智能工厂三维数字化指南

智能工厂三维数字化指南2016年9月1.4 2.2.1 数据资产的重要性2.2 落后的设备设施数据资产造成的影响2.3 设备设施数据资产的落后现状2.4 三维数字工厂是设备设施数据资产管理的最佳实践3. 范围与边界4. 术语和定义5. 整体架构 1.Q5.1 智能工厂三维数字化业务架构1Q5.2 三维数字工厂IT技术架构115.3 三维数字工厂与传统IT架构相容并行126. 实施过程 1.36.1 实施原则136.2 实施路线146.3 关键环节及注意事项146.4 评估与改进157. 附录.1.6 7.1 案例一：某央企地方分公司化工装置运营期三维数字化实践167.2 案例二：某央企地方分公司工程建设期三维数字化实践237.3 案例三：某央企地方分公司全厂基于数字化技术的LDAR管理实践29 7.4 案例四：某地炼地下管线三维数字化实践317.5 案例五：某民企煤化工项目数字化交付实践331.刖言分体系研究单位: 中国石油和化学工业联合会分体系执行单位: 中国化工经济技术发展中心北京中科辅龙科技股份有限公司分体系起草单位: 中国化工经济技术发展中心、北京中科辅龙科技股份有限公司分体系指导委员会主任：赵俊贵分体系指导委员会副主任：祝昉分体系专家组成员：高新民、杨海成、张志檩、谢宏、王同良、李剑峰、陈溯、陈为民、彭连军、宫向阳、何力健、梁坚、杨景杰、闫高斌、夏茂森、罗敏明、罗建平、李松涛、任忠、柯林分体系工作组组长：谢宏分体系工作组成员：关世太、张春利、翟国丽、宋楠、胡宇、甘雨、张朝明、孙露露2.引2.1 数据资产的重要性设备设施资产是工厂建设投资的成果主体, 也是企业生产运营的物质基础。

相应的，设备设施资产在建设、运维直至报废的全生命周期过程中产生了大量数据, 形成了设备设施数据资产。

随着经济形势变化的加剧，以及大数据、人工智能等技术爆发式增长，数据资产对于企业的价值日益凸显。

上至企业的发展战略决策，下至资产操作运维工作，良好的数据资产都是设备设施资产绩效的基础和必要保障。

2.2 落后的设备设施数据资产造成的影响年度亏损：1*5%运营成本増加HSE 凤险落后的设备设施数据资产对企业造成的影响包括:增加了企业运营成本，占年收入 1.5%（数据来自ARC 集团于2010年发布的研究报告）；带来了极大的安全隐患;严重滞后于企业的精细化管理需求; 阻碍了企业向智能工厂的演进。

ARC 集团的研究报告指出，落后的设备设施数据资产是导致设备设施管理诸多问题的根本性因Studies have identified poor AIM as the root cause of many asset performanee problems , such as poor asset utilizati on, low maintenance effi- cie ncy, high MRO costs, etc.研究表明，落后的设备设施数据资产是导致设备设施管理诸多问题的根本性因素， 如落后的资 产利用率、低维护效率、高维修成本。

ARC 咨询集团,2010年7月2.3设备设施数据资产的落后现状国内企业对设备设施数据资产普遍缺乏足够的关注和投入。

产数据资产方面持续投资，形成了完善的管理体系部署ERR PI 等IT 系统，建立了相应的数据高资本性支甜（0.7%^营成本）fe 可靠性运营成40高毒护戟用 <0-舞运营威本）素。

一方面，企业在经营数据资产、生维护制度。

另一方面，企业在设备设施数据资产方面投入则明显不足, 以下三方面的问题:数据缺失：缺乏对易失效零部件（如轴承、垫片）以及易失效部位（如焊缝、裂纹）的管理、 缺少有效的变更管理;质量堪忧：图纸或IT 系统中的数据与现场不一致，表现在账卡物不一致、 图纸与现场差异 30%以上、ERP /EAM 系统中设备零部件数据与现场不一致、设备故障往往很难找到有效的数据加 以分析等方面;可访问性差：复杂的图纸、多个IT 系统、多种编码体系、无法用自然语言描述失效部位等诸多问题，让设备员、专工难以发现潜在的问题以及在短时间内有效地获取信息进行决策。

2.4 三维数字工厂是设备设施数据资产管理的最佳实践三维数字工厂的定义三维数字工厂是利用工程级三维数字化技术构建的一个物理工厂全生命周期, 虚拟镜像。

其本质是通过创新的数据组织方式， 记录和管理着物理工厂所有设备设施的本体数据和活动 记录，这些数据始终与物理工厂保持同步，并以虚拟现实的交互方式呈现给用户。

三维数字工厂是人和实物资产间的全新纽带， 如同互联网改变了人与人的互动一样， 三维数字工厂将会改变人与物理工厂的生出无数今天我们还不知道的新应用、新商业模式，甚至新的产业。

基于三维数字工厂的数据管理解决方案是设备设施数据资产管理的最佳实践。

Un der the covers of their 3D facade lies a gem of a system for man agi ng asset in formatio n across all of an orga ni zati on ‘ s O&M soluti on s. It p rovides every worker with an in tuitive, seem in gly plant which helps them app reciate the full imp licati ons of every piece of data.ARC Advisory Grou p, 2009使得设备设施数据资产普遍存在 完整、准确、可用的互动。

三维数字工厂是智能工厂的一项关键基础设施,它为我们搭建了一个广阔的技术平台，将持继催“ real worldall of the orga ni zatio n 's asset i nIAnma t hisi.i nformati on is p rese nted in the con text of a“ virtual可访冋性专业的数据模型确保数据完整ISO15926 （定义了涵盖设备设施的整个生命周期及其组成部分的描述方式）。

三维数字工厂的数据模型可以完整地描述设备设施的数据范围:从工厂-装置-系统-单元-设备-管线-零部件-连接，完整描述从工厂到零部件及连接部位的粒 度;从设计-采购-施工/安装-调试-检验-维修-技改技措-改扩建，完整描述设备设施的全生命周 期。

解决数据完整性与可访问性的矛盾在日常工作过程中，一线业务人员描述零部件或部位时，类似 闸阀”、“P20北匕侧第三根柱子管廊上去罐区 V402的送料管线上的弯头”的空间位置描述是沟通的主要方式。

三维数字工厂正是基于这一理念， 采用虚拟现实技术将资产密集型装置的所有设备设施数据可视化，为一线业务人员提供最直观、自然的数据访问体验，从而彻底解决复杂编码系统带来的混乱和低效 等问题。

内置行业标准和规范确保本体数据质量结构化质量*提升活动记录质《三维数字工厂采用工程级三维数字化的技术路线,数据模型遵循流程工业专用的设备设施数据框架标准炉201顶空气预热管线出口第一道实物-专业的数挤樓即堤保数据完整-堤升数据可讪问性 确保車体数®质S工程级三维数字化技术起源于设计行业， 通过内置各种行业标准和规范， 确保设计人员在设计过程中避免低级错误，满足合规性要求。

同样的，将工程级三维数字化技术应用于企业运营阶段的设备设施 本体数据构建和维护过程，可以很好地保证数据质量:? 通过内置材料标准、等级库标准，自动匹配合规的设备设施规格属性，自动校验规格属性错误 如管道材质的等级合规性、法兰垫片的规格匹配等；通过内置等级库标准，自动根据连接关系生成连接部位信息，自动校验零部件连接关系正确性;? 通过空间碰撞检查、点云比对技术检查设备设施空间位置数据错误;通过一致性校验检查系统信息（如工艺流程、腐蚀回路）与数字工厂三维模型的一致性。

直观的交互方式提升活动记录数据质量相当多类型的设备设施活动记录由一线业务人员进行维护, 项和表格中，导致一线管理人员和专业管理人员难以核查数据质量。

交互方式，管理人员可以直观、便捷地获取并检查活动记录数据，更容易消除数据的不确定性，在确保 活动记录真实有效的同时，还可以发现更多管理上的盲肠死角，提升管理效率。

3. 范围与边界智能工厂的核心是 CPS 而CPS 的基础是数字化，数字化过程可以缩短，但不可跨越。

垃莒管理在企业运营阶段，数据资产主要包括公司经营管理数据、生产过程数据和设备设施数据三大部分。

由于数据分布在不同类别、 层级的功能借助三维数字工厂提供的虚拟现实、数据资产其中，设备设施数据描述了企业设备设施的本体数据和活动记录, 更关注对维修维护、安全运行等业务的支撑。

如同经营管理数据和生产过程数据， 设备设施数据是企业实现 业十分宝贵的数据资产。

本指南适用于石化行业任何阶段、 任何规模的企业的三维数字工厂建设， 数字化范围从建设期到运营期任何阶段的在建和已建装置，数字化粒度从工厂、装置、系统、单元，至假备、管线、零部件、连 接部位。

本指南重点关注设备设施数据资产，经营管理数据和生产过程数据不在本指南的讨论范围内。

4. 术语和定义CPS (信息物理系统，Cyber-Physical Systems )是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C (Computing 、Communication 、Control )技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实 时感知、动态控制和信息服务。

ARC( ARC Advisory Group ):企业咨询公司，为制造商和供应链厂商，以及技术投资者提供特定业 务或行业问题的答案，包括新产品介绍、尽职调查、制订生产和 IT 策略、技术架构的规划、项目规划以及过程支持。

并且是企业应用软件、工厂系统和自动化解决方案的市场分析、 预测和战略报告的主要提供者。

建设期和运营期：一个工厂的生命周期分为两个阶段，一个是建设期，一个是运营期。

建设期指工 厂开工建设的时间年限；运营期是工厂建设完成了之后交付给业主， 业主开始进行生产至工程项目计算期末所经历的时间段。

设备拆解模型：根据企业提供的设备装配图， 在工程设计软件中进行设备拆解建模， 将设备零件和 细节展现出来。

相比侧重财务管理的资产类数据,安稳长满优”目标的重要基石，是企工程点云：对于企业没有图纸资料或者图纸资料老旧，现场改动大的部分，运用三维激光扫描仪器, 对工厂实景扫描，获取工厂资产的三维空间点位坐标、颜色等信息，形成点云数据。

利用点云可以构建精准的三维模型。

工作流：是指企业内部发生的某项业务从起始到完成，由多个部门、多个岗位、经多个环节协调及顺序工作共同完成的完整过程。