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数字孪生仿真场景实现

数字孪生系统的接入支撑企业生产管控、业务运营的安全、高效、集约、规范和智能运作,提升企业的科学分析、决策和预判能力,提高设备可靠性,促进机组安全、经济运行。

1、系统数据架构

整个系统架构从逻辑上分为数据采集处理层、数据层、平台支撑层、服务层和应用层来组织。系统软件设计采用分层架构技术,以通用性、稳定性定层次,同一层次以功能划分包,以上层服务为导向,逐级设计,逐步细化平台组件的颗粒度。

数据获取处理包括新建及对接两类,其中影像数据、地形数据、点云模型、人工模型、业务标绘为新建数据,工业电视画面点位、门禁点位属性、人员定位信息、设备实时测点数据、检修等业务专题数据、物联网数据为对接数据。

通过上述数据搭建三维可视化数据层,对系统模块提供遥感影像GIS数据支撑,三维地形场景支撑,三维模型数据支撑,设备数据空间展示支撑,运行数据空间可视化。

三维可视化应用系统,主要通过搭建三维基础应用平台,通过对接人员定位系统,实现工作现场作业人员监督管理的应用场景。同时对接重点设备测点数据、视频、门禁系统,面向安生业务系统提供部分支撑。

2、系统特点

数字化:借助覆盖全厂的网路平台实现生产数据的实时采集,快速掌握生产运行情况,实现生产环境与信息系统的无缝对接,提升了管理人员对生产现场的感知和监控能力。

模型化:基于工厂模型构建各类工艺、业务模型与规则,并与各种生产管理活动相匹配。

可视化:根据提供的设计图纸搭建了三维可视化工厂,并与生产工艺、设备信息、作业票、应急演练等功能进行集成,为生产操作和管理人员提供直接的业务场景展示。

自动化:建设了覆盖全厂的DCSSIS 等系统,实现对整个工艺过程的监测与控制。

决策科学化:利用大数据技术,对各应用系统的数据进行集中存储和分析,协助公司领导层及时发现问题、分析问题原因、进行风险预警,实现决策的科学化。

集成化:建设了企业信息集成平台,以MES 为核心,向上支撑企业经营管理,向下与生产过程的实时数据高度集成,将各自独立的信息系统连接成为一个完整可靠和有效的整体。

3、实施步骤

1)数据采集和数字孪生体建设:建设的数字孪生体将完整还原各职能区域,直观、如实的反映各专业设备设施空间分布关系及必要状态,满足人员定位管理、视频监控等安全生产应用需求,涵盖建筑结构、地形场景、交通模型、植被要素模型、其他要素模型和专业设施模型等。

2)物联感知能力建设:通过与物联网数据库连接,实现人员定位信息、部门信息等在三维场景中的可视化展示和定位查询。实现在三维场景中对摄像头的位置、监控范围进行可视化直观展示分析,同时调取视频内容,加强与安全业务关联性,通过视频获取监控信息,加强对重点监控区域的监察管理。实现智能化、一体化门禁监控管理。

3)设施设备全生命周期管理能力建设:构建设施设备全生命周期数据库,接入设施设备基础属性信息、生产参数监控实时数据、维修维护历史数据等数据信息。当主要设备生产参数监控数据发生异常时,系统在模型中定位到异常设备位置,同时发出报警。当环境参数超过设定的安全值范围,系统在模型中定位到报警位置。留有相关视频接口,可在报警时调出相应视频。

4、涉及的关键技术

1)多层级融合建模技术,构建高精度数字工厂

三维建模是描绘和理解物理世界的一种手段,是数字孪生的前提。它能够利用大量数据,检查资料的连续性,辨认资料真伪,发现和提出有用异常,为分析、理解及重复数据提供了有用工具,对多学科的交流协作起到桥梁作用。三维可视化既是一种解释工具,也是一种成果表达工具。项目根据热现场和现有数据情况,采用多种建模手段,融合多种数据成果,构建与现实物理世界等比例、且具有高精度的数字孪生工厂。

2)基于数字孪生热工厂实现设备全生命周期管理

针对传统工厂运营管理和设备资产管理相对独立、跨部门数据集成度和利用度低等问题,研究基于数字孪生热工厂的智慧工厂设备全生命周期管理技术,利用三维模型语义化、属性语义扩展,完成设备几何信息、业务信息的信息融合,实现设备安装、运行巡检过程中的三维仿真和实时互动功能。在智能工厂的各个层级实现针对全厂设备的全生命周期管理,

实现全程可视化和全生命周期管理透明化。运行管理人员可以在三维虚拟平台中用直观高效的一体化方式综合浏览工厂各类信息,包括热工厂本体、接线逻辑以及运行、检修状态等,同时可利用这些信息对工厂设备的实时状态和历史状态进行对比分析,预测设备运行趋势。

3)基于数字孪生编码技术,构建现实工厂搜索引擎

以数字孪生热工厂为基础,索引并归档物理工厂中的对象,并以知识图谱为基础构建对象之间的逻辑关系,从而提供便捷完善的搜索方式,包括关键字搜索、编码搜索、空间关系搜索、时序关系搜索和逻辑关系搜索等,实现快速定位和精准获取所需内容。

3)实现高精度人员定位,满足安全管控要求

结合对人员管理的实际工作要求,在高精度数字孪生工厂基础上,实现全厂工作人员的精准定位,采用UWB 精准定位技术、图像识别、人脸识别、大数据分析等新技术,打造工业复杂环境下分米级定位的三维安全管控系统。高精度人员定位模块通过PC 端和移动端APP 相结合方式,实现对整个厂区人员活动轨迹的监控,并以此功能深入拓展,实现智能点巡检、智能两票管理系统等,一方面能降低由人为原因造成的安全事故,另一方面也可大大提高生产管理安全,实现有效管控,实现智慧工厂全方位安全生产管理。

4)实时视频监控,加强厂内安全监管

在数字孪生热工厂环境下,接入并融合监控视频,可实时调用并查看视频。同时,可针对摄像头位置进行分析,保障重点区域实现监控全覆盖,从而加强对重点监控区域的监察管理。

5、成效和意义

工厂通过将数字孪生和新一代信息技术融入工厂全过程管理,构建数字化、信息化、智能化的管理平台,全面提升了发电生产、管理、运营的信息化、数字化、智能化水平。通过全面的信息感知、互联,以及智能分析模型,智能判断工厂设备运行工况,实现一、二类故障全覆盖,早期预警预判达到85% 以上,提高了设备的可靠性,实现了促进机组经济运行,促进安全生产,减员增效,为管理提升、高品质绿色工业、高效清洁近零排放厂房建设提供技术支撑。