数字化工厂建设模型(2024年)

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数字化工厂介绍目录 1 数字化工厂概念 2 数字化工厂建设 3 建设数字工厂的意义和方法 4 数字化工厂的发展趋势 1.1 数字化工厂起源 1.2 广义数字化工厂 1.3 数字化工厂 1.4 数字化管道 1.5 数字化油田 2.1 现状分析 2.2 建设思路 2.3 功能建设 2.4 数据建设 2.5 关键技术 1 、数字化的起源数字化工厂（ DF ）是指以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，它的出现给基础制造业注入了新的活力，主要作为沟通产品设计和产品制造之间的桥梁。 “ 数字化工厂”提供了全面的制造过程管理，在实际产品生产前，在计算机模拟的环境中完成虚拟生产全部过程，生成经过“数字化工厂” 验证过的、实际生产所需的各种工艺数据和文档。工作流程通过系统集成，从设计部门的 PDM 系统中自动下载产品相关数据。从设计部门获取产品数据：从资源库中自动下载相关资源数据；在“数字化工厂”环境中建立相关项目的资源库。从工装工具、生产部门获取资源数据（ 2D/3D ）：在“数字化工厂”规划模块中进行协同规划或导入工艺部门已有工艺信息。工艺规划：在“数字化工厂”工程模块中验证规划结果。工艺验证、仿真：通过系统集成和客户化开发，输出工艺执行文件；通过系统集成和客户化开发。客户化输出： 1 2 3 4 5 1 、数字化的起源 2 、广义数字化工厂广义数字化工厂用于生产企业资产运行管理、安全管理、规章管理、员工培训和维修管理，以提升工厂的生产效率、安全水平和决策能力。以工程对象为中心，将大量复杂的工厂资产相关数据转化为容易理解和以业务导向的信息，以表现资产真实物理状况的三维工厂电子模型为基础，并且无缝集成各种工厂企业信息系统，如设计数据、施工数据、竣工数据、 ERP 、 MES 、实时数据库、运行、维护以及文档管理等系统。以设备位号进行关联工程建设期：工程二三维协同设计工程材料协同管理工程采购管理工程施工管理工程计划管理工厂运维期：多系统信息集成管理生产辅助设备维护应急指挥人员培训合规与变更知识管理工程设计企业生产企业生产企业阶段及内容目标用户最终达到的效果 2 、广义数字化工厂数字化移交 2 我们对数字工厂的认识 1 通过数据深度挖掘和专家知识的加工积累，实现智能化决策支持以“一体化运营”为核心，业务协同向外部协同、全球化协同发展数字工厂建设与业务流程高度融合，实现业务全流程的自动化、智能化以设备为核心，提高操作效率 “ 数字工厂”是企业发展的一个重要方向建立基于可视化数字工厂，在三维环境中进行研究和决策建立数字移交规范，建设数字移交平台 3 4 5 6 7 3 、数字工厂  建立统一数据库，对企业全生命周期的数据进行管理。  利用“可视化”技术，在三维可视化环境中进行研究和决策  以“一体化运营”为核心，数字工厂建设与业务流程高度融合，实现业务全流程的自动化、智能化。 • 生产管理 • 应急管理 • 培训管理 • 设备管理 • 消防管理 • 三维地理信息系统 • 虚拟现实系统 • SCADA • DCS • CCTV • 火灾报警 • 生产数据 • 数字化交付成果 • 设备基础信息 • 地理信息基础数据静态数据动态数据一体化运营可视化数字工厂设计思路 3 、数字工厂数字工厂架构设计 3 、数字工厂 4 、数字化管道数字化管道政府规划政府规划可研数字化成果 ( 初设数字化成果）可研数字化成果 ( 初设数字化成果）施工图（三合一图）施工图（三合一图）施工采集数字化成果设计期数字化成果施工采集数字化成果设计期数字化成果建设期数字化成果建设期数字化成果多源勘察数据规范管道设计规则施工期数据采集规范竣工数据规范管道完整性管理数据规范数字化移交规范可研数字化成果设计数字化成果施工图（三合一图）施工采集数字化成果竣工数字化成果 1 、勘察 2 、可研设计 3 、专项评估 4 、可研数字化成果输出 1 、勘察 2 、可研设计 3 、专项评估 4 、可研数字化成果输出 1 、勘察 2 、初步设计 3 、初设数字化成果输出 4 、详细设计 5 、详设数字成果输出、施工图输出 1 、勘察 2 、初步设计 3 、初设数字化成果输出 4 、详细设计 5 、详设数字成果输出、施工图输出 1 、采购进度 2 、施工过程 3 、数据采集 4 、变更与调整 1 、采购进度 2 、施工过程 3 、数据采集 4 、变更与调整 1 、内检测 2 、试运行 3 、数据采集 1 、内检测 2 、试运行 3 、数据采集 1 、管道运营 2 、完整性管理 3 、设施设施管理 4 、更新维护管理 1 、管道运营 2 、完整性管理 3 、设施设施管理 4 、更新维护管理阶段输入输入活动活动约束输出可研设计施工竣工运营  数字工厂技术与管道线性资产特性结合  对管道全生命周期（设计、施工、运营）数据综合管理管道可研数字化管理系统 4 、数字化管道管道设计数字化管理系统 - 三图合一 4 、数字化管道特点 - 一、二、三维一体化线性里程查询结果高亮 4 、数字化管道穿跨越埋深 4 、数字化管道 5 、数字化油田油田勘探油田开发油田生产  油田储量报告  国家批复文件  环评文件  可行性研究报告  油田开发设计报告  地面工程基础资料  工程勘察数据  地面工程配套方案采出水处理工程给排水及消防供电工程自动控制通信工程总图运输及建筑结构供热和暖通道路工程生产维修工程  竣工验收资料  非震物化探数据  地震数据  测井数据  钻井数据  录井数据  试油试采数据  分析化验资料  综合研究成果 …………  油水井生产数据  作业施工管理数据  油田监测数据  地面集输管理数据  开发生产管理数据  油藏工程管理数据  采油工程管理数据  应急安全管理数据  管道完整性数据 ………… 一体化运营平台统一决策智能分析  数字工厂技术与油田特点（勘探、开发、生产）结合  注重地下部分数据收集、分析及三维展示总体框架 16 应用与辅助决策中心（辅助运行、展示、应急、决策）中心数据库物探井下作业测试化验地质油藏净化集输开发生产空间数据三维模型开发规范接口规范制图规范采集规范数据字典转换规范标准体系安全体系服务安全信息安全网络安全物理安全安全管理生产管理资产应用 HSE 管理数据质量控制网络硬件设施自控系统视频监控系统集成二三维一体化信息安全企业服务总线 ESB 门户（统一入口、单点登录）门户（统一入口、单点登录）基础设施钻井录井测井一体化运营平台辅助决策分析监测两大体系两大体系一个中心三大工程 5 、数字化油田一体化平台可视化工艺流程展示设备信息展示设备可视化油田场景可视化三维GIS 业务流程管理工作列表管理流程管控流程建模系统集成数据管理统一入口统一认证服务管理信息安全故障安全系统安全数据安全一体化平台连通基础设施和数字化应用的桥梁。 • 集成 GIS 、三维可视化和虚拟现实技术 • 为数字化油田应用提供基础的油田场景、设备设施、工艺流程的三维可视化及空间分析能力。 • 数字油田系统内部各子系统各模块各功能之间以及与外部系统之间，根据实际的业务流程和工作流程，建立流程关系。 • 按照统一数据模型统一发布自控系统实时数据、人工录入数据、历史数据 • 提供统一的系统入口和身份验证。 • 利用 IT 安全技术，对系统使用的数据和系统本身提供安全保障；并对可能出现的安全攻击或隐患具备一定的防范能力。一体化平台 5 、数字化油田装置细部地面三维场景设备设施设备部件采油井地质构造油气藏分析二三维一体化一体化平台 5 、数字化油田展示整个油田的总体基本情况，显示地上地下一体化整体模型。地面部分显示为地形影像。可粗略的看到地上道路、油田、行政单位、地面建设等的分布，地下部分能够看到整个区块的构造模型。全油田信息汇聚到一个三维油田场景中整个油田场景一体化平台 5 、数字化油田差异点共同点数字工厂适合行业：石化企业、生产企业 1 、数据规则建立，移交平台搭建，数据收集、整理 2 、一体化平台建设 3 、业务整合 4 、基于可视化技术 5 、基于良好的硬件基础重点关注：生产管理、 HSE 管理、培训、交互、工艺仿真通用性比较强数字管道适合行业：管道公司重点关注：管道线性资产的生命状况针对管道完整性，专业性比较强数字油田适合行业：油气田重点关注：油气田业务，侧重勘探、开发、生产一体化解决能力。三维展示地面结构、地下构造、油气藏针对油气生产全流程，涵盖部分管道业务数字工厂、数字油田、数字管道目录 1 数字化工厂概念 2 数字化工厂建设 3 建设数字工厂的意义和方法 4 数字化工厂的发展趋势 1.1 数字化工厂起源 1.2 广义数字化工厂 1.3 数字化工厂 1.4 数字化管道 1.5 数字化油田 2.1 现状分析 2.2 建设思路 2.3 功能建设 2.4 数据建设 2.5 关键技术 1 、现状分析没有按照统一标准对设计数据进行组织没有标准软件接口对各厂家设计数据进行整合设计数据与勘查图数据对应不上施工过程土石方计算不准确设计过程中位号信息没有统一 2 、建设思路 1 、制定统一设计规范、移交规范。 2 、统一设备位号。 3 、统一的数字化平台。从设计、施工到生产运营建立统一的数据移交平台，一体化应用平台。 4 、建立通用接口工具，不同格式设计文件都能读取、操作。 5 、数字化平台满足设计单位和业主对于数字移交的要求，同时兼顾业主对于生产应用的要求。 2 、建设思路优点：统一规划、全面设计；设计成果、过程文件能够有效管理。缺点：建设周期长优点：统一规划、全面设计；设计成果、过程文件能够有效管理。缺点：建设周期长设计阶段特点介于设计阶段和运营阶段之间。特点介于设计阶段和运营阶段之间。施工阶段优点：任务目标明确，周期短，缺点：缺乏总体规划；数据遗失（需要补录）；需要系统整合；资金投入加大，后续面临重复投资优点：任务目标明确，周期短，缺点：缺乏总体规划；数据遗失（需要补录）；需要系统整合；资金投入加大，后续面临重复投资运营阶段建设时机建设时机数据采集管理自动验证需要对数据进行有效管理：支持不同数据源自动抽取 Tag 信息自动建立关联关系 1 2 3 4 结构化存储自动产生报表 5 6 3 、功能建设设计阶段设计阶段自行提交各种格式数据设计阶段设计阶段 3 、功能建设数据采集管理流程控制规范项目过程任务通知减少错误发生自动生成审核结果报表保障数据正确性模型比较手段目标 3 、功能建设过程控制管理设计阶段设计阶段数字移交两个工厂数字工厂 • 工程信息移交跟踪管理 • 业务系统集成 • 综合项目报表工程信息编码 • 工程材料编码 • 工程对象编码 • 工程文件编码工程信息移交规范工程信息移交平台工程信息集成管理物理工厂施工阶段施工阶段 3 、功能建设工程信息移交平台工程信息集成管理信息移交规范 √ 定义移交内容 √ 定义信息规范 √ 定义移交方式信息移交平台 √ 信息提交 √ 信息接收 √ 信息校验 √ 信息发布 EPC 设计采购建设调试供应商信息移交规范施工阶段施工阶段 3 、功能建设查看项目进度查看工程技术资料运维管理项目进度数据审核发文协助进度处理协助进度处理制定出图计划设计并提交文档资料接收文件建立移交规范建立移交平台数据入库业主 PMT 数据服务商 EPC 设计单位审核收文（数字工厂）数据移交平台一体化平台成果发布数字移交流程施工阶段施工阶段 3 、功能建设数字化工程信息移交平台一体化平台数据查询和利用成果传递项目实施综合信息管理调试包管理数据校验规范性管理阶段间变更控制工程对象综合管理移交管理数字信息中心（ DIH ）设计信息材料及采购信息施工信息调试信息供应商一体化平台 EPC 3 、功能建设构建真三维虚拟实景档案完整性管理可视化工艺培训、工艺仿真数字沙盘——企业对外宣传可视化应急管理可视化生产监控管理生产应用 2 功能建设 • 2.2 功能建设未来提交“两个”工厂一个真实的工厂一个数字的工厂 3 、功能建设场景可视化管理运行、维护阶段运行、维护阶段场景搭建真实 DEM 工艺管道设备内部工厂可视化真实三维地形搭建全厂布局三维搭建装置区三维模型搭建精细模型内部结构建模 3 、功能建设 • 2.2 功能建设柴油加氢改质装置连续重整装置催化裂化装置聚丙烯装置 3 、功能建设循环冷水循环热水新鲜水生产给水管道稳高压消防水生活给水管道 1 、稳高压消防给水管线比生活给水管道要粗很多，生活给水管道非常细。 2 、虽然两者同为绿色但稳高压消防给水管线的绿色比生活给水管道要深。场景可视化管理 3 、功能建设对于内部精细化建模的设备设施，系统提供剖切工具对其进行各个截面的展示，剖切功能如下：步骤 1 ：点击“剖切功能”按钮，开启剖切功能步骤 2 ：平台中选择内部精细化建模的设备，双击，弹出设备剖切显示框。步骤 3 ：分别沿 X 、 Y 、 Z 轴，虚拟平面剖切设备。设备培训管理——剖切运行、维护阶段运行、维护阶段 3 、功能建设对于设备内部结构进行精细化建模的设备，系统提供设备拆装功能，主要有两种形式： 2 、提供用户自由选择设备某部分进行拆装的功能。 1 、标准化组装工艺流程展示及标注功能。设备培训管理——组装 3 、功能建设 2 功能建设 • 2.2 功能建设根据工艺流程图纸，通过控制上下游关断阀门及设备流量，制作生产工艺动态流程，通过模拟气、液流动效果，还可以半透、虚化、隐藏地面的形式，展示设备、管道、地下生产流程。对生产工艺所包含的设备属性、生产参数同步显示，让用户快速学习掌握生产工艺流程相关知识。工艺培训管理 3 、功能建设 1 、平台将设备外操作流程植入到三维场景中，业务系统记录角色的权限和可以操作的功能 4 、通过和系统交互式操作，反复学习各个岗位涉及到每一步标准操作，从而在不影响正常生成的情况下，达到岗位操作方法学习和演练的目的。 2 、用户按照各自角色登录系统后，进入对应的培训流程界面，点击某个设备模型，通过三维控件响应，即可调用该用户可以进行的操作。 3 、通过和系统交互式操作，反复学习各个岗位涉及到每一步标准操作，从而在不影响正常生成的情况下，达到岗位操作方法学习和演练的目的。操作培训管理 3 、功能建设三维应急案例动画是为了满足企业安全生产部门应急培训、演练的需要，通过事故过程的三维动画展现，实现人员、资源、设备的综合调度演练；实现预案决策培训、实现抢险流程，工艺技术的培训，通过培训提升抢维修人员对突发事件的处理能力和对现场设备的熟练操作能力。使安全部门和抢维修人员快速掌握科学、先进的应急流程，全面了解应急资源调度和设备工艺技术。达到企业安全运营的目标。应急培训管理 3 、功能建设根据工程建设基础数据、装置运行基础数据、模拟分析评价基础数据，在三维可视化场景下对设备模型折旧状况、腐蚀状况进行模拟分析，为安全环保评估预测提供依据 , 是保证工厂安全运行的重要环节。设备状态监控 3 、功能建设生产综合管理 3 、功能建设数字工厂系统与 DCS 、 SCADA 系统进行接口开发，获取各设备、管线实时生产数据，如温度、压力、流量等。将数据与对应三维模型进行绑定，用户在数字工厂平台直观查看所有设备、管线运行参数、生产状况。如果设备运行参数超过预设预警值范围，系统自动报警提示并定位到故障设备。及时提醒用户进行处理。生产监控管理 3 、功能建设数字工厂系统与 ERP 系统进行接口开发。生产监控管理 3 、功能建设数字工厂对全厂所有摄像头进行一对一建模，与视频监控系统进行接口开发，将图像与对应的摄像头模型进行数据挂接，方便用户对现场状况的实际监控，同时提供远程控制；历史存档回放等各种功能。可视化视频监控管理 3 、功能建设手持机通过 GPRS 功能把包含有巡检人员实时坐标的数据包发送至服务器，经系统解析后，可以帮助监控人定位巡检人员的位置，也可以配合调度维修人员快速进行目标设施或故障事件的定位。系统在地图上以