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一、概述

隨著工廠信息化、自動化建設的不斷推進，各種信息系統、自動化系統的部署與應用，使得作為產品生產的車間管理變得越來越重要，工作量越來越大，協同工作性要求越來越高，對安全性、可用性和運維管理等要求越來越高。但另一方面，工廠生產車間采購各個生產監控設備都是由不同的廠家提供，而是隨著工廠信息化、自動化、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，面臨的挑戰越來越大：

1.1.1工廠規模大、智能監控設別部署分散，巡檢壓力大，人力成本高，不能及時發現問題。

1.1.2工廠監控缺乏集中可視化監控管理平臺，管理人員無法實時全面、準確的了解各個生產監控參數所反映的實際數據在哪個生產車間的哪個位置以及生產產線的工序流程。

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處理。

力控科技數字孿生工廠解決方案，可通過三維可視化技術、快速建模技術，集成工廠實時監控設備傳感器技術（MES系統）、攝像頭監控等，實現生產三維數字孿生工廠的管理系統整體解決方案。

三維數字孿生工廠平臺將車間三維高精度模型、工藝流程、傳感器實時數據、設備屬性以及運營管理數據等進行融合，可以直觀地展示冶煉車間的生產流程，實現車間生產的遠程化管理控制，提高車間的運營管理效率。

1.2方案實現主要目標：

1.2.1實現數字孿生工廠

對整體的園區、大樓、生產車間、生產設備、監控設備等進行三維建模，實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實現生產監控的一體化、精細化管理

狀態采集設備實時采集設備運行狀態，將采集到的設備運行狀態發生給軟件，仿真軟件中模型狀態實時更新數據同真實設備運動一致，真正監控到車間設備的真實運行情況。

1.2.3實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，同時開放接口接收MES系統推送的預警接口，實現不同預警等級用不同的顏色進行展示，點擊預警對象可顯示預警信息，點擊定位時可實現視角定位。

二、功能模塊設計

2.1. 平臺結構設計

基于溝通以及對行業情況的了解，結合目的現狀，配合力控元海相關產品，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三維場景，并基于三維場景實景視點操作、指定路線瀏覽、對象定位和測量功能。

2.2.1三維交互瀏覽

用戶可以通過鼠標、鍵盤、操縱桿、控制面板或者任意組合方式來控制飛行的速度、高度視角，使得用戶可以靈活、便捷的在三維場景中瀏覽漫游，操作簡單，易于使用。隨著鼠標的移動顯示到達的地域名稱、狀態欄坐標切換顯示。

場景縮放：通過鼠標滾輪滾動方式或者左下方的工具條來自由縮放三維

平移：通過鼠標的點按動作，根據鼠標移動的方向，實現對三維場景任意方向的平移；

拖動：通過鼠標的點按動作，根據鼠標移動的方向，實現對三維場景任意方向的拖拽；

旋轉：通過點擊旋轉按鈕，讓用戶以屏幕中心點為中心，做三百六十度環繞飛行，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：通過鼠標雙擊三維場景上的某一興趣點，向該興趣點移近，并使該興趣點自動在三維窗口居中顯示；

2.2.2對象定位

通過鼠標點選具體的三維模型，顯示該模型的顯示狀態，同時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，采用真實三維還原生產車間，生產工位制作三維工作人員，真實模擬生產過程。生產流程環節點標識提示可調取真實視頻，也可以調取三維動畫循環播放此工序。通過對各個生產工藝的工藝流程、設備生產關鍵動作進行模擬，以動畫的形式進行展示，能夠快速展示各個生產工序的流程，同時針對專門的智能工廠進行深度開發，將生產數據和生產實績與三維模型進行融合，可實現三維模型與現場實際生產設備的聯動和控制，展示現場設備實時運行數據。該系統支持將這些傳統表現形式下的生產工藝在三維場景中進行可視化動態展示，并可實時調整最佳觀看角度和方位，通過建立三維可視化的新一代智能生產流程模擬平臺，為三維數字孿生工廠的建設提供了模型和工藝參考，為數據化驅動的智能制造奠定了堅實的基礎。

2.4. 實時數據顯示功能

將MES系統的物聯網傳感器數據與三維場景相關聯，在三維傳感器模型上進行實時數據展示，實現動態數據的三維可視化展示，為系統的業務管理功能提供支撐。將傳感器時時回傳的檢測數據從數據庫中讀取，時時繪制在三維場景的設備工位、傳感器上方，時時監控設備運行狀態等，遇到超出預設值時進行警告提醒。用戶通過此功能可以調閱整個數字孿生工廠的生產情況，設備安裝變更情況等在三維場景中真實反映和表現。

2.5. 屬性查詢

在三維數字孿生工廠場景中通過點擊各種對象查詢其屬性，包括建筑信息查詢、附屬設施查詢、設備信息查詢。能夠對數字孿生工廠系統的重要設備的運行狀態以及相關歷史屬性進行查詢，了解數字孿生工廠的運行狀態。

2.6. 監控報警數據查詢

通過關聯數據庫，系統可以實時調閱、查詢所關注區域的監控和報警數據，系統支持按照時間、設備設施、關鍵字、模糊條件及高級條件匹配組合等多種查詢方式，全面貼合各階層用戶的查詢需求，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的現象，真正提升了企業信息化辦公的水平，方便企業快速分析海量數據及判定走向趨勢，提高了辦公效率；同時系統還可支持對于所查詢的結果進行下載、編輯、打印等功能，并可與三維場景進行交互瀏覽展示，全面發揮了平臺三維可視化、互聯互通的功能。

2.7. 設備管理功能

三維數字孿生工廠系統能及時對設備發生故障報警，采集報警信息，列出報警設備信息，點擊報警信息能自動定位到設備處，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. 資產可視化管理

資產管理系統提供三維數字孿生工廠的運維管理模式，實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運行手冊，運維人員無需頻繁進出便可清晰掌握生產產區的資產狀況。

2.9. 監控可視化管理

三維數字孿生工廠系統可以讀取原有動環設備的數據，并存儲和顯示，可以對接環境節能系統的環境傳感器，在設備動環監控畫面上查看數據監控、記錄、查詢、曲線、導出歷史數據等功能。

2.10. 設備實時聯動可視化管理

狀態采集設備實時采集設備運行狀態，將采集到的設備運行狀態發生給軟件，仿真軟件中模型狀態實時更新數據同真實設備運動一致，真正監控到智能工廠的真實運行情況。

三、安全建設

3.1. pFieldComm系列工業通信網關

工業通信網關主要用于設備控制層，系統建設過程中，有大量的現場設備需要進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商生產的，所使用的軟件系統不同，通信協議不一致，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互通和信息交換受到了極大的制約。pFieldComm系列工業通信網關，專門針對信息集成過程中各種軟件系統、控制器及數據采集設備通訊協議不一致造成的通信不暢問題而開發。

異構網絡之間的數據對接

現場數據采集和復用

靈活快捷的系統擴展能力

數據斷點續傳的功能

測點安全防護

分布式部署和集中管理

專業的工業級設計及制造

3.2. pSafetyLink系列工業隔離網關

工業隔離網關產品作用于與現場控制層與數據中心有直接數據交換需求的網絡層級中。在本項目里，該層級是位于車間與數據中心（FCVP、集中監控系統）所在的網絡層級之中。車間底層數據通過FCVP平臺的數據采集功能模塊實現數據采集后，所獲取到的數據將向上進行交互，首先就會經過工業隔離網關pSafetyLink，當數據統一經過中心交換機后，車間就可以和數據中心進行數據互通、網絡互聯，反之亦然。pSafetyLink系列工業安全隔離網關不但實現了對基于TCP/IP協議體系攻擊的徹底阻斷，而且也實現了對主流工業網絡協議的廣泛、深入支持和工業網絡數據的安全傳輸。

工業網絡隔離技術

雙數據擺渡模式

測點級訪問控制

數據完整性保證

產品可靠性保證

3.3. HC - ISG系列工業防火墻

工業防火墻產品則作用于數據中心，用于過濾信息網與控制網之間的信息。數據中心除集中監控系統外的其它系統，因與企業的信息網互聯，所以還需要配置工業防火墻產品ISG，以補足商業防火墻的不足和減輕商業防火墻的負擔，確保系統內網絡更安全可靠。每一個工業協議作為一個獨立的深度過濾模塊，以插件的方式按需加載到系統中。而且可以根據用戶現場的需要進行工業網絡協議深度過濾模塊的快速定制開發和響應，最大限度的滿足工業現場的各種安全防護要求。

工業網絡通信協議深度過濾

全透明無間斷部署

智能協議識別和輔助規劃生成

規則正確性測試

符合工業用戶使用習慣的配置方式

工業級產品可靠性保障

支持力控科技內部CommServer通訊機制