摘要：在各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大潮中，工程公司仍是以卷冊(cè)形式向生產(chǎn)企業(yè)交付工程資料，工程設(shè)計(jì)、建造期的信息數(shù)據(jù)，無法被生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)、運(yùn)維、MES、PCS等系統(tǒng)直接利用，即工程交付存在信息屏障，是目前鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中面臨的行業(yè)困境，數(shù)字化交付技術(shù)是解決這一行業(yè)困境的關(guān)鍵技術(shù)。本文從數(shù)字化交付的概念入手，剖析了數(shù)字化交付過程中數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)交付等內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)“數(shù)字檔案館”形式的集中交付。
關(guān)鍵詞：數(shù)字化交付、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)組織、工廠對(duì)象、編碼、類庫
基金項(xiàng)目：中國五礦科技專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目（2020ZXA01）；
引言
近年來，國家不斷推出各項(xiàng)政策推動(dòng)數(shù)字化技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用。2020年9月，國務(wù)院國資委正式印發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的通知》，就推動(dòng)國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型做出全面部署，強(qiáng)調(diào)了進(jìn)一步強(qiáng)化數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、集成創(chuàng)新、合作共贏等數(shù)字化轉(zhuǎn)型理念，要建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)字化技術(shù)平臺(tái)，以技術(shù)賦能，全面推進(jìn)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
2015年，工業(yè)和信息化部、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布了《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2015年版）》，其中智能工廠部分包含建設(shè)規(guī)劃、系統(tǒng)集成、智能管理、智能生產(chǎn)等，并未包含數(shù)字化相關(guān)內(nèi)容。2018年，發(fā)布了新版本的指南，智能工廠部分加入了智能工廠的設(shè)計(jì)、建造和交付標(biāo)準(zhǔn)，其中數(shù)字化交付成為智能工廠交付的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，主要內(nèi)容包括交付內(nèi)容、深度要求、流程要求等交付標(biāo)準(zhǔn)，從而確保建成的智能工廠達(dá)到預(yù)定建設(shè)目標(biāo)，交付數(shù)據(jù)資料滿足智能工廠運(yùn)營(yíng)維護(hù)要求[1]。2021年，《指南》再次更新，專注于智能工廠設(shè)計(jì)和智能工廠交付，數(shù)字化交付依然是智能工廠的關(guān)鍵技術(shù)。從指南的歷年變更中，我們不難看出，推進(jìn)智能制造，數(shù)字化是智能化的基礎(chǔ)，推進(jìn)鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，其關(guān)鍵是工程的數(shù)字化交付。
但目前工程公司仍是以卷冊(cè)形式向生產(chǎn)企業(yè)交付工程資料，工程設(shè)計(jì)、建造期的信息數(shù)據(jù)，無法被生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)、運(yùn)維、MES、PCS等系統(tǒng)直接利用，即工程交付存在信息屏障，隔斷了數(shù)據(jù)信息的傳遞，造成人力及數(shù)據(jù)資源的極大浪費(fèi)，這是目前鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的行業(yè)困境。解決這一困境的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)工程建造期的數(shù)字化交付，建立工廠的數(shù)字地圖，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)“數(shù)字化檔案館”形式的集中交付。其技術(shù)路線如下圖所示：
1數(shù)字化交付概念解析
數(shù)字化交付目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)“數(shù)字化檔案館”形式的集中交付，建立起工廠的數(shù)字地圖。如何建立工廠數(shù)字化地圖，可以借鑒百度地圖、高德地圖等電子地圖的構(gòu)建。通過電子地圖，我們可以查看某個(gè)場(chǎng)所的名稱、地點(diǎn)、附近的美食、酒店信息等，并且，顯示的信息根據(jù)場(chǎng)所類別有所不同，比如酒店顯示的信息為房型、價(jià)格，飯店顯示的信息為菜品、人均消費(fèi)，住宅顯示的信息為房?jī)r(jià)等。實(shí)際上，電子地圖中的每個(gè)場(chǎng)所、每個(gè)建筑在后臺(tái)都是一個(gè)POI點(diǎn)（即“信息點(diǎn)”），通過POI點(diǎn)定義了名稱、位置信息、類別信息、屬性信息（附近的酒店飯店商鋪等信息）。
對(duì)于一個(gè)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，包含眾多的生產(chǎn)線與能源公輔系統(tǒng)，每條生產(chǎn)線包含若干生產(chǎn)設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備又需要供電、供水、供氣，生產(chǎn)線設(shè)備與各能源公輔系統(tǒng)交織組成了一張工廠大網(wǎng)。建立工廠的數(shù)字地圖，首先，要定義每個(gè)工廠對(duì)象的位置信息，包括工廠的空間物理位置與系統(tǒng)位置；其次，建立工廠對(duì)象的分類，不同的類別建立不同的屬性定義規(guī)則；最后，為保證工程建造期屬性信息傳遞的唯一性與準(zhǔn)確性，將屬性信息通過代碼化表達(dá)，建立工廠物料編碼規(guī)則。
2數(shù)據(jù)基礎(chǔ)
從上文可以得出，建立工廠三維地圖的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)包括：工廠對(duì)象的位置、分類及屬性定義。
冶金工廠是多生產(chǎn)單元、多系統(tǒng)交叉的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，很難將每個(gè)工廠對(duì)象的位置信息準(zhǔn)確表達(dá)。目前做法是對(duì)工廠逐層分解至生產(chǎn)單元、車間，車間內(nèi)生產(chǎn)線分解至分區(qū)、機(jī)組、子機(jī)組、成套設(shè)備、設(shè)備單體，車間內(nèi)系統(tǒng)分解至子系統(tǒng)、單體。如此，通過空間分解確定生產(chǎn)線設(shè)備唯一位置，通過系統(tǒng)分解確定公輔系統(tǒng)設(shè)備唯一位置。即根據(jù)空間布置或工藝流程，按照一定的分類原則和編碼體系進(jìn)行組織，形成反映工廠對(duì)象的樹狀結(jié)構(gòu)，這個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)稱之為工廠分解結(jié)構(gòu)（PBS），工廠分解結(jié)構(gòu)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)工廠對(duì)象，把這個(gè)節(jié)點(diǎn)按分類原則進(jìn)行代碼化表達(dá)，就是工廠位置標(biāo)識(shí)碼。工廠PBS分解結(jié)構(gòu)如下圖所示：
通常一個(gè)工廠對(duì)象具有十余條乃至數(shù)十條屬性，確保這些屬性信息在工程設(shè)計(jì)、采購、建造、交付直至運(yùn)維的各階段間傳遞的完整性與準(zhǔn)確性是一個(gè)難點(diǎn)。如果將這些屬性按照一定的規(guī)則進(jìn)行分類并代碼化表達(dá)，這樣，無論有多少條屬性信息都會(huì)簡(jiǎn)化成一條物料編碼屬性，那么，工程周期各階段，僅需要保證物料編碼的正確傳遞就可以了。物料編碼的示例如下：
根據(jù)功能或結(jié)構(gòu)等特征對(duì)工廠對(duì)象分類，同類別的工廠對(duì)象具有相同的屬性定義，不同的分類具有不同的屬性定義，關(guān)聯(lián)不同的文檔，描述工廠對(duì)象的分類、屬性、專業(yè)文檔類型及其關(guān)聯(lián)關(guān)系，稱之為工廠對(duì)象類庫。冶金工廠對(duì)象一般可分為工藝設(shè)備、公輔設(shè)備、電氣設(shè)備、儀器儀表、通信與計(jì)算機(jī)、起重運(yùn)輸設(shè)備、總圖、管線、其他設(shè)備等。類庫具有父子繼承關(guān)系，子類將繼承父類的屬性。
工廠標(biāo)識(shí)碼、物料分類及屬性、類庫構(gòu)成了數(shù)字化交付的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其中，標(biāo)識(shí)碼是工廠對(duì)象的唯一標(biāo)識(shí)，物料編碼是工廠對(duì)象屬性的標(biāo)準(zhǔn)化表征，類庫是工廠對(duì)象的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)。工廠對(duì)象與PBS、類庫、物料編碼的關(guān)系如下圖所示[2]：
3數(shù)據(jù)組織
數(shù)字化交付內(nèi)容包括三維模型、數(shù)據(jù)及文檔。
目前三維模型的生產(chǎn)方法包括正向設(shè)計(jì)建模、二維圖紙翻模、傾斜攝影實(shí)景建模、三維激光掃描建模等方法，但無論采用哪種方法建模，首先應(yīng)確保工廠對(duì)象單體的獨(dú)立性，可被獨(dú)立識(shí)別并可賦予屬性。其次，模型應(yīng)根據(jù)PBS進(jìn)行組織，最重要的是，模型中應(yīng)附帶編碼，包括標(biāo)識(shí)碼與物料編碼。對(duì)于正向設(shè)計(jì)，鋼鐵設(shè)計(jì)專業(yè)多、軟件雜，難以建立統(tǒng)一的賦碼機(jī)制，可開發(fā)編碼管理平臺(tái)提供統(tǒng)一編碼規(guī)則的數(shù)據(jù)服務(wù)，設(shè)計(jì)軟件與編碼平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的自動(dòng)賦碼，從而在設(shè)計(jì)階段為工程注入數(shù)字化基因，成為數(shù)字化工廠的起點(diǎn)。
文檔包括設(shè)計(jì)、采購、施工等階段產(chǎn)生的圖紙、數(shù)據(jù)表、規(guī)格書、記錄表等。其中，圖紙包括工藝布置圖、設(shè)備布置圖、工藝流程圖、管道軸測(cè)圖、各種系統(tǒng)圖、管道布置圖、電纜布置圖等各種施工圖，設(shè)備總裝圖，安裝圖，易損件、操作更換件零件圖等設(shè)備設(shè)計(jì)圖；數(shù)據(jù)表包括設(shè)備表、管道表、儀表索引表等索引類數(shù)據(jù)表，設(shè)備數(shù)據(jù)表、儀表數(shù)據(jù)表、電氣數(shù)據(jù)表、閥門規(guī)格書等數(shù)據(jù)表；規(guī)格書包括設(shè)備說明書、維修手冊(cè)、使用手冊(cè)等各種設(shè)備技術(shù)文件；記錄表包括各種施工安裝記錄、試驗(yàn)記錄、試運(yùn)行記錄、驗(yàn)收?qǐng)?bào)告等。以上文檔應(yīng)設(shè)置統(tǒng)一的文件編號(hào)規(guī)則，能夠通過編號(hào)解析文檔分類、用途、來源等信息，以滿足后期數(shù)字資產(chǎn)多維度查詢功能，文件編號(hào)應(yīng)包含標(biāo)識(shí)碼字段，以便自動(dòng)建立與工廠對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
一般來講，項(xiàng)目由設(shè)計(jì)單位、供應(yīng)商單位、施工單位等多方參與共同完成，數(shù)字化交付的內(nèi)容也應(yīng)包含項(xiàng)目所有參與方在各階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、文檔[3]，需要構(gòu)建完整的項(xiàng)目信息管理系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)各參與方、各階段信息的不斷有序匯集。某項(xiàng)目信息管理系統(tǒng)建設(shè)如下：
4數(shù)據(jù)交付
所有的模型、數(shù)據(jù)，都匯聚到數(shù)字化交付平臺(tái)中，形成可表達(dá)工廠對(duì)象及其關(guān)聯(lián)關(guān)系的“網(wǎng)狀數(shù)據(jù)”結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)體物理工廠的數(shù)字重構(gòu)，依托交付平臺(tái)實(shí)現(xiàn)工程信息“數(shù)字化檔案館”[4]形式的集中交付。基于交付平臺(tái)，可將一個(gè)工廠逐層分解至每一個(gè)工廠對(duì)象，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都掛接了相應(yīng)的屬性信息及文檔。交付平臺(tái)的底層數(shù)據(jù)組織關(guān)系見下圖。
交付平臺(tái)應(yīng)具備如下基本功能：
（1） BIM模型解析功能，可將不同格式模型文件的三維形體與屬性信息完整獲取；
（2） 數(shù)據(jù)組織管理功能[5]，可按項(xiàng)目要求配置交付標(biāo)準(zhǔn)，包括標(biāo)識(shí)碼規(guī)則，類庫規(guī)則，可按項(xiàng)目交付標(biāo)準(zhǔn)組織項(xiàng)目數(shù)據(jù)；
（3） 輕量化三維圖形引擎功能，交付平臺(tái)應(yīng)具有聯(lián)合工廠級(jí)的模型承載能力以及較快的模型加載速度。
（4） 可擴(kuò)展功能，交付平臺(tái)預(yù)留工廠EMS、ERP及MES等數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)工程建造信息到運(yùn)維系統(tǒng)的無縫銜接，平臺(tái)具備自動(dòng)更新能力，可獲取存量平臺(tái)的資產(chǎn)更新信息，保證虛擬資產(chǎn)與現(xiàn)實(shí)資產(chǎn)的一致性。
基于上述基本功能，交付平臺(tái)應(yīng)具有一定的數(shù)據(jù)查詢與應(yīng)用功能，包括二、三維可視化工廠信息的瀏覽、綜合查詢、檢索和測(cè)量，全局模式、PBS分區(qū)模式、系統(tǒng)模式、角色模式等多種信息檢索、分類查找以及多條件搜索功能，支持PC端和手機(jī)等移動(dòng)端瀏覽器查閱項(xiàng)目資料的功能等。
5結(jié)語
數(shù)據(jù)基礎(chǔ)建設(shè)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化治理是數(shù)字化交付的重要基礎(chǔ)工作，鋼鐵工廠從設(shè)計(jì)、供貨、施工安裝到運(yùn)維，參與方眾多，數(shù)字化編碼各成系統(tǒng)，應(yīng)建立一套統(tǒng)一的數(shù)字化編碼標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建工廠數(shù)字化描述的共通語境，打造鋼鐵數(shù)字化產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，推進(jìn)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展。（張鶴,王永濤,劉京軍,彭巍,陳馨,韋彬）
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