方大九鋼攜手圖撲軟件：數字孿生智慧鋼廠
2022-06-21 17:44:00
china5e
鋼鐵行業是多工具、長流程的流程工業，在傳統生產過程中，生產設備內部的各種化學反應、物理變化和重要參數等都從外部無法看出，只有通過大數據、全連接、全協同打通數據孤島，才能加快整個行業的轉型升級步伐。正因如此，鋼鐵行業擁有著 5G+ 互聯網最豐富和復雜的應用場景。探索 5G+ 工業互聯網，方大九鋼公司已經率先邁出了一步。
方大九鋼公司圍繞鋼鐵企業管理模式變革的需求，借力能源綠色低碳轉型的契機，以信息技術廣泛應用為主導，大力推進“智能制造”，“淬煉”智慧鋼鐵。并與圖撲軟件合作，率先將 5G、可視化、GIS 相關技術引入鋼鐵行業。打造基于 5G + 云平臺的智慧鋼鐵調度平臺，以智能管控賦能企業高質量發展，抓好數智化轉型新機遇，推動鋼鐵行業綠色低碳高質量發展。
圖撲軟件依托自主研發的 HT for Web 產品，從數字孿生動畫、工藝流程圖、駕駛艙三個維度對方大九鋼多個產線進行可視化展示。化“數”為“物”，將原本分布在上萬平方公里范圍內的六大煉鐵工序、幾十個業務系統數據全部整合融入。每生產一根鋼軌，它的物流和信息流都會實時匹配，工藝質量數據也會在線實時監控。
本次鋼鐵廠三維場景數據采用航拍建模方式獲取，利用飛機或無人機搭載多臺傳感器，從前后左右以及垂直五個方向對地物進行拍攝采集，快速高效獲取真實反映鋼廠情況的數據信息。通過糾正、平差、多視影像匹配等一系列的內業處理操作，最終獲得三維模型。航拍建模的成果數據具有地理坐標系信息，可以準確的和 GIS 匹配。
在方大九鋼公司的生產調度室，與傳統的生產監控完全不同，大屏幕上除了工業攝像頭的實時顯示，還有依托圖撲軟件打造的 3D 模擬全流程動畫的實時顯示。3D 模擬動畫對生產線所有機組、設備狀態、生產狀態能夠實時顯示出來。并在右側 2D 面板顯示重要的生產和質量數據。場景內點擊“首頁”按鈕自動彈出，展示實時產量、庫存與發貨量、原料采購、環保數據與能源系統等信息。與實景相互配合，給所有調度人員更全面的生產信息。
針對傳統的鋼軌質量檢測只有到后續冷態才能檢查出多個缺陷的問題，圖撲軟件通過對生產線上所有工藝數據、質量數據、設備數據的應用挖掘，構建鋼廠質量控制系統。如果發現問題可以實時糾正，避免更多的損失。
安全生產一直是鋼鐵生產的重要話題。圖撲軟件構造的輕量化的3D 室內定位及電子圍欄可視化系統，正面可展示一個現代化工廠的現實場景，室內定位包括工廠工人的實時位置、電子圍欄的范圍、現場的安全情況等等，幫助我們直觀的了解當前工廠人員的安全狀況。
原料從碼頭卸載后，通過皮帶運輸至原料場。圖撲軟件對接槽上智能卸料、高爐主皮帶關鍵設備，對原料場的各材料庫存量、類型、位置數據進行實時采集，實現原料全方位立體監測。
圖撲軟件 HT 引擎將原料廠的布局、轉運站、物料堆放情況等根據實際場景進行 1:1 還原，2D 面板聯動三維場景，實時展示原料廠鐵礦、溶劑、燃料等料堆參數。支持模擬無人機或行人視角漫游，可全方位無死角瀏覽原料廠，當經過設備時，自動彈出混勻礦、焦粉、煤炭、一混與二混混合料信息。業務人員在調度大廳即可對上萬平方米原料場的各個角度、每臺設備、多種原料的進出以及使用情況實時掌握。
同時駕駛艙中對原料壓港、進廠、費用等關鍵信息輔以 2D 組態面板呈現，并提供時間維度切換功能，縱觀數據發展。
燒結工序是鋼鐵工業主要生產工序之一，包括布料、點火、燒結等主要工序。其能耗量約占鋼鐵生產總能耗的 23% 左右，實現燒結工序的能耗智能化控制是降低工序能耗的重要途徑。系統針對需求對接數據接口，將燒結機的裝置及傳輸動畫進行可視化呈現，用戶通過三維場景即可直觀的查看工藝生產線設備與物料情況，例如燒結機、環冷機等。2D 面板重點關注燒結機的爐膛溫度、爐膛壓力、速度和電流等，業務人員可根據數據對燒結工序能耗進行分析和預測，方便后一道工序精準處理。
圖撲軟件 HT 引擎可根據 CAD 圖、鳥瞰圖、設備三視圖高精度建模，1:1 還原將鐵礦石、焦炭及助熔劑由高爐頂部加入爐內，再由爐下部鼓風嘴鼓入高溫熱風，產生還原氣體，還原鐵礦石，產生熔融鐵水與熔渣等過程。各工序采用多項智能技術，大幅提高生產效率，確保生產安全。結合高爐大修工程，加大現場機器人應用，實現生產作業和設備操作的少人化、無人化。
高爐可視化技術是監測高爐內裝料和冶煉狀況以及用于指導高爐操作的新技術。圖撲軟件根據高爐工藝布局進行 3D 建模，整個爐體爐殼、管道等均考慮半透明外殼，透過半透明的爐殼能夠看到爐基耐火材料和水冷壁材料，均為變色材質，每塊材料對應 1 個溫度測點。重點顯示高爐本體、爐頂卷揚上料、熱風爐三個區域，體現實時物料的狀態和氣體的狀態。
通過對接紅外測溫傳感、光纖測溫、爐頂攝像儀和熱圖像儀等設備，對管道和設備的工況進行在線實時監測，浮窗數值可展示熱風管道、煤氣噴吹管道、煤氣上升管流量、爐身靜壓吹掃各點差壓。2D 面板實時展示 CO、CO2 質量分數，焦炭比、煤氣流量、爐頂壓力、透氣性參數，并輔以折線圖，實時顯示爐頂十字測溫實時數據變化趨勢，使操作人員及時了解爐內氣流分布和爐況變化，并及時發現爐內異常情況，以利于主動地調控高爐運行。
圖撲軟件還搭建了高爐爐體三維熱力圖監控系統以及高爐煉鐵廠可視化系統。三維熱力圖系統通過讀取后端實時傳入的熱傳感器數據來動態呈現，提供熱力范圍調節功能，可根據需要來調節不同峰值下的熱力表現。采用這種方式生成爐體，省去了 3D 設計師建模的過程，可用數據驅動的方式生成任意大小、高度的爐體。
煉鐵廠高爐 3D 可視化場景通過輕量化的模型呈現出一座高爐煉鐵廠的基本運作流程以及鐵水罐車運送鋼鐵的動畫，加上環繞的漫游效果，起到全方位的實時監控狀態的變化。2D 面板上，呈現了昨日歷史與今日實時的一些重要預警數據，在管控上能起到實時監控的作用。
傳統的鐵水運輸所采用的方法均為人工，信息溝通緩慢、且崗位工作勞動強度大、有一定的危險性。此外，傳統采用小火車運輸的方式整個過程耗時約半小時，鐵水熱量損失過大，不利于節能減排。圖撲軟件融合 5G 技術的鐵水罐車遠程操控與智能調度系統，對鐵水罐溫降實現了精準管控，從煉鐵到煉鋼工序之間的鐵水物流、時間流、信息流實現全程無縫對接，開啟鐵水罐運行效率全面提升的智慧管控時代。
煉鋼工藝流程監控通過圖撲軟件 HT 3D 效果將鐵水與鐵水罐車從鐵水預處理站到軋鋼生產線的全過程信息監控，并對轉爐、LF 精煉爐、連鑄機等設備狀態進行信息監控，數字孿生煉鋼工藝一體化場景。使煉鋼全過程數字可視化展現、可智能化決策、各環節信息系統交互集成。
在 MES 系統平臺基礎上，二次開發鋼包最大容量監控功能，通過數據可視化看板，在線監管鐵水包信息，包括包齡、爐號、狀態、稱重、溫度等，實現對鋼包包況、鋼包容量等數據的實時查看。避免因為未及時獲取鋼包超厚、超標準等異常信息，按正常操作裝入量加鐵水導致工藝事故發生。為下一道工序提供了便捷可靠的數據支撐，助力煉鋼冶煉安全穩定運行。
向電爐或轉爐內加入鐵水或廢鋼等原材料的操作是煉鋼操作的第一步。圖撲軟件將轉爐的模型進行 1:1 還原，用戶可根據漫游視角查看轉爐細節。并將冶煉狀態、計劃鋼種、開氧時刻、供養時長、鐵水重量等數據接入圖撲軟件 HT 2D 面板，幫助業務人員確定爐鋼輔料加入量，改善出鋼口耐材材質，減少人為因素對出鋼口的損壞。
LF 精煉爐是煉鋼工藝流程中承上啟下的關鍵環節，用于鋼水精煉、鋼水溫度控制和調節生產工序與節奏。通過圖撲軟件 3D 的高仿真模型效果，對精煉爐外部結構及運及升溫、脫硫、脫氧合金化進行數字孿生，融合機器人自動測溫取樣系統，2D 面板可根據需求顯示精煉爐實時信息，包括爐蓋回水流量、總進水壓力、爐蓋進水溫度、變壓汽油溫度、爐蓋進水溫度、電度、二次弧流等。有效解決生產過程高溫及危險區域工藝設備關鍵點參數無法進行自動采集等制約因素。
通過依托圖撲軟件可視化技術，軋鋼工藝管理可以 2D 組態，3D 仿真形態的方式數字化展示連鑄、熱軋鋼材、線材生產流程等加工過程。
連續鑄造作業是將鋼液轉變為鋼胚的過程。圖撲軟件依托 HT 引擎將連鑄生產過程及設備數字孿生，實現 1：1 場景還原的連鑄生產系統：上游處理完成的鋼液，以盛鋼桶運送到轉臺，經由鋼液分配器分成數股，分別注入特定形狀的鑄模內，開始冷卻凝固成型，生成外為凝固殼、內為鋼液的鑄胚，接著鑄胚被引撥到弧狀鑄道中，經二次冷卻繼續凝固到完全凝固。經校直后再依訂單長度切割成塊，經鋼胚表面處理后，再送至軋鋼廠軋延。
2D 面板聯動三維場景，將中包信息、拉胚設備信息和溫度統一展示，幫助業務人員突破加熱鋼坯測溫技術的局限，直觀、準確地反應鋼坯的加熱狀態，為實時出鋼提供依據。
熱軋就是軋鋼過程中或者軋鋼之前要對材料進行加熱，一般要加熱到再結晶溫度以上才進行軋制。終軋溫度對鋼的組織性能有重要影響。通過圖撲軟件可視化讓熱軋生產設備流水線更加透明清晰，融合紅外測溫原理，結合圖撲軟件 HT 2D 面板信息展示加熱爐內材料的加熱以及溫度信息，包含均加熱段溫度、一加熱段溫度、二加熱段溫度，以及加熱爐煤空比、煤氣流量、空氣流量等。幫助業務人員精準作業。
通過圖撲軟件 HT 3D 的高仿真模型效果，對線材生產流程進行數字孿生：線材工場生產作業是將小鋼胚經加熱爐加熱后，經粗軋機組，中軋機組，精軋機，減徑成型機軋制，再經盤卷機盤卷成型，冷卻輸送帶輸送后，送至精整區精整。圖撲軟件通過對接數據接口，實現場景內線材生產全流程實時狀態展示，形成線材生產流程可視化，并輔以電流，實際轉速、線速度等數據。便于分析生產過程中的各項指標，管理人員無須到現場即可通過平臺進行各方協調統籌。
鋼材從出廠到收獲，中間的物流環節現在越來越被客戶所重視，他們除了希望鋼材能及時到達手中，更希望能知道鋼材在整個運輸過程中的所到之處。圖撲軟件 HT 引擎融合智能車載終端和車輛管理系統，場景內可實時顯示車輛調度、車輛跟蹤、作業監控和運輸實績，2D 面板接入總車輛數、總重量以及重量等信息，指導司機進行物資運輸和計量等作業。
作業完成后車載終端將運輸作業實績信息、GPS 位置信息反饋回可視化系統。協助解決鋼鐵物流管理可視化程度低、物流運輸不能科學合理的進行運輸配載、車輛空駛率高、運輸效率低等問題。
圖撲軟件通過現場的大量數據進行流程分析，整合方大九鋼鋼鐵廠全場風貌，以及燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼等重要工序。并通過自主研發的 HT for Web 強大的 2D、3D 渲染引擎，通過搭建場景和動畫驅動制作了與煉鐵、煉鋼的工作原理對稱的數字化鏡像。為生產、經營、決策提供更詳細和深入的數據，優化鋼鐵生產經營中的各個環節。
相較于 InTouch/IFix/WinCC 這些傳統組態軟件，圖撲基于 Web 的平臺更適合 C/S 向 B/S 轉型的大趨勢，多元素豐富的可視化組件和支持快捷的數據綁定方式，可用于快速創建和部署平臺。
界面包含生產過程中的產量信息，主場景展示煉鐵、煉鋼過程中需要用到的一些設備模型，還有從原料廠到高線成品的生產路線。場景還有與圖紙按鈕的交互功能，包括燒結、煉鐵、煉鋼和軋鋼四種工藝的單獨查看。并展示全場月日單位數據的各項數據概況，強化生產溝通協同。系統設置還設置了線框和實體兩種模式，點擊對應按鈕可交互切換。
燒結動畫過程，包含從礦石到燒結礦一系列作業的動畫。數據和流程圖展示整個燒結系統運行情況和材料配比情況，以及煙道和爐膛的溫度、壓力等數據信息，優化生產過程。圖撲軟件 HT 打造的二維組態系統，支持根據現場攝像頭實際點位接入所對應的攝像頭視頻畫面，實現燒結場景還原。實現對燒結工藝相關的設備運轉狀態的檢測與查詢，一旦發現視頻監控系統設備運轉狀態發生異常，立即自動向運維管理中心發出故障報警。
煉鐵過程實質上是將鐵從其自然形態——礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。圖撲軟件依托其多元素豐富的可視化組件為煉鐵工藝提供清晰美觀的 2D 可視化服務模式，熱風爐和高爐采用二維組態圖方式呈現，并在 2D 組態面板接入出鐵量、爐溫度與壓力、入口溫度和壓力等數據信息，從而助力減少能源消耗，降低成本。
煉鋼工藝流程的展示是為了方便管理人員了解煉鋼各設備布局。二維組態圖展示出設備與局部剖面，從而將每個設備（包括轉爐、鐵水包、LF 精煉爐、拉胚設備信息）的注入鐵水情況詳細表達出來，管理人員還可從這里更直觀的查看所有設備實時信息，多個設備信息通過一圖呈現，不再雜亂無章。
軋鋼，就是在旋轉的的軋輥間改變鋼錠、鋼坯的形狀的壓力加工過程。圖撲軟件針對入爐溫度限制鋼種，整合鋼坯在軋鋼原料場溫度數據，同時對接現有 MES 系統，繪制二維組態軋鋼廠設備工作模型，增加原料鋼坯溫度控制可視化功能，對鋼坯入爐溫度精準控制，提高軋機工作效率，有效提高熱裝比例。
隨著計算機技術的日趨成熟，我國鋼鐵企業的信息化建設得到快速發展。與此同時，企業積累的數據也越來越多，鋼鐵企業數據的爆炸式增長蘊含著巨大的商業價值。然而，在面對客戶消費行為的海量數據時，傳統的基于大型服務器的數據倉庫和數據分析技術難以滿足異構數據源數據的應用轉化要求。
基于此，圖撲軟件開發了一個旨在提高數據資源復用性，統一的、快速響應的、能夠多維度深層次直觀展示產品銷售、財務、采購、物流分析系統。把鋼廠相對復雜的、抽象的數據通過可視的、交互的方式進行展示，從而形象直觀地表達數據蘊含的信息和規律。管理者像在汽車駕駛艙里面對儀表盤一樣，直觀地監測運營情況，并對異常關鍵指標預警和挖掘分析。
運用可視化技術對鋼鐵企業巨量的銷售數據進行分析，并依據分析結果做出正確決策。達到總覽為先，縮放過濾按需查看細節的效果。配色以深色調為主，注重整體背景和單個元素背景一致。用戶在簡單的一頁之內就能讀懂數據的層次與關聯。
銷售駕駛艙對不同維度的數據進行組合分析，確保管理層能夠更全面地對公司的各個指標進行掌握。銷售版塊以數字地圖樣式顯示，可以按銷售時間動態顯示各區域銷售金額增長情況。輔以折線圖顯示焦炭廢水、鐵水、澳礦等銷售額趨勢，網價排名滾動顯示。實現多用戶、不同權限不同操作，從而讓各管理層都能夠查看到自己所關心的指標。銷售人員可以通過手機端入口，快速掌握所需要的數據特點。
圖撲軟件將隱藏在數據中的信息通過圖形或線條，轉化成畫面的方式直接展現在客戶面前，顯得簡潔、可靠，更能夠適應不同使用者的需要，幫助人們快速理解和掌握。財務版塊涵蓋年銷量收入、資產規模、技術研發投入、安全生產投入、納稅總額、公益捐贈等，并通過豐富的數據表格展示，將抽象的數據具象表達。
采購版塊通過適當的排版布局，將用戶的注意力集中到可視化結果中最重要的區域，包括原料進場情況、進口礦進場情況、焦炭進場情況、廢鋼進場情況、期貨走勢等。從而將重要的數據信息凸顯出來，抓住用戶的注意力，提升用戶信息解讀的效率。
物流板塊采用半包布局方案，中間顯示物流項目當日、當月累計費用，左右及下方顯示專項指標，從而清晰地展現所有物流指標，避免過于復雜或影響數據呈現效果的冗余元素。通過信息數據共享延伸公司物流信息化覆蓋面。
為解決生產數據延時、查看歷史數據過程繁瑣、查詢方式單一等問題，圖撲軟件利用數字化看板，增加手機端入口，讓員工隨時隨地查看了解生產數據。打破時空界限，實時通過手機了解生產動態，掌握生產變化。大大提升了鋼廠的工作、管理效率。
人對信息的理解，最容易接受的就是圖像。圖撲軟件通過可視化手段，直觀展現鋼鐵生產線設備的三維結構，將鋼鐵廠的每一條生產線統一呈現，將每一個設備的信息直觀反映，有利于鋼鐵生產線設備的監控，及時發現設備出現的問題，并進行維修，從而減少損失，提高生產線的維護效率，實現設備集中管控。
領導駕駛艙是一個為高層管理提供“一站式”決策支持的管理信息中心系統。圖撲軟件以駕駛艙的方式梳理整合方大九鋼銷售業務、財務信息、采購信息、物流信息、項目信息的流程和數據特點，實現了實時和批量數據的處理、數據分析、報表及可視化等功能。為企業加強業財融合、全生命周期的管理分析和項目損益的全景展示提供了有力支撐，實現了企業管理層面的數據，顯著提高了銷售管理工作的效率和水平。
圖撲軟件以 2D 組態工藝的創建提供鋼鐵生產流程，為作業人員提供圖形注釋。他們能很快理解任務內容并變得熟練起來。從而避免了生產延遲，提高作業效率。
航拍建模的 OSGB 模型數據具有多細節層次（Level of Detail，LOD），系統可以根據用戶的瀏覽時和場景的距離顯示不同精度的 LOD 層級模型，提高數據展示渲染的高效性。
HT 和 GIS 的集成方案中可提供根據經緯度和海拔數據構建漫游線路，讓用戶以第一人稱的視角按照指定線路對鋼廠區進行巡檢漫游，在制定線路的時候可以參考重點區域或智能化水平較高的區域進行制定，給用戶呈現鋼鐵廠重點發展區域以及智能化發展成效。
數字經濟已成為全球經濟發展的主線，推動著各類產業和全社會的數字化智能化轉型。圖撲軟件堅持創新驅動，通過先進技術創新，加快“鋼鐵智慧化”進程。融合 5G、云計算、大數據、邊緣計算等技術的鋼鐵智慧解決方案，切實解決企業在生產中存在的行業痛點，在提高生產效率、降低生產成本、保障人員安全方面效果顯著，也為方大九鋼實現智能化升級提供全面提速。
責任編輯： 江曉蓓
標簽：方大九鋼,數字孿生智慧鋼廠
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