一、概述

随着工厂信息化、自动化建设的不断推进，各种信息系统、自动化系统的部署与应用，使得作为产品生产的车间管理变得越来越重要，工作量越来越大，协同工作性要求越来越高，对安全性、可用性和运维管理等要求越来越高。但另一方面，工厂生产车间采购各个生产监控设备都是由不同的厂家提供，而是随着工厂信息化、自动化、智能化建设不断演变的结果，由于缺乏统一规划等各方面的制约条件，面临的挑战越来越大：

1.1.1工厂规模大、智能监控设别部署分散，巡检压力大，人力成本高，不能及时发现问题。

1.1.2工厂监控缺乏集中可视化监控管理平台，管理人员无法实时全面、准确的了解各个生产监控参数所反映的实际数据在哪个生产车间的哪个位置以及生产产线的工序流程。

1.1.3对告警工位设备不能准确视角定位，导致管理人员不能排查告警原因并做好及时处理。

力控科技数字孪生工厂解决方案，可通过三维可视化技术、快速建模技术，集成工厂实时监控设备传感器技术（MES系统）、摄像头监控等，实现生产三维数字孪生工厂的管理系统整体解决方案。

三维数字孪生工厂平台将车间三维高精度模型、工艺流程、传感器实时数据、设备属性以及运营管理数据等进行融合，可以直观地展示冶炼车间的生产流程，实现车间生产的远程化管理控制，提高车间的运营管理效率。

1.2方案实现主要目标：

1.2.1实现数字孪生工厂

对整体的园区、大楼、生产车间、生产设备、监控设备等进行三维建模，实现物理园区到三维虚拟园区的数字化、监控可视化的转变。

1.2.2实现生产监控的一体化、精细化管理

状态采集设备实时采集设备运行状态，将采集到的设备运行状态发生给软件，仿真软件中模型状态实时更新数据同真实设备运动一致，真正监控到车间设备的真实运行情况。

1.2.3实现告警可视化管理与定位

结合MES等监控子系统，系统可设定监控属性预计阈值以及预警等级，同时开放接口接收MES系统推送的预警接口，实现不同预警等级用不同的颜色进行展示，点击预警对象可显示预警信息，点击定位时可实现视角定位。

二、功能模块设计

2.1. 平台结构设计

基于沟通以及对行业情况的了解，结合目的现状，配合力控元海相关产品，对上层信息化平台我们可以做如下建设。

2.2. 基本操作功能

平台基本功能包括构建三维数字孪生工厂三维场景，并基于三维场景实景视点操作、指定路线浏览、对象定位和测量功能。

2.2.1三维交互浏览

用户可以通过鼠标、键盘、操纵杆、控制面板或者任意组合方式来控制飞行的速度、高度视角，使得用户可以灵活、便捷的在三维场景中浏览漫游，操作简单，易于使用。随着鼠标的移动显示到达的地域名称、状态栏坐标切换显示。

场景缩放：通过鼠标滚轮滚动方式或者左下方的工具条来自由缩放三维

平移：通过鼠标的点按动作，根据鼠标移动的方向，实现对三维场景任意方向的平移；

拖动：通过鼠标的点按动作，根据鼠标移动的方向，实现对三维场景任意方向的拖拽；

旋转：通过点击旋转按钮，让用户以屏幕中心点为中心，做三百六十度环绕飞行，可从不同的角度查看目标，以便更加全面的查看对象属性；

居中：通过鼠标双击三维场景上的某一兴趣点，向该兴趣点移近，并使该兴趣点自动在三维窗口居中显示；

2.2.2对象定位

通过鼠标点选具体的三维模型，显示该模型的显示状态，同时定位到该模型对应后台数据。

2.3. 工艺流程模拟功能

工艺流程表现，采用真实三维还原生产车间，生产工位制作三维工作人员，真实模拟生产过程。生产流程环节点标识提示可调取真实视频，也可以调取三维动画循环播放此工序。通过对各个生产工艺的工艺流程、设备生产关键动作进行模拟，以动画的形式进行展示，能够快速展示各个生产工序的流程，同时针对专门的智能工厂进行深度开发，将生产数据和生产实绩与三维模型进行融合，可实现三维模型与现场实际生产设备的联动和控制，展示现场设备实时运行数据。该系统支持将这些传统表现形式下的生产工艺在三维场景中进行可视化动态展示，并可实时调整最佳观看角度和方位，通过建立三维可视化的新一代智能生产流程模拟平台，为三维数字孪生工厂的建设提供了模型和工艺参考，为数据化驱动的智能制造奠定了坚实的基础。

2.4. 实时数据显示功能

将MES系统的物联网传感器数据与三维场景相关联，在三维传感器模型上进行实时数据展示，实现动态数据的三维可视化展示，为系统的业务管理功能提供支撑。将传感器时时回传的检测数据从数据库中读取，时时绘制在三维场景的设备工位、传感器上方，时时监控设备运行状态等，遇到超出预设值时进行警告提醒。用户通过此功能可以调阅整个数字孪生工厂的生产情况，设备安装变更情况等在三维场景中真实反映和表现。

2.5. 属性查询

在三维数字孪生工厂场景中通过点击各种对象查询其属性，包括建筑信息查询、附属设施查询、设备信息查询。能够对数字孪生工厂系统的重要设备的运行状态以及相关历史属性进行查询，了解数字孪生工厂的运行状态。

2.6. 监控报警数据查询

通过关联数据库，系统可以实时调阅、查询所关注区域的监控和报警数据，系统支持按照时间、设备设施、关键字、模糊条件及高级条件匹配组合等多种查询方式，全面贴合各阶层用户的查询需求，利于保存、更新、维护，避免了数据信息孤岛及更新维护不及时的现象，真正提升了企业信息化办公的水平，方便企业快速分析海量数据及判定走向趋势，提高了办公效率；同时系统还可支持对于所查询的结果进行下载、编辑、打印等功能，并可与三维场景进行交互浏览展示，全面发挥了平台三维可视化、互联互通的功能。

2.7. 设备管理功能

三维数字孪生工厂系统能及时对设备发生故障报警，采集报警信息，列出报警设备信息，点击报警信息能自动定位到设备处，快速查看设备的报警情况，并且在报警设备处显示醒目报警标签。

2.8. 资产可视化管理

资产管理系统提供三维数字孪生工厂的运维管理模式，实现所有独立设备与架式设备的三维建模，可以快速搜索、定位目标设备，便捷的查询设备信息、设备安装应用信息、设备归属信息、设备运维信息以及相关运行手册，运维人员无需频繁进出便可清晰掌握生产产区的资产状况。

2.9. 监控可视化管理

三维数字孪生工厂系统可以读取原有动环设备的数据，并存储和显示，可以对接环境节能系统的环境传感器，在设备动环监控画面上查看数据监控、记录、查询、曲线、导出历史数据等功能。

2.10. 设备实时联动可视化管理

状态采集设备实时采集设备运行状态，将采集到的设备运行状态发生给软件，仿真软件中模型状态实时更新数据同真实设备运动一致，真正监控到智能工厂的真实运行情况。

三、安全建设

3.1. pFieldComm系列工业通信网关

工业通信网关主要用于设备控制层，系统建设过程中，有大量的现场设备需要进行远程的数据采集和监控，但是由于这些设备都是由不同厂商生产的，所使用的软件系统不同，通信协议不一致，加之部署的地理位置分散，所以各种设备和软件系统之间的互联互通和信息交换受到了极大的制约。pFieldComm系列工业通信网关，专门针对信息集成过程中各种软件系统、控制器及数据采集设备通讯协议不一致造成的通信不畅问题而开发。

异构网络之间的数据对接

现场数据采集和复用

灵活快捷的系统扩展能力

数据断点续传的功能

测点安全防护

分布式部署和集中管理

专业的工业级设计及制造

3.2. pSafetyLink系列工业隔离网关

工业隔离网关产品作用于与现场控制层与数据中心有直接数据交换需求的网络层级中。在本项目里，该层级是位于车间与数据中心（FCVP、集中监控系统）所在的网络层级之中。车间底层数据通过FCVP平台的数据采集功能模块实现数据采集后，所获取到的数据将向上进行交互，首先就会经过工业隔离网关pSafetyLink，当数据统一经过中心交换机后，车间就可以和数据中心进行数据互通、网络互联，反之亦然。pSafetyLink系列工业安全隔离网关不但实现了对基于TCP/IP协议体系攻击的彻底阻断，而且也实现了对主流工业网络协议的广泛、深入支持和工业网络数据的安全传输。

工业网络隔离技术

双数据摆渡模式

测点级访问控制

数据完整性保证

产品可靠性保证

3.3. HC - ISG系列工业防火墙

工业防火墙产品则作用于数据中心，用于过滤信息网与控制网之间的信息。数据中心除集中监控系统外的其它系统，因与企业的信息网互联，所以还需要配置工业防火墙产品ISG，以补足商业防火墙的不足和减轻商业防火墙的负担，确保系统内网络更安全可靠。每一个工业协议作为一个独立的深度过滤模块，以插件的方式按需加载到系统中。而且可以根据用户现场的需要进行工业网络协议深度过滤模块的快速定制开发和响应，最大限度的满足工业现场的各种安全防护要求。

工业网络通信协议深度过滤

全透明无间断部署

智能协议识别和辅助规划生成

规则正确性测试

符合工业用户使用习惯的配置方式

工业级产品可靠性保障

支持力控科技内部CommServer通讯机制