三維數字化煙廠及應用展望

劉志旺 余 敏 劉 鵬

（四川煙草工業有限責任公司西昌分廠 四川西昌）

一、背景

煙草行業的計算機應用已近10余年，已有許多煙廠在近幾年時間里上線了不少信息化系統并開展了眾多應用，取得了良好的經濟、管理效益。隨著煙草市場競爭格局的逐漸形成，煙草企業對加強信息化建設，提高企業競爭力的需求格外迫切。煙草工業和商業公司、配套系統開發商都在緊鑼密鼓地制訂本企業信息化的長遠戰略規劃和實施方案。但由于信息化的內涵在不同的地區、不同的文化、不同的時間段內都是不同的，因此，煙草企業信息化是一個動態發展的概念。從嚴格意義上來說，煙草企業信息化不僅包括煙草集團的信息化，而且包括煙廠的信息化。在目前的情況下，數字化煙廠便是對煙廠信息化的簡明概括。

數字化煙廠（E-tabacco Plant）的概念，就是對煙廠信息化的簡明概括和廣泛提升。所謂數字化煙廠就是煙廠將所有信號數字化，然后利用網絡技術，實現可靠而準確的數字化信息交換、跨平臺的資源實時共享，進而利用智能系統提供各種優化決策建設，為生產設備的操作、檢維修工作提供科學指導。其作用是降低生產成本、提高設備運行效率、減少設備故障、方便設備和管網、設施維修，最終實現煙廠的安全、可靠、經濟運行和節能增效。需要指出的是，數字化煙廠是一個動態發展的概念，目前數字化煙廠的實現過程仍處于研究和探索之中。

AVEVA NET+WIZ PLANT系統解決方案是提供煙廠管理人員、采購人員、維修人員、操作人員、安全人員之間高效的交流手段，并終生儲存煙廠經編碼設備數據，數據包括工程設計數據、布置設計數據、材料數據、采購數據、運營維護數據，為連續作業的數字工廠的技術平臺。

AVEVA NET作為一種基于互聯網門戶的應用程序平臺，具有易于使用，便于搜索的特點。它能以鏈接的形式實現工程靜態數據和動態數據的關聯檢索，對現有設計數據庫的三維實體文件以流媒體的形式發布，保證信息的可靠性和數據的準確性。其中存儲的數據文件與現有主流的三維設計數據文件相互獨立，階段性更新。同時它將與三維模型有關的相應文檔、圖紙、圖像，加入鏈接方便進行查驗和校對。WIZ PLANT與AVEVA NET無縫對接，AVEVA NET結合WIZ PLANT可實現存儲海量的煙廠動態數據，可作為煙廠全系統數據集成＆數據交換的煙廠數據倉庫。結合WIZ PLANT的設備管理工具，在運維階段可實現設備工況分析、狀態檢修和預警等功能。

圖1 數字化煙廠系統架構圖

二、煙廠數字化運維管理設想

1.系統集成及信息交換

數字化煙廠是在分散控制系統及廠級信息監控系統的基礎上，融合現代化的管理思想，為煙廠的日常生產經營如檢修管理、運行管理、設備管理等提供決策依據，最終達到設備零部件庫存最低、采購費用最小及煙廠營運成本最低的目標。數字化煙廠的信息系統主要涉及MES、ERP、動力能源、卷包中控、制絲集控、狀態監測等系統。這些系統各自獨立運行，通過公用的統一數據平臺實現三個系統的無縫集成，從而達到全廠數據的共享。

數字化煙廠為煙廠提供運維期間所需的各種資料，以三維模型為依托進行展示。為業主提供多種在線查詢功能，提高了工作效率。這些信息與煙廠的MES等系統有機結合，通過與模型相結合的應用實現實時監控煙廠的運行情況，必能實現煙廠全面信息化的優質管理，能提高煙廠核心競爭能力。

三維模型瀏覽可以對煙廠構造、布局的了解，同時重要的一點是能根據瀏覽所到之處，用鼠標點擊設備（管道），能實時地查出所點擊點設備的一切靜態數據（指設計資料和基建資料，包括設備銘牌信息、各種設計參數、相關設計圖紙、計算書、廠家資料、安裝圖紙等），還能夠實現動態數據（指設備的動態運行參數，包括溫度、壓力等）的檢索，這一環境就好像處在一個與現實煙廠完全一致的虛擬煙廠中，這個虛擬煙廠包含一個存有大量信息資料的數據倉庫。

此外，結合數字化煙廠的移動終端和現場設備的二維條碼，可以實時查詢相關靜態數據和動態數據，完全覆蓋并超越一些煙廠采用的6S管理目視化管理方法。現有的6S管理目視化管理方法僅能讓一線人員獲知少量的靜態數據，還是存在一定的安全隱患。數字化煙廠能夠讓一線人員在1 s左右的時間獲知煙廠設施全部靜態的設計資料、設計參數、基建信息以及動態的運維數據，確保信息的及時性、有效性和準確性，為安全生產和安全運維提供最佳的保障。

2.數字化煙廠運維管理中的應用展望

（1）生產輔助。數字化煙廠信息資產管理平臺集成多系統數據，可以實時監控來自多個不同系統的實時數據。設備的運行狀態盡收眼底，實現設備的狀態監控及預警。既節省運維人員查找相關數據的時間，同時有利于運維人員科學決策（圖2）。

圖2 設備的狀態監控及預警

（2）設備、管網、設施維護、維修。在三維虛擬環境中，可以實現檢維修策略的制定以及實現虛擬巡檢。有利于科學合理的定制設備維護計劃。實現作業任務的安全分析、人員防護、規范行走路線、明確設備全生命周期的技術資料、為運維人員提供準確且實時的設備生產數據等。

科學合理的制定檢修策略，能夠實現設備的預防性維修。降低設備維護的綜合成本，為煙廠增加不小的經濟效益。

（3）應急指揮。在三維數字化煙廠的虛擬環境中，定制應急預案，定制事故處理方案。實現防患于未然，為應急指揮提供切實可行的驗證平臺。

（4）員工培訓及知識管理。平面的工作操作手冊變成交互式的培訓場景（圖3），讓一線人員身臨其境，操作工序更加直觀、并且可交互。實現操作流程的3D可視化，也有利于促進辦公無紙化，更有利于知識的積累和傳承。

（5）合規與變更。建立信息規范和交付標準，煙廠全廠運維涉及多系統，信息必須保證合規性，這是實現數據互聯互通的前提。在三維數字化煙廠中同時實現多系統變更管理（圖4）。

3.三維數字化煙廠信息集成技術

圖3 交互式的培訓場景

圖4 實現多系統變更管理

數字化煙廠信息集成和數據交換遵循ISO 15926和ISO 10303兩個國際標準。在信息集成和數據交換過程中，數據平臺使用符合EIWM的XML作為數據交換標準；使用ZGL、XGL和SVG等中立格式作為文件存儲格式。數據平臺需要提供各類接口（包括商業接口）轉換文檔格式以滿足ISO 10303要求，并且抽取文檔內容為XML格式以滿足ISO 15926要求。

從圖5可以看出，數字化煙廠接受的數據只要符合EIWM即可向數據庫導入數據，導入過程可以是后臺自動化進行；同時AVEVA NET可以通過接口程序轉換文件格式并且抽取其內容形成XML文件導入到數據庫（圖6）。同時大量的歷史數據存放在WIZ PLANT中，通過AVEVA NET總是能夠快速檢索最新數據，同時能夠實現歷史數據的分析以及數據挖掘。

圖5 煙廠信息集成原理圖

圖6 接口程序處理原理圖

同樣，數字化煙廠可以通過XML或者AJAX方式向其他系統提供數據；數據和文件分別存儲在數據庫和硬盤中，除了流媒體外，所有文件通過HTTP或HTTPS協議發布，因此其他系統可以很容易獲取文件。

數據接受格式是XML（EIWM）。對數據集成的技術實施步驟和要求如下。

（1）進行信息集成前要分析哪些數據要發布到數字化煙廠信息資產管理平臺中。

（2）需要與實施方工程師配合一起討論這些數據通過何種方式在數字化煙廠信息資產管理平臺中組織管理。

（3）根據確定的數據管理方式，由實施顧問定義出XML模板。

（4）由系統第三方文檔軟件供應商根據XML模板創建含有實際數據的XML文件，并自動導入到數字化煙廠信息資產管理平臺。

（5）制定數據同步規則：如什么條件下進行數據傳遞，延遲時間等。

（6）文檔文件可以根據實際情況確定是否要發布到數字化煙廠信息資產管理平臺。如果文檔文件不用發布到數字化煙廠信息資產管理平臺，那么需要第三方文檔軟件支持B/S瀏覽文件；如果需要文檔發布到數字化煙廠信息資產管理平臺，那么需要這些文檔文件處于不加密狀態，建議在文檔系統輸出文檔屬性數據時同步將文檔輸出到中間區。

（7）實施顧問制定接口程序處理規則配置文件。

（8）討論文檔傳遞方式，確認調用接口程序方案：根據實際要求對不同格式的文檔文件確認調用不同的接口程序處理。

（9）文件內容參考引用的工程位號必須符合煙廠信息資產命名規范。如果沒有現場的編碼規范，需要實施方協助一起定制煙廠企業級的信息資產命名規范，這是實現數據互聯互通的基本條件。

三、綜述

各煙草企業必須做到安全性和經濟性并重、優化生產過程、降低生產成本和設備損耗、提高企業管理水平，以適應煙草市場發展的需要。傳統的“MES+ERP等”信息架構已難以完全滿足上述要求，三維數字化煙廠與傳統信息架構相結合的道路又為煙廠運營管理多出了一道選擇，相信隨著三維應用越來越深入各行各業，終將在煙草行業中占據重要的位置。