數(shù)字化交付模式下三維數(shù)字化工廠建設(shè)

Summary：近年來，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能為代表的新一輪信息技術(shù)浪潮撲面而來，深刻改變著人類生產(chǎn)生活方式，企業(yè)發(fā)展面臨全新的商業(yè)環(huán)境和競爭挑戰(zhàn)。中國海油積極融入數(shù)字化創(chuàng)新大潮，大力推動現(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)深度融合，積極通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型促進管理變革，實現(xiàn)降本增效，為公司高質(zhì)量發(fā)展提供重要支撐。Keys：數(shù)字化交付；三維數(shù)字化工廠；建設(shè)；引言廣泛數(shù)字化是指物理世界向數(shù)字世界轉(zhuǎn)型的整個過程，目的是通過數(shù)字技術(shù)改變產(chǎn)品性能、運行模式、服務(wù)模式和業(yè)務(wù)模式，創(chuàng)造新的機會來增加收入和效益。數(shù)字雙胞胎的概念起源于密歇根州大學(xué)michaelgrieves教授2002年底關(guān)于產(chǎn)品生命周期管理(PLM)的演講，PLM是一種“PLM概念I(lǐng)交易”，代表物理產(chǎn)品的虛擬化數(shù)字表示，包括物理空間、虛擬空間以及這三個組成部分之間的聯(lián)系。Clif將此概念模型2005更名為鏡像空間模型，并將2006更名為信息鏡像模型。NASA在2012年給出了數(shù)字雙胞胎的定義。數(shù)字雙胞胎現(xiàn)在是下一代信息技術(shù)的重要組成部分，受到廣泛關(guān)注。它們構(gòu)成了數(shù)字孿生技術(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和應(yīng)用方向。為了深化下一代信息技術(shù)在制造業(yè)的發(fā)展，利用數(shù)字經(jīng)濟的優(yōu)勢提高企業(yè)的創(chuàng)新能力，大型國內(nèi)企業(yè)一直致力于規(guī)劃和實施數(shù)字轉(zhuǎn)型方案，這是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要舉措。1傳統(tǒng)交付與數(shù)字化交付數(shù)字交付主要基于技術(shù)對象，這些技術(shù)對象是數(shù)字交付平臺的核心組成部分。它將不同學(xué)科生成的技術(shù)數(shù)據(jù)和模型有機地聯(lián)系起來，形成一個有機單元，即數(shù)字車間模型。數(shù)字和信息技術(shù)發(fā)展現(xiàn)已成為油氣行業(yè)企業(yè)信息化建設(shè)的戰(zhàn)略目標(biāo)。數(shù)字化部署不僅是智能油田數(shù)字化建設(shè)的重要基礎(chǔ)，也是技術(shù)發(fā)展不斷發(fā)展的重要基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)的部署過程中，即由不同的專業(yè)人員創(chuàng)建圖形或文檔時，由于性能是獨立的，因此很難確保數(shù)據(jù)的一致性。2數(shù)據(jù)是數(shù)字化運營基礎(chǔ)德國工業(yè)“4.0”和中國“2025”的智能制造業(yè)都是制造業(yè)的未來。智能技術(shù)用于生產(chǎn)整個流程(如設(shè)計、生產(chǎn)、銷售和服務(wù))，并允許從業(yè)務(wù)部門到整個企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能邏輯，從而結(jié)束感知、執(zhí)行、控制和決策過程的循環(huán)。智能制造的位置，核心過程包括多個領(lǐng)域:1)集成互連。設(shè)備、系統(tǒng)和人員使用高效技術(shù)實現(xiàn)連接、交互和協(xié)作。2)驅(qū)動。收集、編輯和分析制造過程中的各種數(shù)據(jù)，以形成可用于在每個制造階段進行評估、監(jiān)測、預(yù)測和決策的知識和模型。3)創(chuàng)新模式。智能制造通過定制、聯(lián)合制造和遠程操作維來推動企業(yè)變革。它是組成整個鏈的數(shù)據(jù)。生產(chǎn)企業(yè)的信息開發(fā)分為四個階段:電子業(yè)務(wù)管理、行業(yè)智能云數(shù)據(jù)采集、業(yè)務(wù)流程數(shù)字化和管理以及業(yè)務(wù)決策智能。這是第三階段的關(guān)鍵一步。在數(shù)字管理、運營和業(yè)務(wù)發(fā)展的第三階段，企業(yè)往往面臨著某些挑戰(zhàn)。例如:大量數(shù)據(jù)，沒有專門的數(shù)據(jù)分析平臺，對數(shù)據(jù)使用的大致看法，沒有具體要求，傳統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析報告，沒有基于數(shù)據(jù)的問題識別，也沒有深入了解數(shù)據(jù)的價值。3三維數(shù)字化工廠建模方式3.1基于數(shù)字化重建的逆向建模實施流程對于大多數(shù)已完成和正在運行的作品，可以通過激光掃描設(shè)計數(shù)據(jù)向后建造3D數(shù)字車間。逆向建模以數(shù)字方式重新創(chuàng)建設(shè)計的設(shè)備、設(shè)備、裝置等。工程文檔數(shù)據(jù)用作模型特性的起點，三維激光掃描點云數(shù)據(jù)用作模型的主要源，三維測量設(shè)備用于測量實際設(shè)備的三維幾何空間點，并使用三維設(shè)計軟件使用該幾何空間點重新生成Factory資源及其關(guān)聯(lián)對象。創(chuàng)建基礎(chǔ)模型后，將完全驗證三維模型的形狀和屬性信息，隨檢查的模型一起發(fā)布，完成并應(yīng)用建模過程。3.2三維設(shè)計三維設(shè)計方法將Factory模型及其包含的實體屬性信息合并到一個模型中，從而將設(shè)計部門的重點放在模型創(chuàng)建和屬性數(shù)據(jù)集成上。這可確保圖面資料與圖面資料之間的一致性。這樣，不僅可以在實體模型中創(chuàng)建安裝圖形和報告，而且還可以將創(chuàng)建過程中的實體屬性數(shù)據(jù)集成到模型中。三維設(shè)計的關(guān)鍵在于創(chuàng)建零部件數(shù)據(jù)庫。三維設(shè)計的基礎(chǔ)是創(chuàng)建一個穩(wěn)定的目錄，該目錄主要包含有關(guān)實體模型尺寸和零部件特性信任的信息。屬性信息結(jié)構(gòu)的完整性表示數(shù)字傳送平臺的數(shù)據(jù)完整性。3.3數(shù)字孿生技術(shù)數(shù)字雙胞胎是賽博坦系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，使物理世界的數(shù)字表示和數(shù)據(jù)在產(chǎn)品生命周期中的有效控制成為可能。這為針對產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)中的各種活動執(zhí)行優(yōu)化決策開辟了新的前景。近年來，油氣領(lǐng)域數(shù)字化的日益增多，對于推動油氣領(lǐng)域數(shù)字化改造的企業(yè)的轉(zhuǎn)變，越來越多地表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)化、云計算、大型數(shù)據(jù)分析、人工智能等領(lǐng)域。數(shù)字雙子技術(shù)是一種快速發(fā)展的新技術(shù)，為復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)的物理信息融合提供了解決方案，是智能制造和智能自動化的關(guān)鍵解決方案之一。數(shù)字孿生技術(shù)是一種動態(tài)的、多維的、數(shù)字形式的物理生命周期行為或狀態(tài)映射，在現(xiàn)實世界和數(shù)字世界之間建立了全面的、當(dāng)代的聯(lián)系。3.4數(shù)字化應(yīng)用用于創(chuàng)建數(shù)字3D工廠模型(用于可視化數(shù)字車間)的應(yīng)用程序開發(fā)。具體應(yīng)用包括顯示工廠模型以及在項目的設(shè)計和施工階段的項目完成過程中生成的信息。將實際作業(yè)資料對映至3dfactory資產(chǎn)，以表示作業(yè)期間的實體物件狀態(tài)并執(zhí)行特殊管理應(yīng)用程式。協(xié)助計算工廠機器維護、空間有限模擬等。應(yīng)用程序功能的開發(fā)是一個持續(xù)、深入和循序漸進的過程。3.5與其他系統(tǒng)之間的融合根據(jù)車間生產(chǎn)相關(guān)的業(yè)務(wù)流程進行疏理和優(yōu)化，通過流程與其他上位系統(tǒng)融合在一起，基于流程在系統(tǒng)之間的“進”和“出”來設(shè)計系統(tǒng)間的接口、使得各系統(tǒng)之間有機、密切的融合在一起，讓系統(tǒng)互動起來、在功能上起到互為增補的作用。實現(xiàn)整體資源有效利用、充分整合，不浪費資源、閑置資源，業(yè)務(wù)流程暢通無阻、提高整體生產(chǎn)效率。4數(shù)字化接收與應(yīng)用上述數(shù)字采集與應(yīng)用平臺已經(jīng)開發(fā)，并用于主管企業(yè)的大型工程項目中。目前正在平臺上接收數(shù)十臺設(shè)備的數(shù)字交付、設(shè)計、質(zhì)量保證和基本應(yīng)用。該平臺可以無損地解析常用三維設(shè)計軟件提供的軟件包，并將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式；解析的對象屬性、P&ID數(shù)據(jù)、拓撲關(guān)系等都是一致的；技術(shù)屬性、空間位置關(guān)系；完全無損地表示幾何尺寸，相當(dāng)于“庫存目錄樹”中的1:1。某些平臺功能，例如管道提取功能、提取、檢查全廠各種介質(zhì)、技術(shù)人員和管理人員，通過數(shù)字模型驗證其完整性和連接關(guān)系、及時發(fā)現(xiàn)問題和錯誤、支持工程質(zhì)量管理和操作培訓(xùn)。結(jié)束語數(shù)字部署主要基于基于標(biāo)準(zhǔn)的地面設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、智能設(shè)計開發(fā)系統(tǒng)等信息技術(shù)的智能部署、智能數(shù)字雙胞胎的開發(fā)、實現(xiàn)智能控制、流程優(yōu)化、智能決策優(yōu)化等。Reference[1]陶飛,張賀,戚慶林,等.數(shù)字孿生模型構(gòu)建理論及應(yīng)用[J].計算機集成制造系統(tǒng),2021,27(1):1-15.[2]陶飛,劉蔚然,張萌,等.數(shù)字孿生五維模型及十大領(lǐng)域應(yīng)用[J].計算機集成制造系統(tǒng),2019,25(1):1-18.[3]劉銀亮,劉晨,姚思家,等.基于數(shù)字孿生的管道數(shù)字化平臺建設(shè)要點[J].油氣與