基于三維的電廠設備信息一體化展現(xiàn)系統(tǒng)

京能十堰熱電有限公司 郭宏 李闖 趙海軍

發(fā)電設備管理的目標是使設備受控，提高設備的可靠性和完好率，保證設備在計劃發(fā)電期限內(nèi)做到安全、穩(wěn)定、可靠，不間斷地連續(xù)發(fā)電。

科技發(fā)展以及設備現(xiàn)代化水平的提高，推動檢修管理方式不斷革新和發(fā)展，形成了當前的優(yōu)化檢修模式。優(yōu)化檢修是融預防性檢修、狀態(tài)檢修和故障檢修三位一體的檢修模式，是使設備在運行周期內(nèi)可靠性和經(jīng)濟性得到最佳配合的檢修模式。

優(yōu)化檢修的實施與應用需要信息化管理平臺支撐。建設發(fā)電廠設備信息一體化展現(xiàn)系統(tǒng)，通過消除信息孤島提供更全面的數(shù)據(jù)、通過三維展現(xiàn)提升數(shù)據(jù)展現(xiàn)效果和使用效率，從而為優(yōu)化檢修和點檢定修制提供決策數(shù)據(jù)支撐，提升決策的質(zhì)量和效率。

本文介紹了基于三維可視化的發(fā)電廠設備信息一體化展現(xiàn)系統(tǒng)的架構(gòu)和開發(fā)、實施、應用經(jīng)驗。

系統(tǒng)概述

京能十堰熱電有限公司（簡稱十堰熱電）建立了廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)、設備點巡檢系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)和設備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)作為點檢定修制的支撐。為消除信息孤島、提升展現(xiàn)效率，十堰熱電圍繞編碼關聯(lián)、信息孤島和三維展現(xiàn)等方面，建設了設備信息一體化展現(xiàn)系統(tǒng)。

編碼關聯(lián)

在信息化建設過程中，發(fā)電廠普遍存在數(shù)據(jù)截留、數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)利用率低的現(xiàn)象，致使信息資源流失，信息系統(tǒng)沒有得到充分利用。存在此類問題的一個重要原因是沒有規(guī)定統(tǒng)一的信息編碼，各信息系統(tǒng)中使用各自需求的編碼或隨機碼來記錄信息，造成系統(tǒng)間使用信息困難。

在本系統(tǒng)中通過以KKS編碼體系作為系統(tǒng)間編碼關聯(lián)的基礎，對于未直接使用KKS編碼或不能使用KKS編碼的系統(tǒng)，通過編制映射表實現(xiàn)與KKS編碼系統(tǒng)的關聯(lián)。

信息孤島

信息技術(shù)建立在數(shù)據(jù)共享的基礎之上，特別強調(diào)數(shù)據(jù)的集成性和一致性，應著力避免多個信息孤島的存在，減少數(shù)據(jù)冗余。

標準不統(tǒng)一是產(chǎn)生信息孤島的根源。企業(yè)在不同時期分散實施的系統(tǒng)，由于運行環(huán)境、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、信息編碼規(guī)則、業(yè)務流程定義等方面執(zhí)行不同的標準，是系統(tǒng)無法實現(xiàn)共享和集成的根本原因。

本系統(tǒng)主要通過前期統(tǒng)一信息規(guī)劃，理清各系統(tǒng)之間內(nèi)在聯(lián)系和相互作用，減少信息孤島的出現(xiàn)；通過建立數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)由不同的供應商提供的信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享。本系統(tǒng)主要目標在于解決信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)孤島問題，同時也使用單點登錄解決系統(tǒng)孤島問題。

三維展現(xiàn)

通過全廠1∶1的三維模型展示，可以給人直觀、逼真、身臨其境之感，將二維圖紙中不易察覺的、不易理解的設備數(shù)據(jù)關聯(lián)關系信息展現(xiàn)給使用者，可以大大提高工作質(zhì)量和效率。

本系統(tǒng)通過建立簡化的三維模型、將KKS編碼關聯(lián)至三維模型、自開發(fā)三維引擎，實現(xiàn)三維模型與各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)關聯(lián)，在三維引擎中展示三維模型相關數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)通過KKS編碼、編碼映射表、系統(tǒng)接口和三維模型，將設備管理相關信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行關聯(lián)和展現(xiàn)。具體架構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

系統(tǒng)與數(shù)據(jù)

十堰熱電前期對信息系統(tǒng)進行了規(guī)劃，主要建立了四個設備管理相關的信息系統(tǒng)，分別用來管理實施在線數(shù)據(jù)、離線數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)和設備基礎信息等，以免產(chǎn)生信息孤島，減少數(shù)據(jù)冗余。

（1）廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)。

廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)收集了DCS、DEH、TDM、ECMS、NCS、電能計費系統(tǒng)等工控系統(tǒng)的實時在線數(shù)據(jù)，并對實時數(shù)據(jù)進行分析，形成報警數(shù)據(jù)、設備事件、設備狀態(tài)分析等數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)的量大而且準確，可以作為狀態(tài)檢修分析的重要參考依據(jù)。

（2）點巡檢系統(tǒng)。

點巡檢系統(tǒng)通過點檢和巡檢人員收集不能實現(xiàn)實時監(jiān)控的設備狀態(tài)數(shù)據(jù)等離線數(shù)據(jù)，并依據(jù)點檢標準分析判斷出設備異常數(shù)據(jù)，同時可以在此系統(tǒng)中進行異常數(shù)據(jù)的處理。

（3）ERP系統(tǒng)。

ERP系統(tǒng)包括生產(chǎn)管理的相關數(shù)據(jù)，具體有缺陷管理、兩票管理、工單管理和備品備件管理等生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)接口可以提取設備缺陷記錄、操作票、工作票、工單和備品備件等數(shù)據(jù)。

（4）設備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

設備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要包括基建期的設計、施工、調(diào)試數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)是在從基建期到運維期的數(shù)字化移交項目中形成的；另外包括運維期對設備臺賬更新的數(shù)據(jù)。此系統(tǒng)中大部分是設備基礎信息的靜態(tài)數(shù)據(jù)。

編碼與關聯(lián)

各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)如不能關聯(lián)，即會形成信息孤島，標準不統(tǒng)一是信息孤島的根源。信息編碼規(guī)則、編碼之間的關聯(lián)關系、系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口等是消除數(shù)據(jù)孤島的關鍵。

（1）KKS編碼。

在本系統(tǒng)中使用KKS編碼作為各系統(tǒng)統(tǒng)一的設備編碼規(guī)則，包括點巡檢系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、設備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、三維模型和現(xiàn)場設備標識。對應的設備均可關聯(lián)至KKS編碼，從而通過KKS編碼關聯(lián)到對應系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。

（2）系統(tǒng)接口。

系統(tǒng)接口包括數(shù)據(jù)接口、單點登錄接口。數(shù)據(jù)接口是本系統(tǒng)中進行設備信息一體化展現(xiàn)的關鍵。單點登錄接口為實現(xiàn)系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)和查看詳細的信息提供支持。本系統(tǒng)與廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)、點巡檢系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)和設備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)均建立在數(shù)據(jù)庫層面的接口，與廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)、點巡檢系統(tǒng)和設備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實現(xiàn)單點登錄。

（3）三維模型。

三維模型是可視化展現(xiàn)的關鍵。本系統(tǒng)依據(jù)基建期三維模型進行合理的簡化，從而為一體化展現(xiàn)提供了基礎。三維模型中的設備實體均實現(xiàn)與KKS編碼的關聯(lián)。

應用與展現(xiàn)

一體化展現(xiàn)是系統(tǒng)互聯(lián)之后的基礎應用，后續(xù)可以進行擴展應用，例如結(jié)合數(shù)據(jù)進行分析，應用于狀態(tài)檢修等。一體化展現(xiàn)是以KKS編碼和編碼映射表為數(shù)據(jù)關聯(lián)的基礎，以數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)互聯(lián)，以三維模型為展現(xiàn)的載體，以單點登錄方式實現(xiàn)進一步查看詳細信息，以支持設備點檢定修制和優(yōu)化檢修目標。

系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)按照規(guī)劃、設計和實施三個流程實現(xiàn)。系統(tǒng)在保持可靠性、安全性、可擴展性的基礎上，重點按照實用性原則進行實施，以滿足優(yōu)化檢修的目標。以下圍繞編碼關聯(lián)、系統(tǒng)接口和一體化展現(xiàn)介紹系統(tǒng)相關經(jīng)驗。

編碼關聯(lián)

確保使用一致的KKS編碼，并同步進行維護。在ERP系統(tǒng)、點巡檢系統(tǒng)、設備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和現(xiàn)場貼牌均會使用KKS編碼，由于數(shù)量多、基準不明確，易形成編碼不統(tǒng)一的情況。本系統(tǒng)以ERP系統(tǒng)作為編碼統(tǒng)一的基準，通過審批流程來統(tǒng)一維護KKS編碼。KKS編碼的數(shù)量非常多，廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)和物資編碼等需要關聯(lián)的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)也非常多，本系統(tǒng)按照先少而精再大而全的方向逐步展開。

系統(tǒng)接口

（1）在系統(tǒng)設計時明確系統(tǒng)接口要求，重點是進行信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)關聯(lián)與展現(xiàn)。如前期未進行統(tǒng)一規(guī)劃，在后期可能出現(xiàn)系統(tǒng)不兼容的問題或處理難度增大的問題。

（2）系統(tǒng)接口應按照信息孤島的類型分層次滿足，不可盲目消除業(yè)務孤島。首先確保能夠進行數(shù)據(jù)共享和交換，消除數(shù)據(jù)孤島；其次是通過單點登錄方式，消除系統(tǒng)孤島；最后考慮在業(yè)務層面整合消除業(yè)務孤島。

一體化展現(xiàn)

（1）三維模型是一體化展現(xiàn)的載體，具有數(shù)據(jù)量大、加載慢的特點。在實際展現(xiàn)中需要進行輕量化處理，一方面可刪除設備、建筑等不必要的細節(jié)信息，另一方面可對設備、建筑等進行三維模型的減面處理。

（2）本系統(tǒng)三維展現(xiàn)使用的是B/S架構(gòu)，系統(tǒng)采用了Unity 3D作為開發(fā)平臺，按照易修改、易擴展的思路，采用C#為開發(fā)語言，以framework2.0為版本庫進行系統(tǒng)開發(fā)。在系統(tǒng)加載三維模型中進行了優(yōu)化。

（3）三維展現(xiàn)效果。在初始頁面中通過標簽實時展現(xiàn)主要運行參數(shù)數(shù)據(jù)，提供KKS編碼大盤、工作票、操作票、工單、測點報警等數(shù)據(jù)查看功能。KKS編碼大盤功能可實現(xiàn)通過KKS編碼跳轉(zhuǎn)至匯總信息頁面。

圖2 初始頁面

在進入各項信息查看功能后，三維模型中以氣球標識展現(xiàn)相應設備的信息，可通過氣球標識或列表快速跳轉(zhuǎn)至匯總信息頁面。

圖3 三維展示信息

匯總信息頁面，可查看設備在各系統(tǒng)中的信息，可實現(xiàn)系統(tǒng)間的單點登錄跳轉(zhuǎn)。

圖4 匯總信息頁面

結(jié)論

本系統(tǒng)通過消除信息孤島提供更全面的數(shù)據(jù)、通過三維展現(xiàn)的方式提升數(shù)據(jù)展現(xiàn)效果和使用效率，在電廠歷次檢修中提供了很大幫助，提升了信息的查找效率、縮短了檢修計劃編制時間，一定程度上減少了設備欠維修和過維修問題。

未來，希望在基于系統(tǒng)數(shù)據(jù)關聯(lián)的基礎上，應用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進一步做好設備的狀態(tài)分析，更多地實現(xiàn)狀態(tài)檢修；另外通過開發(fā)按區(qū)域或系統(tǒng)進行三維展現(xiàn)的方式，進一步提升三維展現(xiàn)的效果。■