一、概述

隨著(zhù)工廠(chǎng)信息化、自動(dòng)化建設的不斷推進(jìn)，各種信息系統、自動(dòng)化系統的部署與應用，使得作為產(chǎn)品生產(chǎn)的車(chē)間管理變得越來(lái)越重要，工作量越來(lái)越大，協(xié)同工作性要求越來(lái)越高，對安全性、可用性和運維管理等要求越來(lái)越高。但另一方面，工廠(chǎng)生產(chǎn)車(chē)間采購各個(gè)生產(chǎn)監控設備都是由不同的廠(chǎng)家提供，而是隨著(zhù)工廠(chǎng)信息化、自動(dòng)化、智能化建設不斷演變的結果，由于缺乏統一規劃等各方面的制約條件，面臨的挑戰越來(lái)越大：

1.1.1工廠(chǎng)規模大、智能監控設別部署分散，巡檢壓力大，人力成本高，不能及時(shí)發(fā)現問(wèn)題。

1.1.2工廠(chǎng)監控缺乏集中可視化監控管理平臺，管理人員無(wú)法實(shí)時(shí)全面、準確的了解各個(gè)生產(chǎn)監控參數所反映的實(shí)際數據在哪個(gè)生產(chǎn)車(chē)間的哪個(gè)位置以及生產(chǎn)產(chǎn)線(xiàn)的工序流程。

1.1.3對告警工位設備不能準確視角定位，導致管理人員不能排查告警原因并做好及時(shí)處理。

力控科技數字孿生工廠(chǎng)解決方案，可通過(guò)三維可視化技術(shù)、快速建模技術(shù)，集成工廠(chǎng)實(shí)時(shí)監控設備傳感器技術(shù)（MES系統）、攝像頭監控等，實(shí)現生產(chǎn)三維數字孿生工廠(chǎng)的管理系統整體解決方案。

三維數字孿生工廠(chǎng)平臺將車(chē)間三維高精度模型、工藝流程、傳感器實(shí)時(shí)數據、設備屬性以及運營(yíng)管理數據等進(jìn)行融合，可以直觀(guān)地展示冶煉車(chē)間的生產(chǎn)流程，實(shí)現車(chē)間生產(chǎn)的遠程化管理控制，提高車(chē)間的運營(yíng)管理效率。

1.2方案實(shí)現主要目標：

1.2.1實(shí)現數字孿生工廠(chǎng)

對整體的園區、大樓、生產(chǎn)車(chē)間、生產(chǎn)設備、監控設備等進(jìn)行三維建模，實(shí)現物理園區到三維虛擬園區的數字化、監控可視化的轉變。

1.2.2實(shí)現生產(chǎn)監控的一體化、精細化管理

狀態(tài)采集設備實(shí)時(shí)采集設備運行狀態(tài)，將采集到的設備運行狀態(tài)發(fā)生給軟件，仿真軟件中模型狀態(tài)實(shí)時(shí)更新數據同真實(shí)設備運動(dòng)一致，真正監控到車(chē)間設備的真實(shí)運行情況。

1.2.3實(shí)現告警可視化管理與定位

結合MES等監控子系統，系統可設定監控屬性預計閾值以及預警等級，同時(shí)開(kāi)放接口接收MES系統推送的預警接口，實(shí)現不同預警等級用不同的顏色進(jìn)行展示，點(diǎn)擊預警對象可顯示預警信息，點(diǎn)擊定位時(shí)可實(shí)現視角定位。

二、功能模塊設計

2.1. 平臺結構設計

基于溝通以及對行業(yè)情況的了解，結合目的現狀，配合力控元海相關(guān)產(chǎn)品，對上層信息化平臺我們可以做如下建設。

2.2. 基本操作功能

平臺基本功能包括構建三維數字孿生工廠(chǎng)三維場(chǎng)景，并基于三維場(chǎng)景實(shí)景視點(diǎn)操作、指定路線(xiàn)瀏覽、對象定位和測量功能。

2.2.1三維交互瀏覽

用戶(hù)可以通過(guò)鼠標、鍵盤(pán)、操縱桿、控制面板或者任意組合方式來(lái)控制飛行的速度、高度視角，使得用戶(hù)可以靈活、便捷的在三維場(chǎng)景中瀏覽漫游，操作簡(jiǎn)單，易于使用。隨著(zhù)鼠標的移動(dòng)顯示到達的地域名稱(chēng)、狀態(tài)欄坐標切換顯示。

場(chǎng)景縮放：通過(guò)鼠標滾輪滾動(dòng)方式或者左下方的工具條來(lái)自由縮放三維

平移：通過(guò)鼠標的點(diǎn)按動(dòng)作，根據鼠標移動(dòng)的方向，實(shí)現對三維場(chǎng)景任意方向的平移；

拖動(dòng)：通過(guò)鼠標的點(diǎn)按動(dòng)作，根據鼠標移動(dòng)的方向，實(shí)現對三維場(chǎng)景任意方向的拖拽；

旋轉：通過(guò)點(diǎn)擊旋轉按鈕，讓用戶(hù)以屏幕中心點(diǎn)為中心，做三百六十度環(huán)繞飛行，可從不同的角度查看目標，以便更加全面的查看對象屬性；

居中：通過(guò)鼠標雙擊三維場(chǎng)景上的某一興趣點(diǎn)，向該興趣點(diǎn)移近，并使該興趣點(diǎn)自動(dòng)在三維窗口居中顯示；

2.2.2對象定位

通過(guò)鼠標點(diǎn)選具體的三維模型，顯示該模型的顯示狀態(tài)，同時(shí)定位到該模型對應后臺數據。

2.3. 工藝流程模擬功能

工藝流程表現，采用真實(shí)三維還原生產(chǎn)車(chē)間，生產(chǎn)工位制作三維工作人員，真實(shí)模擬生產(chǎn)過(guò)程。生產(chǎn)流程環(huán)節點(diǎn)標識提示可調取真實(shí)視頻，也可以調取三維動(dòng)畫(huà)循環(huán)播放此工序。通過(guò)對各個(gè)生產(chǎn)工藝的工藝流程、設備生產(chǎn)關(guān)鍵動(dòng)作進(jìn)行模擬，以動(dòng)畫(huà)的形式進(jìn)行展示，能夠快速展示各個(gè)生產(chǎn)工序的流程，同時(shí)針對專(zhuān)門(mén)的智能工廠(chǎng)進(jìn)行深度開(kāi)發(fā)，將生產(chǎn)數據和生產(chǎn)實(shí)績(jì)與三維模型進(jìn)行融合，可實(shí)現三維模型與現場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)設備的聯(lián)動(dòng)和控制，展示現場(chǎng)設備實(shí)時(shí)運行數據。該系統支持將這些傳統表現形式下的生產(chǎn)工藝在三維場(chǎng)景中進(jìn)行可視化動(dòng)態(tài)展示，并可實(shí)時(shí)調整最佳觀(guān)看角度和方位，通過(guò)建立三維可視化的新一代智能生產(chǎn)流程模擬平臺，為三維數字孿生工廠(chǎng)的建設提供了模型和工藝參考，為數據化驅動(dòng)的智能制造奠定了堅實(shí)的基礎。

2.4. 實(shí)時(shí)數據顯示功能

將MES系統的物聯(lián)網(wǎng)傳感器數據與三維場(chǎng)景相關(guān)聯(lián)，在三維傳感器模型上進(jìn)行實(shí)時(shí)數據展示，實(shí)現動(dòng)態(tài)數據的三維可視化展示，為系統的業(yè)務(wù)管理功能提供支撐。將傳感器時(shí)時(shí)回傳的檢測數據從數據庫中讀取，時(shí)時(shí)繪制在三維場(chǎng)景的設備工位、傳感器上方，時(shí)時(shí)監控設備運行狀態(tài)等，遇到超出預設值時(shí)進(jìn)行警告提醒。用戶(hù)通過(guò)此功能可以調閱整個(gè)數字孿生工廠(chǎng)的生產(chǎn)情況，設備安裝變更情況等在三維場(chǎng)景中真實(shí)反映和表現。

2.5. 屬性查詢(xún)

在三維數字孿生工廠(chǎng)場(chǎng)景中通過(guò)點(diǎn)擊各種對象查詢(xún)其屬性，包括建筑信息查詢(xún)、附屬設施查詢(xún)、設備信息查詢(xún)。能夠對數字孿生工廠(chǎng)系統的重要設備的運行狀態(tài)以及相關(guān)歷史屬性進(jìn)行查詢(xún)，了解數字孿生工廠(chǎng)的運行狀態(tài)。

2.6. 監控報警數據查詢(xún)

通過(guò)關(guān)聯(lián)數據庫，系統可以實(shí)時(shí)調閱、查詢(xún)所關(guān)注區域的監控和報警數據，系統支持按照時(shí)間、設備設施、關(guān)鍵字、模糊條件及高級條件匹配組合等多種查詢(xún)方式，全面貼合各階層用戶(hù)的查詢(xún)需求，利于保存、更新、維護，避免了數據信息孤島及更新維護不及時(shí)的現象，真正提升了企業(yè)信息化辦公的水平，方便企業(yè)快速分析海量數據及判定走向趨勢，提高了辦公效率；同時(shí)系統還可支持對于所查詢(xún)的結果進(jìn)行下載、編輯、打印等功能，并可與三維場(chǎng)景進(jìn)行交互瀏覽展示，全面發(fā)揮了平臺三維可視化、互聯(lián)互通的功能。

2.7. 設備管理功能

三維數字孿生工廠(chǎng)系統能及時(shí)對設備發(fā)生故障報警，采集報警信息，列出報警設備信息，點(diǎn)擊報警信息能自動(dòng)定位到設備處，快速查看設備的報警情況，并且在報警設備處顯示醒目報警標簽。

2.8. 資產(chǎn)可視化管理

資產(chǎn)管理系統提供三維數字孿生工廠(chǎng)的運維管理模式，實(shí)現所有獨立設備與架式設備的三維建模，可以快速搜索、定位目標設備，便捷的查詢(xún)設備信息、設備安裝應用信息、設備歸屬信息、設備運維信息以及相關(guān)運行手冊，運維人員無(wú)需頻繁進(jìn)出便可清晰掌握生產(chǎn)產(chǎn)區的資產(chǎn)狀況。

2.9. 監控可視化管理

三維數字孿生工廠(chǎng)系統可以讀取原有動(dòng)環(huán)設備的數據，并存儲和顯示，可以對接環(huán)境節能系統的環(huán)境傳感器，在設備動(dòng)環(huán)監控畫(huà)面上查看數據監控、記錄、查詢(xún)、曲線(xiàn)、導出歷史數據等功能。

2.10. 設備實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)可視化管理

狀態(tài)采集設備實(shí)時(shí)采集設備運行狀態(tài)，將采集到的設備運行狀態(tài)發(fā)生給軟件，仿真軟件中模型狀態(tài)實(shí)時(shí)更新數據同真實(shí)設備運動(dòng)一致，真正監控到智能工廠(chǎng)的真實(shí)運行情況。

三、安全建設

3.1. pFieldComm系列工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)

工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)主要用于設備控制層，系統建設過(guò)程中，有大量的現場(chǎng)設備需要進(jìn)行遠程的數據采集和監控，但是由于這些設備都是由不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的，所使用的軟件系統不同，通信協(xié)議不一致，加之部署的地理位置分散，所以各種設備和軟件系統之間的互聯(lián)互通和信息交換受到了極大的制約。pFieldComm系列工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)，專(zhuān)門(mén)針對信息集成過(guò)程中各種軟件系統、控制器及數據采集設備通訊協(xié)議不一致造成的通信不暢問(wèn)題而開(kāi)發(fā)。

異構網(wǎng)絡(luò )之間的數據對接

現場(chǎng)數據采集和復用

靈活快捷的系統擴展能力

數據斷點(diǎn)續傳的功能

測點(diǎn)安全防護

分布式部署和集中管理

專(zhuān)業(yè)的工業(yè)級設計及制造

3.2. pSafetyLink系列工業(yè)隔離網(wǎng)關(guān)

工業(yè)隔離網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品作用于與現場(chǎng)控制層與數據中心有直接數據交換需求的網(wǎng)絡(luò )層級中。在本項目里，該層級是位于車(chē)間與數據中心（FCVP、集中監控系統）所在的網(wǎng)絡(luò )層級之中。車(chē)間底層數據通過(guò)FCVP平臺的數據采集功能模塊實(shí)現數據采集后，所獲取到的數據將向上進(jìn)行交互，首先就會(huì )經(jīng)過(guò)工業(yè)隔離網(wǎng)關(guān)pSafetyLink，當數據統一經(jīng)過(guò)中心交換機后，車(chē)間就可以和數據中心進(jìn)行數據互通、網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)，反之亦然。pSafetyLink系列工業(yè)安全隔離網(wǎng)關(guān)不但實(shí)現了對基于TCP/IP協(xié)議體系攻擊的徹底阻斷，而且也實(shí)現了對主流工業(yè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的廣泛、深入支持和工業(yè)網(wǎng)絡(luò )數據的安全傳輸。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò )隔離技術(shù)

雙數據擺渡模式

測點(diǎn)級訪(fǎng)問(wèn)控制

數據完整性保證

產(chǎn)品可靠性保證

3.3. HC - ISG系列工業(yè)防火墻

工業(yè)防火墻產(chǎn)品則作用于數據中心，用于過(guò)濾信息網(wǎng)與控制網(wǎng)之間的信息。數據中心除集中監控系統外的其它系統，因與企業(yè)的信息網(wǎng)互聯(lián)，所以還需要配置工業(yè)防火墻產(chǎn)品ISG，以補足商業(yè)防火墻的不足和減輕商業(yè)防火墻的負擔，確保系統內網(wǎng)絡(luò )更安全可靠。每一個(gè)工業(yè)協(xié)議作為一個(gè)獨立的深度過(guò)濾模塊，以插件的方式按需加載到系統中。而且可以根據用戶(hù)現場(chǎng)的需要進(jìn)行工業(yè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議深度過(guò)濾模塊的快速定制開(kāi)發(fā)和響應，最大限度的滿(mǎn)足工業(yè)現場(chǎng)的各種安全防護要求。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議深度過(guò)濾

全透明無(wú)間斷部署

智能協(xié)議識別和輔助規劃生成

規則正確性測試

符合工業(yè)用戶(hù)使用習慣的配置方式

工業(yè)級產(chǎn)品可靠性保障

支持力控科技內部CommServer通訊機制