智能工廠三維數(shù)字化指南

1、智能工廠三維數(shù)字化指南2016年9月1.前 言42.引 言42.1數(shù)據(jù)資產(chǎn)的重要性42.2落后的設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)造成的影響42.3設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)的落后現(xiàn)狀62.4三維數(shù)字工廠是設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的最佳實踐63.范圍與邊界84.術(shù)語和定義95.整體架構(gòu)115.1智能工廠三維數(shù)字化業(yè)務(wù)架構(gòu)115.2三維數(shù)字工廠IT技術(shù)架構(gòu)115.3三維數(shù)字工廠與傳統(tǒng)IT架構(gòu)相容并行136.實施過程136.1實施原則136.2實施路線146.3關(guān)鍵環(huán)節(jié)及注意事項156.4評估與改進167.附錄167.1案例一：某央企地方分公司化工裝置運營期三維數(shù)字化實踐167.2案例二：某央企地方分公司工程建設(shè)期三維數(shù)字化實踐

2、247.3案例三：某央企地方分公司全廠基于數(shù)字化技術(shù)的LDAR管理實踐307.4案例四：某地?zé)挼叵鹿芫€三維數(shù)字化實踐327.5案例五：某民企煤化工項目數(shù)字化交付實踐341. 前 言分體系研究單位：中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會分體系執(zhí)行單位：中國化工經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展中心 北京中科輔龍科技股份有限公司分體系起草單位：中國化工經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展中心、北京中科輔龍科技股份有限公司分體系指導(dǎo)委員會主任：趙俊貴分體系指導(dǎo)委員會副主任：祝昉分體系專家組成員：高新民、楊海成、張志檁、謝宏、王同良、李劍峰、陳溯、陳為民、彭連軍、宮向陽、何力健、梁堅、楊景杰、閆高斌、夏茂森、羅敏明、羅建平、李松濤、任忠、柯林分體系工作組組長：

3、謝宏分體系工作組成員：關(guān)世太、張春利、翟國麗、宋楠、胡宇、甘雨、張朝明、孫露露2. 引 言2.1 數(shù)據(jù)資產(chǎn)的重要性設(shè)備設(shè)施資產(chǎn)是工廠建設(shè)投資的成果主體，也是企業(yè)生產(chǎn)運營的物質(zhì)基礎(chǔ)。相應(yīng)的，設(shè)備設(shè)施資產(chǎn)在建設(shè)、運維直至報廢的全生命周期過程中產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，形成了設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)。隨著經(jīng)濟形勢變化的加劇，以及大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)資產(chǎn)對于企業(yè)的價值日益凸顯。上至企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略決策，下至資產(chǎn)操作運維工作，良好的數(shù)據(jù)資產(chǎn)都是設(shè)備設(shè)施資產(chǎn)績效的基礎(chǔ)和必要保障。2.2 落后的設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)造成的影響落后的設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)對企業(yè)造成的影響包括： 增加了企業(yè)運營成本，占年收入1.5%（數(shù)據(jù)來

4、自ARC集團于2010年發(fā)布的研究報告）； 帶來了極大的安全隱患； 嚴重滯后于企業(yè)的精細化管理需求； 阻礙了企業(yè)向智能工廠的演進。ARC集團的研究報告指出，落后的設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)是導(dǎo)致設(shè)備設(shè)施管理諸多問題的根本性因素。Studies have identified poor AIM as the root cause of many asset performance problems, such as poor asset utilization, low maintenance effi- ciency, high MRO costs, etc. 研究表明，落后的設(shè)備設(shè)

5、施數(shù)據(jù)資產(chǎn)是導(dǎo)致設(shè)備設(shè)施管理諸多問題的根本性因素，如落后的資產(chǎn)利用率、低維護效率、高維修成本。 ARC咨詢集團, 2010年7月2.3 設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)的落后現(xiàn)狀國內(nèi)企業(yè)對設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)普遍缺乏足夠的關(guān)注和投入。一方面，企業(yè)在經(jīng)營數(shù)據(jù)資產(chǎn)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)方面持續(xù)投資，形成了完善的管理體系部署ERP、PI等IT系統(tǒng)，建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)維護制度。另一方面，企業(yè)在設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)方面投入則明顯不足，使得設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)普遍存在以下三方面的問題： 數(shù)據(jù)缺失：缺乏對易失效零部件（如軸承、墊片）以及易失效部位（如焊縫、裂紋）的管理、缺少有效的變更管理； 質(zhì)量堪憂：圖紙或IT系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場不一致，表現(xiàn)在賬

6、卡物不一致、圖紙與現(xiàn)場差異30%以上、ERP/EAM系統(tǒng)中設(shè)備零部件數(shù)據(jù)與現(xiàn)場不一致、設(shè)備故障往往很難找到有效的數(shù)據(jù)加以分析等方面； 可訪問性差：復(fù)雜的圖紙、多個IT系統(tǒng)、多種編碼體系、無法用自然語言描述失效部位等諸多問題，讓設(shè)備員、專工難以發(fā)現(xiàn)潛在的問題以及在短時間內(nèi)有效地獲取信息進行決策。2.4 三維數(shù)字工廠是設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的最佳實踐三維數(shù)字工廠的定義三維數(shù)字工廠是利用工程級三維數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建的一個物理工廠全生命周期，完整、準確、可用的虛擬鏡像。其本質(zhì)是通過創(chuàng)新的數(shù)據(jù)組織方式，記錄和管理著物理工廠所有設(shè)備設(shè)施的本體數(shù)據(jù)和活動記錄，這些數(shù)據(jù)始終與物理工廠保持同步，并以虛擬現(xiàn)實的交互方式

7、呈現(xiàn)給用戶。三維數(shù)字工廠是人和實物資產(chǎn)間的全新紐帶，如同互聯(lián)網(wǎng)改變了人與人的互動一樣，三維數(shù)字工廠將會改變?nèi)伺c物理工廠的互動。三維數(shù)字工廠是智能工廠的一項關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，它為我們搭建了一個廣闊的技術(shù)平臺，將持繼催生出無數(shù)今天我們還不知道的新應(yīng)用、新商業(yè)模式，甚至新的產(chǎn)業(yè)。 基于三維數(shù)字工廠的數(shù)據(jù)管理解決方案是設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的最佳實踐。 Under the covers of their 3D facade lies a gem of a system for managing asset information across all of an organiz

8、ations O&M solutions. It provides every worker with an intuitive, seemingly “real world” portal into all of the organizations asset information. And, this information is presented in the context of a “virtual” plant which helps them appreciate the full implications of every piece of data. A

9、RC Advisory Group, 2009  專業(yè)的數(shù)據(jù)模型確保數(shù)據(jù)完整三維數(shù)字工廠采用工程級三維數(shù)字化的技術(shù)路線，數(shù)據(jù)模型遵循流程工業(yè)專用的設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)框架標準ISO15926（定義了涵蓋設(shè)備設(shè)施的整個生命周期及其組成部分的描述方式）。三維數(shù)字工廠的數(shù)據(jù)模型可以完整地描述設(shè)備設(shè)施的數(shù)據(jù)范圍：· 從工廠-裝置-系統(tǒng)-單元-設(shè)備-管線-零部件-連接，完整描述從工廠到零部件及連接部位的粒度；· 從設(shè)計-采購-施工/安裝-調(diào)試-檢驗-維修-技改技措-改擴建，完整描述設(shè)備設(shè)施的全生命周期。 解決數(shù)據(jù)完整性與可訪問性的矛盾在日常工作過程中，一線業(yè)務(wù)人

10、員描述零部件或部位時，類似“爐201頂空氣預(yù)熱管線出口第一道閘閥”、“P201北側(cè)第三根柱子管廊上去罐區(qū)V402的送料管線上的彎頭”的空間位置描述是溝通的主要方式。三維數(shù)字工廠正是基于這一理念，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將資產(chǎn)密集型裝置的所有設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)可視化，為一線業(yè)務(wù)人員提供最直觀、自然的數(shù)據(jù)訪問體驗，從而徹底解決復(fù)雜編碼系統(tǒng)帶來的混亂和低效等問題。 內(nèi)置行業(yè)標準和規(guī)范確保本體數(shù)據(jù)質(zhì)量工程級三維數(shù)字化技術(shù)起源于設(shè)計行業(yè)，通過內(nèi)置各種行業(yè)標準和規(guī)范，確保設(shè)計人員在設(shè)計過程中避免低級錯誤，滿足合規(guī)性要求。同樣的，將工程級三維數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)運營階段的設(shè)備設(shè)施本體數(shù)據(jù)構(gòu)建和維護過程，可以很好

11、地保證數(shù)據(jù)質(zhì)量：· 通過內(nèi)置材料標準、等級庫標準，自動匹配合規(guī)的設(shè)備設(shè)施規(guī)格屬性，自動校驗規(guī)格屬性錯誤如管道材質(zhì)的等級合規(guī)性、法蘭墊片的規(guī)格匹配等；· 通過內(nèi)置等級庫標準，自動根據(jù)連接關(guān)系生成連接部位信息，自動校驗零部件連接關(guān)系正確性；· 通過空間碰撞檢查、點云比對技術(shù)檢查設(shè)備設(shè)施空間位置數(shù)據(jù)錯誤；· 通過一致性校驗檢查系統(tǒng)信息（如工藝流程、腐蝕回路）與數(shù)字工廠三維模型的一致性。 直觀的交互方式提升活動記錄數(shù)據(jù)質(zhì)量相當多類型的設(shè)備設(shè)施活動記錄由一線業(yè)務(wù)人員進行維護，由于數(shù)據(jù)分布在不同類別、層級的功能項和表格中，導(dǎo)致一線管理人員和專業(yè)管理人員難以

12、核查數(shù)據(jù)質(zhì)量。借助三維數(shù)字工廠提供的虛擬現(xiàn)實交互方式，管理人員可以直觀、便捷地獲取并檢查活動記錄數(shù)據(jù)，更容易消除數(shù)據(jù)的不確定性，在確?；顒佑涗浾鎸嵱行У耐瑫r，還可以發(fā)現(xiàn)更多管理上的盲腸死角，提升管理效率。3. 范圍與邊界智能工廠的核心是CPS，而CPS的基礎(chǔ)是數(shù)字化，數(shù)字化過程可以縮短，但不可跨越。  在企業(yè)運營階段，數(shù)據(jù)資產(chǎn)主要包括公司經(jīng)營管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)三大部分。其中，設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)描述了企業(yè)設(shè)備設(shè)施的本體數(shù)據(jù)和活動記錄，相比側(cè)重財務(wù)管理的資產(chǎn)類數(shù)據(jù)，更關(guān)注對維修維護、安全運行等業(yè)務(wù)的支撐。如同經(jīng)營管理數(shù)據(jù)和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)是企業(yè)實現(xiàn)“安穩(wěn)長

13、滿優(yōu)”目標的重要基石，是企業(yè)十分寶貴的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。本指南適用于石化行業(yè)任何階段、任何規(guī)模的企業(yè)的三維數(shù)字工廠建設(shè)，數(shù)字化范圍從建設(shè)期到運營期任何階段的在建和已建裝置，數(shù)字化粒度從工廠、裝置、系統(tǒng)、單元，到設(shè)備、管線、零部件、連接部位。本指南重點關(guān)注設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)，經(jīng)營管理數(shù)據(jù)和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)不在本指南的討論范圍內(nèi)。4. 術(shù)語和定義CPS（信息物理系統(tǒng),Cyber-Physical Systems）是一個綜合計算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過3C（Computing、Communication、Control）技術(shù)的有機融合與深度協(xié)作，實現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實時感知、動態(tài)控制和信息服務(wù)。ARC（

14、ARC Advisory Group）：企業(yè)咨詢公司，為制造商和供應(yīng)鏈廠商，以及技術(shù)投資者提供特定業(yè)務(wù)或行業(yè)問題的答案，包括新產(chǎn)品介紹、盡職調(diào)查、制訂生產(chǎn)和IT策略、技術(shù)架構(gòu)的規(guī)劃、項目規(guī)劃以及過程支持。并且是企業(yè)應(yīng)用軟件、工廠系統(tǒng)和自動化解決方案的市場分析、預(yù)測和戰(zhàn)略報告的主要提供者。建設(shè)期和運營期：一個工廠的生命周期分為兩個階段，一個是建設(shè)期，一個是運營期。建設(shè)期指工廠開工建設(shè)的時間年限；運營期是工廠建設(shè)完成了之后交付給業(yè)主，業(yè)主開始進行生產(chǎn)至工程項目計算期末所經(jīng)歷的時間段。設(shè)備拆解模型：根據(jù)企業(yè)提供的設(shè)備裝配圖，在工程設(shè)計軟件中進行設(shè)備拆解建模，將設(shè)備零件和細節(jié)展現(xiàn)出來。工程點云：對于企

15、業(yè)沒有圖紙資料或者圖紙資料老舊，現(xiàn)場改動大的部分，運用三維激光掃描儀器，對工廠實景掃描，獲取工廠資產(chǎn)的三維空間點位坐標、顏色等信息，形成點云數(shù)據(jù)。利用點云可以構(gòu)建精準的三維模型。工作流：是指企業(yè)內(nèi)部發(fā)生的某項業(yè)務(wù)從起始到完成，由多個部門、多個崗位、經(jīng)多個環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)及順序工作共同完成的完整過程。簡單地講，工作流程就是一組輸入轉(zhuǎn)化為輸出的過程。ESB（Enterprise Service Bus）：企業(yè)服務(wù)總線。ODS（Operation Data Storage）：企業(yè)運營數(shù)據(jù)倉庫。地上管線(ground pipelines)：敷設(shè)在地面以上的管道、電纜和光纜等。通常用管架、管墩或建筑物做支撐。地

16、下管線(underground pipelines)：敷設(shè)在地面以下的所有管道、電纜、光纜等。有直接埋地和架設(shè)在地溝內(nèi)兩種敷設(shè)方式。工藝流程圖(process flow diagram, PFD)：用圖示的方法把建立化工工藝裝置所需的主要設(shè)備、管道按工藝要求組合起來，并在圖中表示出物流點編號。 監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(supervisory control and data acquisition system, SCADA system)：一種具有遠程監(jiān)測控制功能，以多工作站的主站形式通過網(wǎng)絡(luò)實時交換信息，并可應(yīng)用遙測技術(shù)進行遠程數(shù)據(jù)通信的模塊化、多功能、分層分布式控制系統(tǒng)。 

17、;管道和儀表流程圖(piping and instrument diagram)簡稱P&ID(或PID)。此圖上除表示設(shè)備外，主要表示連接的管道系統(tǒng)、儀表的符號及管道識別代號等。借助統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字代號，用圖示的方法把建立化工工藝裝置所需的全部設(shè)備、儀表、管道、閥門及主要管件，按其各自功能以及工藝要求組合起來，以起到描述工藝裝置的結(jié)構(gòu)和功能的作用。5. 整體架構(gòu)6.7.5.1 智能工廠三維數(shù)字化業(yè)務(wù)架構(gòu)三維數(shù)字化的目標是通過對設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)的有效治理，構(gòu)建一個完整、準確、可用的三維數(shù)字工廠，并通過數(shù)據(jù)共享和智能化增值應(yīng)用為企業(yè)運營創(chuàng)造價值。 三維數(shù)字工廠的數(shù)據(jù)組成包括本體數(shù)據(jù)

18、和活動記錄兩個部分，前者描述了設(shè)備設(shè)施的功能、設(shè)計性能、結(jié)構(gòu)、使用說明等信息，應(yīng)采用數(shù)字化交付或數(shù)字化重建手段完成數(shù)據(jù)的構(gòu)建和校驗；后者描述了設(shè)備操作、檢驗、維修活動的記錄，應(yīng)采用支持各專業(yè)活動的IT系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集、校驗工作。數(shù)據(jù)共享包括面向直接用戶的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)和面向其他IT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)。智能化增值應(yīng)用以三維數(shù)字工廠為基礎(chǔ)，充分借助三維數(shù)字化技術(shù)的特性以滿足工程建設(shè)期和工廠運營期各業(yè)務(wù)領(lǐng)域的智能化需求。5.2 三維數(shù)字工廠IT技術(shù)架構(gòu)從業(yè)務(wù)需求的角度，企業(yè)應(yīng)構(gòu)建基于三維數(shù)字工廠的IT系統(tǒng)，利用三維數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)對設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)的有效治理和自然交互，進而實現(xiàn)對現(xiàn)有IT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)補充和交互升級

19、。從技術(shù)架構(gòu)的角度，企業(yè)的傳統(tǒng)IT應(yīng)用系統(tǒng)主要以服務(wù)企業(yè)內(nèi)部用戶為主，其特點是專業(yè)系統(tǒng)數(shù)量多、業(yè)務(wù)交叉、采用獨立系統(tǒng)集成架構(gòu)，其缺點也非常明顯：剛性強、信息孤島明顯、難以快速變化、維護成本高，無法支持快速變革的新業(yè)態(tài)。三維數(shù)字工廠的企業(yè)級IT架構(gòu)應(yīng)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)型創(chuàng)新，以三維數(shù)字化技術(shù)對數(shù)據(jù)管理和共享機制為基礎(chǔ)，構(gòu)建“平臺+微服務(wù)”的整體架構(gòu)，實現(xiàn)以設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)倉庫為核心，以基于角色的可視化工作空間為界面，通過微服務(wù)方式實現(xiàn)持續(xù)集成和快速迭代上線不同業(yè)務(wù)時期、多專業(yè)領(lǐng)域的智能化增值應(yīng)用。設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)倉庫（Asset Information Repository）AIR（Asset Infor

20、mation Repository）設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)倉庫，提供設(shè)備設(shè)施信息、地形信息、三維圖形信息、P&ID 圖紙信息、文檔信息的存儲、訪問、變更服務(wù)及基本的管理功能，實現(xiàn)對設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)的統(tǒng)一管理和共享。數(shù)字化系統(tǒng)（Digitizing System）DS（Digitizing System）數(shù)字化系統(tǒng)，提供多源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)校驗等功能，用于構(gòu)建設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)的本體數(shù)據(jù)，提高數(shù)字化成果質(zhì)量、提高數(shù)字化工作效率?；诮巧目梢暬ぷ骺臻g（Role-Based Visualization Workspace）RBVW（Role-Based Visualization Wor

21、kspace）基于角色的可視化工作空間，提供一系列配置功能，用于按照用戶角色組織微服務(wù)組件功能入口，實現(xiàn)以用戶角色為導(dǎo)向的功能界面組織，提升易用性。智能化增值應(yīng)用智能化增值應(yīng)用，以微服務(wù)的方式提供多個業(yè)務(wù)階段、多種專業(yè)領(lǐng)域的智能化應(yīng)用，其特點是小而精，能夠通過持續(xù)集成和快速發(fā)布適應(yīng)具體需求，例如工程建設(shè)階段質(zhì)量管理領(lǐng)域的焊口組批應(yīng)用，運營階段設(shè)備管理領(lǐng)域的RBI等。5.3 三維數(shù)字工廠與傳統(tǒng)IT架構(gòu)相容并行“獨立系統(tǒng)集成”架構(gòu)是企業(yè)相對成熟的IT架構(gòu)，業(yè)務(wù)集中的優(yōu)勢與功能復(fù)雜交錯的問題并存；“平臺+微服務(wù)”架構(gòu)具有持續(xù)集成和快速發(fā)布的特點。企業(yè)在設(shè)計IT架構(gòu)時，應(yīng)遵循二者相容并存的原則，結(jié)合二

22、者的優(yōu)勢為企業(yè)服務(wù)。具體而言，新建系統(tǒng)和已經(jīng)做好微服務(wù)升級的系統(tǒng)可以采用微服務(wù)架構(gòu)的模式，傳統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)同時也在運行，二者通過服務(wù)總線互通，一起為企業(yè)的業(yè)務(wù)提供IT能力支撐。需要注意，無論采用哪種架構(gòu)模式，均應(yīng)考慮到設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)倉庫作為數(shù)據(jù)治理系統(tǒng)的核心地位，確保為企業(yè)提供統(tǒng)一的、強有力的數(shù)據(jù)治理手段。6. 實施過程石化行業(yè)智能工廠三維數(shù)字化的實施過程是對企業(yè)設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)的有效治理和增值利用的過程，鑒于企業(yè)設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)基礎(chǔ)相對薄弱，應(yīng)采取“系統(tǒng)規(guī)劃，分步實施，持續(xù)改進”的總體建設(shè)思路，明確設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)的基礎(chǔ)地位，通過易擴展的技術(shù)路線和IT架構(gòu)，構(gòu)建面向各業(yè)務(wù)領(lǐng)域的統(tǒng)一工作平臺

23、，以業(yè)務(wù)為導(dǎo)向驅(qū)動數(shù)據(jù)資產(chǎn)和智能化增值應(yīng)用的持續(xù)改進。6.1 實施原則注重實效、前瞻性強三維數(shù)字工廠和智能工廠是企業(yè)演進的目標，是方向。三維數(shù)字工廠的建設(shè)不能脫離企業(yè)內(nèi)外各方面的客觀條件，要立足企業(yè)現(xiàn)有基礎(chǔ)和發(fā)展階段需求，強調(diào)建設(shè)的實用性，滿足企業(yè)不同層面的需求。在注重實效的前提下，三維數(shù)字工廠的建設(shè)應(yīng)盡可能地跟蹤國內(nèi)外先進的IT技術(shù)和軟件平臺，建設(shè)要能支撐企業(yè)未來幾年的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，選擇的技術(shù)應(yīng)具有一定的前瞻性。領(lǐng)導(dǎo)重視、流程支持三維數(shù)字工廠是智能工廠的基礎(chǔ)設(shè)施，三維數(shù)字工廠的建設(shè)是一個資產(chǎn)創(chuàng)建項目，與物理工廠的建設(shè)一樣，需要各級領(lǐng)導(dǎo)的切實重視和一系列流程的配套支持。同樣，三維數(shù)字工廠也需要

24、建立完整的運行維護機制，以確保其作為基礎(chǔ)設(shè)施能持續(xù)、穩(wěn)定、高效運行。系統(tǒng)規(guī)劃、分步實施三維數(shù)字工廠建設(shè)涉及面廣、周期長、投入大，是系統(tǒng)性工程，需要緊密圍繞企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，全面考量現(xiàn)有的基本情況來指導(dǎo)實施，必須對較長周期建設(shè)進行總體規(guī)劃，結(jié)合實際情況，從需求出發(fā)、從簡到繁、從易到難分步實施。重視基礎(chǔ)、持續(xù)改進三維數(shù)字工廠建設(shè)過程中必須嚴格遵循國家、行業(yè)的相關(guān)標準和規(guī)范，確保數(shù)據(jù)資產(chǎn)的質(zhì)量。同時，三維數(shù)字工廠的建設(shè)應(yīng)考慮系統(tǒng)對未來的適應(yīng)性和擴展性需求，保護現(xiàn)有投資。三維數(shù)字工廠的建設(shè)不是一蹴而就的，是一個長期持續(xù)、動態(tài)變化的進程，不但需要在使用中長期維護、治理，確保建設(shè)成果持續(xù)發(fā)揮效益，而且必須滿

25、足企業(yè)發(fā)展、業(yè)務(wù)調(diào)整和信息技術(shù)發(fā)展的訴求，伴隨企業(yè)成長并長期支撐。6.2 實施路線實施成果的主體應(yīng)包括：“設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)”、“三維數(shù)字化平臺軟件”以及“智能化增值應(yīng)用軟件”三個部分，整體實施路線如下圖所示： 6.3 關(guān)鍵環(huán)節(jié)及注意事項共識定位：智能工廠三維數(shù)字化定位于“通過數(shù)據(jù)治理和增值利用，構(gòu)建設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)的統(tǒng)一工作平臺”。企業(yè)內(nèi)部高層管理者與各利益相關(guān)部門應(yīng)盡早統(tǒng)一認識，避免因具體業(yè)務(wù)需求對總體目標產(chǎn)生影響。數(shù)據(jù)資產(chǎn)構(gòu)建：重點和難點在于本體數(shù)據(jù)的構(gòu)建。由于企業(yè)設(shè)備設(shè)施資料基礎(chǔ)相對薄弱，情況復(fù)雜，本體數(shù)據(jù)構(gòu)建的工作量大。需要多種策略與策略組合：· 數(shù)據(jù)模型的設(shè)計應(yīng)符合石化行業(yè)

26、專用數(shù)據(jù)標準，如ISO15926，GB/T18975等。· 采用“工程技術(shù)路線”，利用工程設(shè)計軟件構(gòu)建本體數(shù)據(jù)，借助設(shè)計領(lǐng)域數(shù)十年三維數(shù)字化技術(shù)和經(jīng)驗積累，從數(shù)據(jù)模型、合規(guī)性校驗等根本性技術(shù)上保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。· 根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求和投資預(yù)算可適度降低數(shù)據(jù)質(zhì)量要求，利用“工程技術(shù)路線”數(shù)據(jù)模型的擴展性和靈活性為后續(xù)質(zhì)量提升打好基礎(chǔ)。· 在工程建設(shè)期，要求總包、設(shè)計、施工等參建方全面參與到數(shù)字化交付過程中，通過合同約束其交付物范圍、質(zhì)量和格式；執(zhí)行過程中著眼于過程控制，配合工程建設(shè)期智能化應(yīng)用及時檢查，確保數(shù)據(jù)資產(chǎn)的完整性和質(zhì)量。· 在工廠運營期，應(yīng)根據(jù)實際業(yè)務(wù)

27、需求確定實施范圍：以重點業(yè)務(wù)應(yīng)用為目標，可在整個企業(yè)范圍內(nèi)采用分專業(yè)建模，綱舉目張；以重點裝置精細化管理為目標，可采用分裝置建模，以點帶面。平臺基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，主要指IT架構(gòu)的設(shè)計以及平臺軟件的選型（或自建）和部署：· 優(yōu)先選擇以平臺為中心的IT架構(gòu)，通過對原有應(yīng)用系統(tǒng)的集成和交互升級，充分利用原有系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)的同時提高其可用性。· 選擇成熟，能規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù)，包括設(shè)計軟件多源數(shù)據(jù)導(dǎo)入、密集資產(chǎn)復(fù)雜場景實時三維渲染技術(shù)、基于角色的可視化工作空間等方面。· 重點關(guān)注架構(gòu)與平臺軟件的開放性和持續(xù)發(fā)展能力。· 考慮對企業(yè)不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域的全面支撐。智能增值應(yīng)用

28、建設(shè)，是一個不斷發(fā)掘企業(yè)“數(shù)據(jù)”溢出價值，不斷提升企業(yè)精細化管理，為企業(yè)持續(xù)增效的過程，也是不斷向智能工廠邁進的過程： 補缺：利用三維數(shù)字工廠帶來的新特性和新服務(wù)，解決傳統(tǒng)IT技術(shù)很難解決的老大難業(yè)務(wù)問題，比如施工進度和質(zhì)量管理等； 智能化：通過智能算法、工業(yè)大數(shù)據(jù)等先進IT技術(shù)充分利用三維數(shù)字工廠建立的優(yōu)質(zhì)設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)，進一步發(fā)發(fā)掘企業(yè)設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)的溢出價值。6.4 評估與改進三維數(shù)字化實施宜采用PDCA循環(huán)的管理方法，逐步體現(xiàn)、評估三維數(shù)字化成效并持續(xù)改進：· P階段，制定本次迭代的具體目標、實施范圍和實施成果質(zhì)量標準；· D階段，按照預(yù)訂的規(guī)劃，設(shè)計詳細的實施方案

29、并執(zhí)行，把控過程關(guān)鍵節(jié)點；· C階段，依據(jù)質(zhì)量標準，對本次迭代的實施成果進行評估；· A階段，將優(yōu)秀實踐標準化并復(fù)制推廣，將遺留問題轉(zhuǎn)入下一個迭代，如此循環(huán)，周而復(fù)始，螺旋上升。7. 附錄本附錄介紹石化行業(yè)智能工廠三維數(shù)字化的成功實踐案例，作為指南正文的補充材料供讀者參考。7.1 案例一：某央企地方分公司化工裝置運營期三維數(shù)字化實踐背景在央企集團的統(tǒng)一要求下，該地方分公司的經(jīng)營、生產(chǎn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)得到了良好的管理。但是在設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)方面，雖然企業(yè)建設(shè)了EM、腐蝕監(jiān)測、動設(shè)備監(jiān)測等多種IT系統(tǒng)，卻始終存在數(shù)據(jù)分散、數(shù)據(jù)質(zhì)量不高、精細化程度差、系統(tǒng)繁雜、易用性差等問題。借助集團公

30、司智能化建設(shè)規(guī)劃的時機，該企業(yè)啟動了基于工程技術(shù)路線的三維數(shù)字化建設(shè)項目，希望借此對設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)進行治理，并構(gòu)建統(tǒng)一工作平臺。目標· 以典型化工裝置為試點，采用工程技術(shù)路線對該裝置各專業(yè)的設(shè)備設(shè)施進行數(shù)字化重建，實現(xiàn)對該裝置的設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)的初步治理。· 搭建三維數(shù)字化平臺，與原有應(yīng)用系統(tǒng)集成，在此基礎(chǔ)上建設(shè)該裝置的多專業(yè)統(tǒng)一工作平臺。· 建設(shè)面向重點設(shè)備設(shè)施的智能增值應(yīng)用，提高動設(shè)備管理和腐蝕管理的工作效率，降低檢驗維修成本，降低安全隱患。· 復(fù)用已建三維GIS系統(tǒng)中的部分數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)進行補充和完善，建設(shè)HSE領(lǐng)域的增值應(yīng)用， 通過直觀

31、的方式展示給相關(guān)人員輔助其決策。 · 探索數(shù)字化交付，以便從源頭開始提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，最終實現(xiàn)由工程建設(shè)各參建方向業(yè)主交付有價值、優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。實施過程1. 根據(jù)實施目標，確定數(shù)據(jù)治理的范圍為和數(shù)據(jù)標準為： o 單個典型裝置，質(zhì)量要求滿足全面、真實的工程級標準；o 全廠區(qū)地形地貌、道路設(shè)施，質(zhì)量要求滿足與現(xiàn)場基本一致的仿真級要求。2. 采用“工程技術(shù)路線”，結(jié)合工程圖檔、BOM清單、EM系統(tǒng)、現(xiàn)場技術(shù)交底、現(xiàn)場測繪等多種資料和技術(shù)手段，對典型裝置的設(shè)備、管道、結(jié)構(gòu)、儀表等設(shè)備設(shè)施的本體數(shù)據(jù)進行建模，并確保數(shù)據(jù)與現(xiàn)場一致。3. 圍繞“構(gòu)建多專業(yè)統(tǒng)一工作平臺”的目標，采購基礎(chǔ)技術(shù)

32、成熟的三維數(shù)字化平臺，關(guān)鍵技術(shù)要求包括： o 符合ISO15926標準的數(shù)據(jù)模型；o 具備以平臺為中心的IT架構(gòu)和良好的擴展能力；o 支持多種主流的工藝設(shè)計軟件、工程設(shè)計軟件、機械設(shè)計軟件及通用建模軟件的數(shù)據(jù)導(dǎo)入；o 提供面向多專業(yè)的工作界面；o 具備密集資產(chǎn)的高性能渲染能力。4. 該企業(yè)曾經(jīng)建設(shè)過廠區(qū)內(nèi)地下管線三維GIS系統(tǒng)，后因該三維GIS技術(shù)路線在數(shù)據(jù)和平臺方面的天然缺陷導(dǎo)致無法支撐設(shè)備管理、HSE相關(guān)應(yīng)用而選擇放棄。本次實施過程中，為充分利用該系統(tǒng)中的三維模型成果，將其中全廠地形地貌、道路設(shè)施、部分設(shè)備等數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維數(shù)字化平臺中。5. 基于平臺和全廠地形地貌等數(shù)據(jù)，集成HSE風(fēng)險管控

33、系統(tǒng)，建設(shè)污染排放風(fēng)險監(jiān)控、關(guān)鍵裝置風(fēng)險監(jiān)控、職業(yè)危害風(fēng)險監(jiān)控、三維事故模擬、施工作業(yè)人員定位監(jiān)控等HSE業(yè)務(wù)域智能增值應(yīng)用。6. 基于平臺和典型裝置三維數(shù)字化模型，聚焦具體業(yè)務(wù)時刻的智能化，建設(shè)腐蝕管理、動土作業(yè)管理等設(shè)備域智能增值應(yīng)用。 7. 基于平臺和典型裝置三維數(shù)字化模型，集成部分原有系統(tǒng)。8. 以某新建裝置為試點，探索數(shù)字化交付的實施路線和關(guān)鍵技術(shù)。成果數(shù)據(jù)方面建成了與現(xiàn)場一致的典型裝置數(shù)字化模型，實現(xiàn)了對該裝置設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)現(xiàn)狀的有效治理：· 模型包括291臺設(shè)備和1800多條工藝管線（圖紙資料僅有1318條）。模型粒度達到了目前實際業(yè)務(wù)中管理對象的最小粒度，

34、比如：閥門、法蘭、墊片和焊縫，模型信息包括每個對象完整的工程設(shè)計屬性以及對象之間的拓撲關(guān)系。此模型能夠直接生成實際業(yè)務(wù)管理中所必須的單線圖；· 31套動靜設(shè)備的拆解模型，平均每套設(shè)備的拆解部件數(shù)量大約在400左右，最復(fù)雜的單套設(shè)備拆解部件數(shù)量超過1000；· 得益于合理的數(shù)據(jù)標準、合適的技術(shù)路線和工具，典型裝置的建模，從資料收集到業(yè)務(wù)部門最終驗收僅用時4個月；· 實施過程中，發(fā)現(xiàn)了諸多數(shù)據(jù)資產(chǎn)異常并一一修正，業(yè)務(wù)部門對此予以一致好評。平臺方面建設(shè)成果包括：· 建成了管理設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)倉庫，實現(xiàn)了對該裝置未來資產(chǎn)變更引起的數(shù)據(jù)變更管理，并通過W

35、eb服務(wù)等方式為其他應(yīng)用系統(tǒng)建立了數(shù)據(jù)共享機制；· 集成了生產(chǎn)績效、實時數(shù)據(jù)、EM、ODS等多種系統(tǒng)，初步實現(xiàn)了車間技術(shù)人員的統(tǒng)一入口，在此架構(gòu)基礎(chǔ)上，未來計劃集成更多的原有系統(tǒng)，充分發(fā)揮統(tǒng)一入口的價值。應(yīng)用方面建設(shè)成果包括設(shè)備域的動設(shè)備管理應(yīng)用、腐蝕管理應(yīng)用以及安環(huán)域的幾項智能增值應(yīng)用：1. 動設(shè)備管理應(yīng)用動設(shè)備管理主要以動設(shè)備為管理對象，集成、記錄和顯示動設(shè)備投用階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)和維修數(shù)據(jù)，并加以統(tǒng)計與分析，為動設(shè)備的故障預(yù)判和診斷，提升設(shè)備及零部件的可靠性提供數(shù)據(jù)依據(jù)。同時，加強維修過程控制管理，提供了到期零部件更換提醒、維修過程中關(guān)鍵控制指標提醒等功能，保證設(shè)備的維修質(zhì)量。主要

36、建設(shè)成果包括：自動生成工單，提升設(shè)備員編制工單效率設(shè)備員在編制檢修工單時，因設(shè)備難易程度以及設(shè)備員對設(shè)備的掌握程度不同，需要花費0.5-3天的時間才能完成，主要原因是設(shè)備員要根據(jù)設(shè)備的檢修規(guī)程確定工序，并計算每一步工序?qū)?yīng)的工程量，同時，還要確定維修需要準備的物料，每一個環(huán)節(jié)均需要查看資料或進行現(xiàn)場勘測，費力耗時。而采用了檢修工單編制，設(shè)備員只需要選擇待維修的設(shè)備及作業(yè)內(nèi)容，軟件即可自動錄入進行該維修作業(yè)的工序、對應(yīng)工程量以及所需物料，實現(xiàn)真正意義上的“一鍵操作”，增加了設(shè)備員在編制檢修工單時的準確性，并大大提高了工作效率。自動提示設(shè)備維修過程中的關(guān)鍵控制節(jié)點，保證維修質(zhì)量在動設(shè)備管理工作中，

37、動設(shè)備檢修過程中質(zhì)量并不受控，返工會時常發(fā)生，其主要因素是設(shè)備各部件的裝配數(shù)值不達標，糾其根本原因，是因為設(shè)備種類繁多，關(guān)鍵控制指標也各不相同，設(shè)備員并不完全了解和掌握關(guān)鍵控制數(shù)據(jù)，從而在維修人員維修時失去有效控制，造成部分設(shè)備維修不達標，短期內(nèi)又出現(xiàn)故障。通過關(guān)鍵控制指標提醒，設(shè)備員可以在設(shè)備檢修時輕易了解到該設(shè)備的拆裝步驟以及關(guān)鍵質(zhì)量控制節(jié)點，有效監(jiān)管維修人員作業(yè)，保證維修質(zhì)量。預(yù)判零件壽命，提醒設(shè)備員檢查或更換，降低檢修頻次在設(shè)備檢修過程中，維修對象往往是設(shè)備的故障零件，而沒有發(fā)生故障但接近使用壽命的零件卻容易被忽視，導(dǎo)致設(shè)備維修投用后在較短時間內(nèi)因為接近使用壽用的零件故障而再次維修，從

38、而造成設(shè)備維修頻繁，影響生產(chǎn)。通過零件更換提醒功能，基于歷次零部件維修情況的統(tǒng)計，軟件可以在檢修過程中，對設(shè)備的零件使用時間和狀態(tài)進行統(tǒng)計評估，對沒有發(fā)生故障但接近使用壽命的零件，提醒設(shè)備員進行檢查或更換，從而減少故障檢修頻次，解決計劃維修和故障維修的矛盾，做到?jīng)]故障不維修，故障發(fā)生后計劃維修和故障維修同時進行，延長運行時間。 多層次、多類型的易損件統(tǒng)計，及時了解易損件維修情況易損件的統(tǒng)計有助于設(shè)備員或?qū)９し治鲈O(shè)備維修的裝配質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量等等，企業(yè)也要求設(shè)備員每月定時統(tǒng)計，但因為易損件數(shù)量多、分類復(fù)雜，受工況影響，故障情況也各不相同，導(dǎo)致統(tǒng)計任務(wù)因缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)而難于落實，統(tǒng)計結(jié)果也難

39、以保證準確。通過易損件統(tǒng)計功能，結(jié)合檢修工單編制功能累積的數(shù)據(jù)，設(shè)備員可以輕易了解易損件的更換情況、平均壽命、同工況壽命、月消耗情況等，從而更有效的分析設(shè)備的維修質(zhì)量，及時調(diào)整維修策略。多類型故障率統(tǒng)計，綜合分析設(shè)備運行情況目前設(shè)備的故障率統(tǒng)計只是單純的停機故障統(tǒng)計，沒有細分設(shè)備的運行條件、設(shè)備本身老化因素、設(shè)備制造的年代和技術(shù)條件，統(tǒng)計缺乏科學(xué)性，導(dǎo)致故障率不能反映設(shè)備的客觀情況，進而不能指導(dǎo)設(shè)備的運行和維護。結(jié)合設(shè)備的本身條件，軟件可提供機型故障率，企業(yè)內(nèi)同類設(shè)備故障率、本機歷史運行故障率等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，綜合分析設(shè)備運行情況。從而有對比，有分析，提高設(shè)備運行維護水平。2. 腐蝕管理應(yīng)用利用虛擬

40、現(xiàn)實技術(shù)輔助腐蝕管理的應(yīng)用系統(tǒng)。通過在三維模型中標識腐蝕監(jiān)測點，集成EM、腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)、LIMS等多平臺的原始數(shù)據(jù)，自動推薦擴建部位等功能，幫助設(shè)備員實時了解的設(shè)備管線腐蝕情況、制定檢驗計劃，輔助腐蝕管理專業(yè)工程師進行專業(yè)分析。建設(shè)成果除“應(yīng)用系統(tǒng)集成展示”、“提醒報警”等基本功能外，還包括：自動推薦腐蝕速率預(yù)警的同機理設(shè)備，并自動布點為防止設(shè)備出現(xiàn)腐蝕泄漏等問題，需進行定點測厚檢測，當檢測后某一監(jiān)測點腐蝕速率出現(xiàn)高報預(yù)警，要檢測與該監(jiān)測點所在設(shè)備同機理的設(shè)備，但需要在腐蝕回路圖紙單線圖等圖紙中進行篩選，交給檢測單位進行臨時檢測，篩選過程復(fù)雜檢測不及時。使用腐蝕管理系統(tǒng)能自動推薦本次未檢測

41、的同機理設(shè)備，在未布點的設(shè)備在三維中自動布點，并導(dǎo)出Excel，避免在大量圖紙進行篩選，提高了工作效率。對未檢的隱患部位進行自動布點擴檢為防止設(shè)備或管線出現(xiàn)腐蝕泄漏，需進行定點測厚檢測，當檢測后某一監(jiān)測點某一監(jiān)測點壁厚減薄率出現(xiàn)高報預(yù)警，要對該設(shè)備進行擴檢。傳統(tǒng)工作模式下，設(shè)備員需要進入車間現(xiàn)場查看，并在圖紙上進行布點后交給檢測單位進行臨時檢測。該功能根據(jù)測厚點布點原則，可自動對該設(shè)備或管線未檢的隱患部位進行布點，并導(dǎo)出Excel。提高擴建工作的智能化程度，提高設(shè)備員工作效率，減少人為因素引起的安全隱患。3. 安環(huán)域安環(huán)域應(yīng)用建設(shè)成果包括：· 污染排放風(fēng)險監(jiān)管功能包括污染排放點監(jiān)控、

42、排放設(shè)施運行監(jiān)控，實現(xiàn)了污染排放風(fēng)險的實時監(jiān)控預(yù)警，對排放設(shè)施故障、污染排放異?；虺瑯俗詣咏o出原因分析結(jié)果，為異常處置提供對策措施；· 重大危險源預(yù)警，實現(xiàn)了基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的移動放射源探傷作業(yè)的輻射范圍自動計算與預(yù)警，為職業(yè)健康保護提供信息化支持； · 事故模擬，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)技術(shù)實現(xiàn)泄漏事故模擬、火災(zāi)事故模擬及爆炸事故模擬，為異常處置提供決策支持。 · 現(xiàn)場人員區(qū)域定位監(jiān)控和現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備管理，實現(xiàn)了對現(xiàn)場施工人員定位監(jiān)控功能，并在施工人員進入危險區(qū)域時提示報警，保護施工人員人身安全。 數(shù)字化交付方面根據(jù)典型裝置數(shù)據(jù)治理成果，制定了對工程建

43、設(shè)期數(shù)字化交付的要求，并結(jié)合工程建設(shè)管理過程提出了數(shù)據(jù)治理的過程要求和質(zhì)量控制節(jié)點。小結(jié)&展望通過項目實踐，該企業(yè)初步建成了多專業(yè)統(tǒng)一工作平臺的基礎(chǔ)框架和試點，體現(xiàn)了三維數(shù)字化技術(shù)在數(shù)據(jù)治理，信息集成，自然交互，基于空間的智能應(yīng)用等方面不可替代的優(yōu)勢，是實現(xiàn)企業(yè)智能化的必由之路。在此基礎(chǔ)上，企業(yè)擬定了新一輪的三維數(shù)字化建設(shè)規(guī)劃：· 主要業(yè)務(wù)領(lǐng)域持續(xù)建設(shè)智能增值應(yīng)用，推動三維數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)變；· 有節(jié)奏，多維度推進數(shù)字化工作，同步支撐全面提升核心裝置車間的運行管理能力和重點專業(yè)全廠范圍的三維數(shù)字化智能應(yīng)用；· 推廣數(shù)字化交付，為新建裝置的運行管理提供數(shù)字資

44、產(chǎn)，提升后續(xù)IT系統(tǒng)的實施效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。7.2 案例二：某央企地方分公司工程建設(shè)期三維數(shù)字化實踐背景在工程建設(shè)中，管道施工是整個施工建設(shè)過程中的重點工作工程量約占項目建設(shè)總安裝工程量的40-50%，質(zhì)量直接決定項目的投產(chǎn)運營安全和后期維護費用投入，高溫高壓或輸送易燃易爆介質(zhì)的高后果管線尤甚。因此，實現(xiàn)管道施工進度和質(zhì)量管理的精細化、標準化、規(guī)范化，一直是施工管理的終極目標。但是在傳統(tǒng)的管道施工管理模式下，往往存在管理粗放、信息不透明、瞞報誤報、工作效率低下等問題，造成監(jiān)管不到位的同時也給投產(chǎn)運營帶來了極大的安全隱患。目標· 借助三維數(shù)字化技術(shù)，為管道施工進度和質(zhì)量控制提供有效的管理

45、工具，確保管道施工數(shù)據(jù)的完整、真實、及時、透明，在此基礎(chǔ)上通過智能增值應(yīng)用提高工作效率，提升工作質(zhì)量，最終實現(xiàn)精益施工。· 通過對施工過程和質(zhì)量數(shù)據(jù)的有效管理，同步構(gòu)建三維數(shù)字工廠，為工廠運營期管理提供優(yōu)質(zhì)的設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)。成果通過軟件采購結(jié)合定制開發(fā)，該企業(yè)成功建設(shè)了一套基于三維數(shù)字化技術(shù)的管道施工管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以管道焊接質(zhì)量和進度管理為核心，結(jié)合三維可視化技術(shù)實現(xiàn)管道施工從開工到試壓驗收全過程的數(shù)據(jù)采集、校驗、存儲，并對實時工程量、施工進度和質(zhì)量數(shù)據(jù)進行了多維度的統(tǒng)計分析，還可同步生成與過程記錄對應(yīng)的交工資料，為管道施工管理提供了可視化的協(xié)同管理工具。主要的應(yīng)用場景包括：焊口

46、預(yù)制設(shè)計，設(shè)計數(shù)據(jù)無損導(dǎo)入管道施工前，施工單位根據(jù)設(shè)計下發(fā)的圖紙，利用CAD手動設(shè)計焊口并逐條管線核實材料制定綜合材料計劃（扒圖扒料），對焊口、綜合材料等信息手工錄入excel形成臺賬數(shù)據(jù)庫，需要大量技術(shù)人員參與其中，費時費力且準確性低。4D管道施工利用專業(yè)的二次設(shè)計軟件（內(nèi)置焊口設(shè)計的規(guī)則和生成圖紙的規(guī)范），對設(shè)計移交的三維模型或通過解析模型中間格式文件還原的三維模型進行高效的、半自動化的焊口設(shè)計和圖紙生成，依托模型提高焊口、材料等統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準確性和可信度，提高工作效率，減少技術(shù)人員投入。多維度工作量統(tǒng)計在工程項目的開始，需要對施工的總工作量進行統(tǒng)計，從現(xiàn)場施工和工程造價的角度分別統(tǒng)計，而管

47、道本身的數(shù)據(jù)量是非常龐大的，如一套中型裝置的管線會達到幾千條甚至上萬條，焊縫會達到約幾十萬個，人工對這些數(shù)據(jù)統(tǒng)計本身就很困難，人工統(tǒng)計的工作量可信度非常低。4D管道施工中的數(shù)據(jù)源自于設(shè)計模型，保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量的同時，可以按照不同材質(zhì)、管徑、壁厚和壓力等級分別對工作量進行統(tǒng)計，還可以從工程造價的角度對工程量進行分類統(tǒng)計，管理層可以通過這些準確的數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場的施工。分層次直觀統(tǒng)計真實、準確和全面的過程數(shù)據(jù)施工單位向業(yè)主匯報施工進度時往往會出現(xiàn)誤報、瞞報等現(xiàn)象，導(dǎo)致管理層無法及時發(fā)現(xiàn)問題、調(diào)配資源、準確指導(dǎo)施工生產(chǎn)，進度款撥付缺乏準確的依據(jù)，根本原因在于體現(xiàn)進度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（如焊接工作量）數(shù)量巨大且難以

48、考證。采用4D施工進度匯報的方式，通過對過程記錄的錄入，軟件在三維模型中呈現(xiàn)每道焊口基本信息及過程記錄信息 。同時提供圖文結(jié)合的方式，通過信息下鉆的視圖展示各級的進度、質(zhì)量數(shù)據(jù)，如：多項目統(tǒng)計->項目統(tǒng)計->區(qū)域統(tǒng)計->工作包統(tǒng)計->管線->焊縫，并可以在統(tǒng)計的基礎(chǔ)上進行任意時間段的分析，有助于實時了解工程進展，實時掌控焊接工程質(zhì)量，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供依據(jù)。無損檢測的自動組批點口管道焊接完成后要依據(jù)行業(yè)標準規(guī)范按比例進行組批點口，委托第三方檢驗單位進行焊口的檢測，檢測結(jié)果是衡量管道焊接質(zhì)量的最重要指標。目前組批點口多依賴于人的經(jīng)驗，人為操作性大，干擾點口的客

49、觀性，使被檢口質(zhì)量情況無法代表所有管道的質(zhì)量狀況。且由于人的經(jīng)驗?zāi)芰ο拗疲y以滿足規(guī)范中各項規(guī)則，或增加檢驗數(shù)量致使檢測費用的增加。通過4D管道施工，內(nèi)置行業(yè)標準和檢驗規(guī)則，實現(xiàn)自動組批點口，從而達到焊口檢驗委托的智能化，在保證合規(guī)性和客觀性的的同時提高檢驗委托效率，節(jié)省人工投入和時間。材料狀態(tài)指導(dǎo)現(xiàn)場施工管道施工過程中，施工員根據(jù)施工計劃計算所需材料到庫房領(lǐng)用，若存在未到貨，尤其是部分缺貨的情況，嚴重影響管道施工的進度，甚至存在材料到貨，施工人員因無法及時獲取到貨信息而延誤管線的施工，造成眾多處于半施工狀態(tài)的管線無法及時完成試壓工作。將材料信息與管道三維模型結(jié)合起來，自動提醒材料完全具備的管

50、線，輔助施工員合理安排施工順序，缺貨材料到貨提醒，及時組織管線繼續(xù)施工，將在整體上提前管線試壓的時間，提高材料統(tǒng)計和領(lǐng)用的效率。自動生成交工過程資料和報表施工過程中重實體、輕資料，交工前為了工程交付，集中時間與人員做交工資料，數(shù)據(jù)不準確、不全面，甚至存在造假現(xiàn)象，最終交付資料成為“死檔案”。通過管理系統(tǒng)保障過程記錄的及時采集，同時集成業(yè)務(wù)規(guī)則使數(shù)據(jù)自動流向下游處理環(huán)節(jié)，減少人為操作，交付時自動生成交工資料，也可交付輕量級的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)，通過過程控制保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高交付成果可利用性和交付過程工作效率。還可以根據(jù)對過程數(shù)據(jù)的組織，自動生成各類進度和質(zhì)量所需的報表。小結(jié)相比傳統(tǒng)管道施工管理，基于

51、三維可視化技術(shù)的管道施工管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了施工進度和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的監(jiān)管和可視化，實現(xiàn)了部分業(yè)務(wù)過程的自動化和規(guī)范化，提升了企業(yè)的精細化管理水平以及對施工質(zhì)量和安全的監(jiān)管效果。同時，通過本次實踐，企業(yè)積累了優(yōu)質(zhì)的管道設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)，為數(shù)字化交付和運營管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為數(shù)字化交付的實施和推廣積累了良好的經(jīng)驗。7.3 案例三：某央企地方分公司全廠基于數(shù)字化技術(shù)的LDAR管理實踐背景應(yīng)集團公司和地方環(huán)保部門的要求，某央企地方分公司于2016年啟動了LDAR專項治理工作。企業(yè)相關(guān)部門對已實施LDAR治理工作的企業(yè)進行了調(diào)研，了解到業(yè)界普遍采用的傳統(tǒng)LDAR管理模式具有以下兩方面的問題：· 人工通過P

52、&ID圖紙結(jié)合現(xiàn)場采集密封點信息，建立密封點臺帳，往往導(dǎo)致工作量巨大，數(shù)據(jù)質(zhì)量差。· 表格形式的密封點臺帳結(jié)合現(xiàn)場掛牌的方式造成管理困難，現(xiàn)場維護、維修工作容易造成標識牌丟失，當發(fā)現(xiàn)泄漏時，在臺賬記錄和現(xiàn)場泄漏點的對應(yīng)上費時費力。目標· 對全廠主要工藝裝置的P&ID數(shù)據(jù)進行數(shù)字化重建，實現(xiàn)對全廠設(shè)備設(shè)施本體數(shù)據(jù)的初步治理。· 部署智能增值應(yīng)用，大幅降低建立密封點臺帳的工作量，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，提升后期LDAR閉環(huán)管理的工作效率。成果基礎(chǔ)設(shè)施方面，通過對紙質(zhì)圖紙人工重繪以及電子圖檔半自動轉(zhuǎn)換相結(jié)合的方式，將全廠六十套主要工藝裝置的兩千余張P&ID

53、圖紙全部智能化，并導(dǎo)入三維數(shù)字化平臺進行統(tǒng)一管理和共享，便于企業(yè)統(tǒng)一管理。圖紙上的設(shè)備、管道、閥門和儀表的位號、工藝設(shè)計參數(shù)全部結(jié)構(gòu)化存儲，為未來工藝、生產(chǎn)領(lǐng)域智能增值應(yīng)用的建設(shè)奠定了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。智能增值應(yīng)用方面，實現(xiàn)了智能化的LDAR管理：· 自動識別80%的密封點，并自動標識于P&ID界面上，幫助車間技術(shù)人員通過熟悉的工作界面執(zhí)行LDAR閉環(huán)管理工作。· 自動生成符合石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南要求的密封點臺帳，大幅提高了建立臺帳工作效率，保證了臺賬的數(shù)據(jù)質(zhì)量。小結(jié)&展望通過本次實踐，企業(yè)積累了部分設(shè)備設(shè)施本體數(shù)據(jù)，建立了面向工藝、生產(chǎn)和設(shè)備管

54、理領(lǐng)域的P&ID工作空間，具備了建設(shè)以工藝、生產(chǎn)為主，設(shè)備管理為輔的智能增值應(yīng)用基礎(chǔ)。 7.4 案例四：某地?zé)挼叵鹿芫€三維數(shù)字化實踐背景設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)質(zhì)量差的直接影響之一，就是地下管線、地下電纜（以下簡稱地下管線）等隱蔽設(shè)施成為動土施工作業(yè)的安全隱患，稍有不慎就可能影響到安全生產(chǎn)甚至發(fā)生事故。 相比大型央企，地?zé)捚髽I(yè)動土施工作業(yè)的安全隱患更為嚴重由于地?zé)捚髽I(yè)信息化投入普遍有限，設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理基礎(chǔ)薄弱，導(dǎo)致大量的知識和經(jīng)驗僅掌握在部分技術(shù)人員頭腦中，一方面加劇了人為因素對施工技術(shù)交底的負面影響，另一方面相關(guān)人員的流動另企業(yè)面臨數(shù)據(jù)資產(chǎn)進一步失控的風(fēng)險。 考慮到上述兩方面的問題，某地?zé)捚髽I(yè)于2016年啟動了地下管線三維數(shù)字化項目。目標· 通過勘察測繪技術(shù)對全廠地下管線實施數(shù)字化重建，構(gòu)建地下管線的三維數(shù)字化