代的发展，工业4.0概念以及中国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领《中国制造2025》的出台，工业领域的传统工作模式受到了巨大的挑战，尤其是在确保盈利能力和长期生存能力方面，化工、电力、交通、制造等行业的业主面临着前所未有的挑战。为了满足全球市场不断增长的需求，各行业正在不断扩建和增建设施。而且项目必须安全的、利用有限的资源、按照严谨的计划安排（最大限度地缩短上市时间、最大限度地延长在市时间)、在严格的资本支出(C A PE X)预算内设计、施工和移交。此外，由于史无前例的竞争压力，在以最低成本 (O PE X)实现安全、可持续生产方面，同样面临着前所未有的压力来实现最佳的资产性能和资产回报。

以低成本实现工厂安全、可持续生产、运营、维护和管理，需要快速获取与工厂实际状态一致的基础数据，数字化工厂是实现这一目标的最佳手段。数字化工厂是以数据为基础的信息管理平台；是一个以工厂设备基础数据为核心的数据仓库。数字化工厂不仅仅是一个数据集成的平台，更是一个信息浏览的端口和项目数据移交的工具，为工厂的日常运营、维护、扩建和检维修项目提供了完整、准确和可信的基础数据。

通过信息生命周期管理，数字化工厂的数据可以在工厂中不断更新、维护和再利用。数字化工厂是工厂的无形资产；而且基础数据的数字化是一种管理的创新，可以提高工厂的工作效率和提升管理水平。

数字化工厂的技术路线

数字化工厂核心是实现企业资产的数字化，而资产密集型企业的核心资产是设备（装置），三维可视化动态设备管理应用是在数字化工厂平台基础上运用三维仿真和虚拟现实技术构建行业逼真的三维模拟现实场景。将企业资产三维模型以及信息属性有机地结合起来（行业数据、音频、视频等流媒体）。采用基于网络的信息处理技术，实现资产运行监视、操作与控制、综合信息分析与智能告警、运行管理和辅助应用（维护、安防和环境监测）等功能的一体化监控管理，大幅度的提高了企业资产运营能力。

三维可视化动态设备管理平台基于X 3D (Extensible 3D - 可扩展3D)可扩展三维语言与组件技术，将不同软件厂商的三维GIS、三维C AD、BIM、三维工厂、三维仿真模型进行转化，聚合形成统一X 3D实景仿真模型。X 3D实景仿真模型通过持续更新三维数据与扩展不同类型的数据信息，包括：工程数据、资产数据、工艺自动化数据、监控监测数据、信息系统数据，可在实景仿真的空间里统一展示地理、地质、建筑设施、设备资产、自动化、监控、监测及其他扩展信息，以产生更高级的运行控制与协同管理。

可视化企业资产布局全景

三维可视化动态设备管理平台对企业的工厂地形地貌、建筑、车间结构、设施设备等几何建模，直观、真实、精确地展示各种设施、设备形状及生产工艺的组织关系，设施、设备的分布和拓扑情况。使用户在电脑上就可以浏览整个企业现场，如同亲临现场。同时系统将装置模型与实时、档案等基础数据绑定在一起，实现设备在三维场景中的快速定位与基础信息查询。

工厂布局图

可视化的安装管理

三维可视化动态设备管理平台可以对在建工程、设备安装等进行三维建模，并把三维场景与计划、实际进度时间结合，用不同颜色表现每一阶段的安装建设过程。

安装进度图

可视化设备台账管理

三维可视化动态设备管理平台建立设备台账及资产数据库，并和三维设备绑定，实现设备台账的可视化及模型和属性数据的互查、双向检索定位，从而实现三维可视化的资产管理，使用户能够快速找到相应的设备，以及查看设备对应的现场位置、所处环境、关联设备、设备参数等真实情况。

设备属性

设备运行数据

可视化巡检管理

三维可视化动态设备管理平台采用G PR S+PD A+R F ID 技术方案，巡检任务从制定、分配、下发、接收、执行、考核等全部工作都可以远程控制、无线实时同步，从而实现巡检过程可视化、简捷化、规范化、智能化管理,使用户及时发现设施缺陷和各种安全隐患。按照巡检工作的程序，动态地收集和管理相应的数据，强化巡检计划的监控力度，提升巡检工作的管理水平。监控人员通过实时监控功能，可以掌握当前所有巡检员的状态，并可以选择任意一个在线巡检员查看实时位置和巡检信息。可以查看任意一天或一段时间任一巡线员的历史轨迹，并可动态回放历史轨迹。

可视化智能维护管理

三维可视化动态设备管理平台可以对企业重点设备进行在线信息采集、报警、控制等管理。

采集与监控：对重点设备的温度、湿度、转速、振动、开关等实时信息进行采集和分析，当工作条件出现异常时，可及时显示、报警。

监控点示例图

异常报警处理：一种是事故报警，包括非操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号；另一种是普通报警，包括一般设备状态变化、遥信状态异常信号、模拟量越复限、节点或链路状态、遥控操作、保护操作、电压合格率、V Q C功能、小电流接地选线等功能中的报警。系统能够对各类报警进行分类管理，自动推出报警提示及定位到三维场景相应的设备上，同时伴随着不同音响警报，并支持向指定人员手机发送报警信息，使用户及时捕获到运行风险或潜在风险。同时可通过三维动态方式指导过程处理。

故障处理指引示例图

远程控制：可实现远程控制设备的启停、调整等，同时能在环境非正常的情况下自动或远程人为地控制各种环境调节设备（如空调、通风设备等），使工作环境恢复正常。

可视化在线培训管理

1.交互操作培训

三维可视化动态设备管理平台实现操作流程演示学习与在线考核，用于对生产装置所采用的技术方案、装置内各主要设备之间的关系及物流走向等内容进行讲解。演示学习以文字介绍、视点变换、动作模拟等方式对操作流程进行模拟演示，以被动接受的方式让使用人员熟悉装置操作流程；在线考核功能是在操作流程进行演示学习的基础上，让使用人员以虚拟角色的身份在三维场景中通过主动操作（开关阀门）的方式来引导流程走向，达到全面熟悉操作流程的目的。

2.典型设备培训

典型设备培训是针对典型设备进行可视化培训，依托三维仿真及虚拟现实技术为技术支撑，制作典型设备的高精度3D模型，在高精度3D设备模型基础上，制作出生动、形象的三维动画视频培训课件，从而实现对设备基本信息、结构组成、工作原理、标准操作以及故障分析等内容进行可视化培训。

基础信息：主要对设备的名称、类型、用途、特点等基本信息进行演示讲解。

设备结构：主要通过对高精度设备3D模型进行结构拆分或剖切，对设备的结构组成及各组件名称等信息进行动态演示讲解。

主风机设备结构示意图

工作原理：运用虚拟现实技术，模拟设备正常工作时的运行状态，对设备的工作原理进行动态演示讲解。

标准操作：主要是对设备实际操作过程中需要遵循的标准规范进行动态演示讲解。

故障分析：主要对设备的常见故障及解决方法罗列总结进行动态演示讲解。

3.设备的拆解、组装（人机互动式训练）

在完成典型设备培训课件的基础上，建立高精度3D设备模型数据库，任意选择将要进行操作的设备模型，在3D引擎平台的支持下，进行人机交互式训练，在界面中通过点击3D模型的某组件，实现将模型组件从模型上拆解出来，展示模型“从整到零，从零到整”的过程，同时显示各组件名称，从而帮助培训对象深化对设备结构的掌握程度。为其在以后设备维修作业中提供形象化的理论支持。

4.应急演练培训

三维可视化动态设备管理平台可利用三维虚拟现实平台为相关人员提供“角色”动画演练，熟悉厂内重大事故预案的模拟场景，模拟整个应急预案，并进行推演。

应急演练培训是指基于虚拟现实技术的新颖培训模式，是将整个实际演练过程在计算机上的实现。利用虚拟现实技术生成的一类适用于进行应急演练的三维仿真交互式事故场景环境（现实世界真实场景的再现），使学员感觉“身临其境”一般，产生与真实情况下同样的视觉及听觉感受。在虚拟现实技术支持下，虚拟场景中所涉及的事物与真实场景中有着极高的相似度，操作方法也一样，不论是整个安全事故发展过程，还是各类场景的现象都具有与真实世界一样的逼真效果（如设备的运行状态、排液、排气、泄漏、着火、冒烟等逼真效果），具有极高的画面冲击力以及强烈的浸没感、真实感，使学员在整个应急演练过程中犹如在真实演练一般。

基于计算机的虚拟事故环境可以为所有学员在任何时间、地点提供应急演练环境。此外，通过对灾害现场和灾害过程的模拟仿真、情景再现，系统为学员在计算机系统上提供执行各项应急救援任务的三维虚拟事故环境，学员在此环境中按照职能和任务的不同，扮演不同的角色进行应急任务演练，同时在互联网技术支持下，可实现局域网内各角色相互合作，多人协同演练，完成所设定的应急任务，同时也可进行救援竞赛，以考核培训对象对应急预案的掌握程度。

在这种不受时间、空间限制的应急演练培训，使得员工无论是在知识学习、能力创新，还是在经验积累、技能训练等方面都可以收到意想不到的效果。无论是重复利用性、节约成本方面，还是从发展的角度来看，利用应急演练培训模式对学员进行培训已经成为一种趋势。

应急演练培训流程图

结　语

总而言之，借助数字化工厂平台，快速地搭建T nPM三维可视化动态设备管理应用，可显著降低资本支出（C APEX）和运营支出（OPEX），减少因非计划停运造成的收入损失，实现工厂安全运营。在工厂整个生命周期内的关键工作流程中，用户大大受益于动态基础数据和其它信息系统的协作功能。数字化工厂的建立和应用可以提高工厂运营和维修的效率，提高工厂整体的管理水平，并在工厂的生命周期内为工厂节省大量的费用和资源。