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，將傳統設備管理由隱式管理模式轉變為顯性管理模式，同時，三維可視化技術作為實現智慧工廠的縱向集成與橫向集成的重要途徑，是實現工廠實現智能化轉型及發展的起點與關鍵點。論文分析了國內外可視化技術在設備管理方面的應用，盡管已有生產單位應用可視化技術進行能源管網的直觀展示，但缺乏與其他數據的集成，無法實施掌握動態數據或現場狀況，難以達到運維管理要求。論文根據管理需求，實現可視化設備管理的二三維聯動、隱蔽設備管理、三維模型與P&ID聯動管理、實時監控及預警報警管理、設備異常數據可視化展示、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、動態、現場”的綜合管理，可促進工廠精細化管理的進一步完善，同時為企業提供新技術探索應用、促進設備管理水平持續提升提供有益探索。

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”作為工業改革的重要目標，智能工廠的智慧體現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，智慧體現主要集中在智慧生產、智慧管理兩個方面，而實現途徑有兩條：縱向集成、橫向集成[2]?？v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”。三維可視化將傳統隱式管理轉變為顯性管理，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，根據智能工廠管理體系進行唯一標準編碼，關聯與其相關的人（包括計劃經營管理人員、生產技術管理人員、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，又可通過外部集成系統了解設備等當前生產任務、生產狀態、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，進而實現企業的智慧管理，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測監控系統等集成，完成“數據采集—傳輸—過濾—存儲—分析—可視化管理”的縱向集成。在此過程中，以三維系統為依托，配合各個監控、監測系統，快速實現什么設備在什么時間發生了什么狀況、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的生產要求提升到智能化層次。因此，三維可視化技術是實現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工廠轉型及發展的起點與關鍵點。

二、三維可視化技術在國內外行業中的應用現狀

目前，國外發達國家實現了基于可視化的從工廠車間和樓宇設備一級到企業業務系統的互聯互通，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據對接，并基于實時數據進行綜合管理，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控，以及能源計量數據的采集和監視，對于現場能源載體包括能源管網與能源設備的管理往往是以人為主、經驗判斷的方式，存在嚴重的安全隱患與管理盲點。國內已有生產單位應用可視化技術進行能源管網的直觀展示，但缺乏與其他數據的集成，無法實施掌握動態數據或現場狀況，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動三維可視化動態設備管理平臺建立設備臺賬及資產數據庫，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，實現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，實現三維模型和設備屬性數據的互查、雙向檢索定位，從而實現三維可視化的資產管理，使用戶能夠快速找到相應的設備，以及查看設備對應的現場位置、所處環境、關聯設備、設備參數等真實情況。此外，在綜合管道或者建筑環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；另一方面一旦發生故障，結合快速定位功能，為設備故障處理及時提供數據支持。

3.實時監控及預警報警管理在三維場景中，集成并采集采氣一廠A11系統中關鍵設備運行或傳感器數據信息，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，當工作條件出現異常時，可及時顯示、報警，可實現對各類設施設備運行監控的精確管理，并在三維場景中對報警數據進行判讀，對于運行異常的設備，或者運行參數超過閾值的設備，進行報警提醒；通過可視化查看設備運行狀態，能夠為設施設備維修維護和故障排查提供支持依據。

4.設備異常數據可視化展示通過對實時采集的設備運行分析，系統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，同時查看相關參數信息，加快供能系統故障恢復速度，提高企業生產效率。同時，在可視化場景中，統計分析設備異常數據及基于工單的檢維修數據，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施工圖紙、設備操作說明書、維護手冊等資料的集中、統一管理，并實現圖檔資料與三維模型的關聯，解決圖檔資料零散、管理不便等問題，保證企業圖紙資料、電子文檔資源的可持續應用。在三維場景中選擇三維模型，即可查看與之關聯的所有文檔資料，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《中國制造2025》規劃，智能工廠自下而上可實現硬裝備的智能化、生產過程的可視化、制造管理的精益化、指揮調度的數字化，全方位提升企業核心競爭力，推進智能制造發展。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、互聯網、物聯網、移動應用等技術，應用自動化與可視化集成技術，在設備生產過程實時同步監控，實現設備運行狀態監測預警。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設備運維管理可從技術、理論、應用三個層面實現設備的“靜態、動態、現場”的綜合掌握，為設備管理層的決策與行動提供數據支持及方案驗證，促進工廠精細化管理的進一步完善，同時為企業提供新技術探索應用、促進設備管理水平持續提升的有益探索。

參考文獻

[1]尉寧.數字化交付與文檔管理的關系研究[J].蘭臺內外,2019(35):32-33.

[2]李佳璇.面向智能工廠的設備數據采集與遠程監控系統研究[D].南京航空航天大學,2018.

[3]梅恪.智能制造統一參考架構模型探索[J].信息技術與標準化,2017(08):20-24.

[4]劉強.探索智能制造發展之路[J].數字印刷,2019(01):16-25+105.

[5]朱玉韜.流程工業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