基于PIM的智慧工厂解决方案

基于PIM的智慧工厂解决方案(简介)机械工业第六设计研究院有限公司智能与信息工程院目录第一部分企业简介及成功案例 4第1章企业简介 4第2章典型成功案例 52.1沈阳机床（集团）公司数控机床及成套装备技改项目 52.2浙江中烟工业有限公司杭州卷烟厂三维综合信息系统 52.3徐工集团工程机械股份有限公司装载机制造智能化项目升级扩建工程三维工厂建设信息化项目 62.4宇通智慧工厂总体建设规划技术咨询项目 62.4我院主编：以PIM技术为核心的国家标准《制造工业工程设计信息模型应用标准》 6第3章承接项目优势 7第二部分智慧工厂的概念 8第4章智慧工厂的定义及愿景 84.1智慧工厂的定义 84.2智慧工厂的特征 94.3智慧工厂的愿景 9第三部分智慧工厂整体解决方案 16第5章智慧的建造 175.1基于PIM的智慧建造增值服务方案概述 175.1.1背景 175.1.2智慧建造的目标 185.1.3总体方案的组成 195.2基于PIM的虚拟设计与虚拟建造服务 195.2.1主要服务内容 195.2.2各阶段提供的服务组合方案 205.3基于PIM的协作平台 205.3.1概述 205.3.2软件功能描述 205.3.3硬件部署 215.4基于PIM的精益建造管理信息集成平台 215.4.1概述 215.4.2软件功能描述 22项目前期资料管理模块 22项目策划管理模块 22进度管理模块 22投资控制管理模块 22质量管理模块 23合同管理模块 23后期运行评价管理模块 235.5基于PIM的设施设备运维信息集成平台 235.5.1概述 235.5.2软件功能描述 24智慧工厂模型管理 24模型信息资源管理模块 24设施设备运维管理模块 24安全生产管理模块 245.6基于PIM的综合展示扩展应用 255.6.1概述 255.6.2主要扩展应用描述 26第6章智慧的建筑设施系统 26第7章智慧的生产 31第8章智慧的决策 33第一部分企业简介及成功案例第1章企业简介机械工业第六设计研究院有限公司创建于1951年，是拥有国家工程设计综合甲级资质的大型综合设计研究院，隶属中央大型企业集团中国机械工业集团有限公司。公司是国家首批获得建筑智能化工程设计与施工一体化一级资质的单位之一，具有安全技术防范工程一级资质，具有工信部颁发的通信用户管线建设施工资质，并通过ISO9001质量管理体系，ISO14001环境管理体系，GB/T28001职业健康安全管理体系“三标一体化”认证。公司下属智能与信息工程院，成立于1993年，是我国最早开展智能与信息化业务的单位之一，已完成的一千余项智能与信息化设计、咨询、软件开发及工程总承包项目中，荣获各类奖项50余项，其中国家及部级以上奖项十余项。智能与信息化设计水平在国内处于领先水平，设计理念超前、施工配套优化、系统集成度高，河南省内重大民用建筑工程智能与信息设计、数据中心项目设计几乎全部由我院完成。我院在数字化、智能化工厂的设计、咨询方面在国内同行中居于领先地位，以沈阳机床集团数控产业园项目荣获2009年全国智能化设计一等奖为代表的工业项目更是充分体现我院在工业领域的领先优势（本奖项设置以来唯一获得一等奖的工业项目），基于PIM（PlantInformationModeling工厂信息模型化）的三维综合信息系统数字工厂平台正在杭州卷烟厂、合肥卷烟厂易地技改项目中实施，更是在行业内的首创，项目实现从模拟建造、项目管理到项目竣工后的可视化运营维护，以及日后改、扩建的全生命周期管理，从而体现了工业化、信息化、智能化相融合的创新模式，实现真正意义上的数字工厂和智慧工厂。本院对智慧工厂的定位是将设计、工程、服务溶为一体，真正实现一条龙交钥匙的工程公司，并对工业建筑功能有较深理解的专业公司，在业内兢兢业业、实实在在的工作中积累了大量的设计及工程经验，本所充分了解总包单位的工作流程和方式，有能力在项目时间紧、系统复杂、质量要求高的情况下，为用户提供从咨询、规划、设计到施工、安装、调试、开通、验收、培训和维护等全方位、一条龙式的服务，提供经过优化组合、系统集成、节约投资和能源、充分满足用户要求、实用可靠的整体解决方案。本院专门从事智能化系统设计、工程的技术人员有丰富的设计经验和工程经验，并且掌握与智能系统被控对象相关的电器、设备设施专业知识，以保证对遇到的各类问题的及时正确处理，保证各系统的工程质量及各系统的顺利连调，以及全系统与项目竣工的同步开通。本院是以技术能力见长,以设计为先导的信息化系统集成公司,不同于设备供应商和工程承包商，并不直接从事硬件生产和产品研发，而是活跃在用户和制造厂商之间，根据用户需求提供经过优化的系统设计方案，选择不同厂商的产品进行适当的配置和组合，以自己的专业技术和丰富的经验为用户构筑一个先进、适用、经济、可靠的系统，并承担对用户的培训和系统运行跟踪服务。智能与信息工程院技术力量雄厚，拥有一支高素质的技术与管理队伍，在本专业领域拥有各类专业技术人员150多人，硕士以上学历40％，本科以上学历90％。其中：建设部建筑智能化技术专家2人，全国建筑智能化行业创新人才4人，高级工程师20人，国家注册电气工程师4人，一、二级注册建造师（国家一、二级项目经理）20人，计算机信息系统集成项目经理15人，数据中心（机房）规划设计师、软件设计师等获国家执业资格各类工程师20多人，拥有自动化、通信工程、计算机、软件开发等专业工程师80多人。第2章典型成功案例2.1沈阳机床（集团）公司数控机床及成套装备技改项目该项目是我国机床行业建设规模最大的项目，占地78万㎡。智能与信息设计功能完善、涉及面广，充分体现了信息化融合工业化的数字化工厂理念，被誉为“中国最大的智能化、网络化工厂”。2009年荣获全国优秀工程设计智能化专业一等奖。2.2浙江中烟工业公司杭州卷烟厂易地技改项目三维综合信息系统本项目是我院在与美国微软（中国）公司、上海江达（法国达索中国授权增值服务商）等共四家实力雄厚的国内外公司的激烈竞争中，以工业化与信息化融合的技术优势中标。项目首次在国内工程建设项目中应用三维可视化全生命周期管理。该项目基于三维工厂信息模型，实现从模拟建造、项目管理到项目竣工后的可视化运营维护，以及日后改、扩建的全生命周期管理。体现了工业化产业和信息化技术相融合的创新模式，在产业技术融合中提升了项目的工业化水平，实现真正意义上的数字工厂和虚拟工厂。2010年荣获全国创新杯（国内唯一的工业项目）。郑州煤机、秦川机床三维信息模型项目2011年再次荣获全国创新杯。其他同类实施项目业绩：安徽中烟工业公司合肥卷烟厂易地技改项目三维综合信息系统湖南中烟工业公司四平卷烟厂易地技改项目三维综合信息系统河南中烟工业公司许昌卷烟厂易地技改项目三维综合信息系统2.3徐工集团工程机械股份有限公司装载机制造智能化项目升级扩建工程三维工厂建设信息化项目该项目为三维工厂建筑模型信息化技术在重型机械行业的首次应用，该项目通过三维可视化技术，为业主方、设计方、施工方的深度沟通、达成共识提供了一个很好的交互平台，该项目中应用的动态碰撞分析的技术为国际首创，通过对其整个工厂工艺流程的动态模拟，提供多种的非标设备离散性生产方案，项目建成后将成为绿色制造、智能化制造、智慧工厂的典范。2.4宇通智慧工厂总体建设规划技术咨询项目本项目是我院在与美国IBM、思科等公司竞争中，以先进的、切合工厂实际情况的智慧工厂设计理念予以承接本项目。宇通智慧工厂是以智能技术、数字技术、信息技术为基础，通过物理基础设施和信息基础设施的融合，整合园区内的人员、机器、设备和基础设施实施多系统之间实时的管理、协调和控制，在此基础上，可以以更加精细和动态的方式管理生产，达到“智慧”状态，从而提高工厂的管理效率和生产效率。2.4我院主编：以PIM技术为核心的国家标准《制造工业工程设计信息模型应用标准》本规范适用于制造工业建设工程设计阶段的三维数字化设计应用及交付过程。旨在明确并规范工厂信息模型的应用方式、各阶段专业模型交付的详细程度、各阶段不同专业模型构件的制作详细程度,以及相应的数据参数要求,为设计企业、行业客户及相关施工企业提供三维数字化设计应用的质量依据和实施规范。该标准实施必将促进工业化和信息化技术相融合的进程，为数字工厂和虚拟工厂的建设打下信息化平台。第3章承接项目优势专业人才优势：智慧工厂各个系统分工明确，精工细分，本专业领域拥有一级注册建造师（项目经理）、注册电气工程师、注册公用设备工程师（暖通空调、给水排水、动力）、注册造价师、计算机信息系统集成项目经理、综合布线认证工程师、安全防范工程系统认证工程师、软件开发工程师、数据中心规划认证工程师等国家各类执业技术人员，有能力满足工业化、智能化、数字化、信息化融合智慧工厂建设的技术支持要求。领域融合优势：作为机械工业设计研究院，我们对机械工厂的各种生产环境以及生产工艺有着60年的经验积累，熟知各种类型机械工厂的生产环境，管理模式，同时我院综合了科研单位、设计院、施工单位、电信运营商等不同企业的资源、技术、实施经验等优势，以其扎实雄厚的专业实力、牢靠持久的企业商誉、先进实用的工程理念、优质高效的售后服务，倍受合作方及用户的信赖。业务优势：智慧工厂作为工厂工程建设的基础之一，项目建设工程中，必然会与工艺、土建、电气等专业进行交叉和协作，做为综合性的设计研究院，我院水、暖通、电气、动力、工艺、结构、建筑、工艺、自控、通讯等各专业齐全，各类专业技术人员、各相关人员会配合智能化专业做好本专业的实施，同时也会协助业主方处理好与其他相关专业的接口协调工作，减少工程界面及接口。在工程实施过程中，协助业主处理实施中遇到急切的技术难题，以保证设计指导实施，实施实现设计，从而为业主方提供全方位技术服务。全生命周期服务优势：我院对智慧工厂建设立足于为业主提供从前期规划咨询、可行性研究、初步设计、施工图设计、深化设计、工程承包、运营维护等全生命周期项目服务，基于PIM的三维综合信息系统数字工厂平台实现从模拟建造、项目管理到项目竣工后的可视化运营维护，以及日后改、扩建的全生命周期管理，从而体现了工业化、信息化、智能化相融合的创新模式，实现真正意义上的数字工厂和智慧工厂。第二部分智慧工厂的概念第4章智慧工厂的定义及愿景4.1智慧工厂的定义随着科学技术的进步，越来越多的高新技术用于工厂的建设中，工厂也变的逐渐智能起来。但人类的追求也永无止境，为了适应世界经济一体化的发展，人们需要一个更加智慧的工厂，以满足工厂内生产、生活、管理的更高要求。我院所理解的智慧工厂就是以智能技术、数字技术、信息技术为基础，通过物理基础设施和信息基础设施的融合，整合工厂内的人员、机器、设备和基础设施实施多系统之间实时的管理、协调和控制，在此基础上，可以以更加精细和动态的方式管理生产，达到“智慧”状态，从而提高工厂的管理效率和生产效率。图4-1智慧工厂的定义就像人之所以拥有智慧，正是人可以凭借着视觉、触觉、嗅觉、听觉从外界感知信息，然后转化为大脑可以理解的信息，凭借着以前的知识、经验对信息进行整理、分析，然后决策，最后采取正确的反应和行动。所以智慧的工厂也是一样，通过智能化的感知系统采集信息，然后通过数字化转化为计算机可以理解的信息，通过信息系统的处理、分析，最后形成最优的决策，然后通过智能化系统中的自动化控制技术、显示技术以对事件做出最佳的动作。4.2智慧工厂的特征智慧工厂是一个由企业不同园区间相互组成网络，包括智慧的创新网络、智慧的制造网络和智慧的管理网络，是建立在“云计算”（更确切的是“云制造”）基础上的，其物理基础是互联网、无线网和物联网，应该具有更透彻的感知、更广泛的互联互通、更深入的智能化的特征。1、更透彻的感知更透彻的感知指的不仅仅是现在我们能从网络所获取到的数字信息，而是包括从射频识别(RFID)装置、传感器、摄像头、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备所能感知到的数字信息，也就是说，人们可以在任何时间、任何地点，通过多种方式感知、测量、捕获和传递信息。2、更广泛的互联互通更广泛的互联互通是指通过各种形式的高速的高带宽的通信网络工具，将个人电子设备、生产设备、建筑设施、和工厂信息系统中收集和储存的分散的信息及数据连接起来，进行交互和多方共享。从而更好地对环境和业务状况进行实时监控，从全局的角度分析形势并实时解决问题，使得工作和任务可以通过多方协作来得以远程完成，从而彻底地改变了整个工厂的运作方式。3、更深入的智能化更深入的智能化是指深入分析收集到的数据，以获取更加新颖、系统且全面的洞察来解决特定问题。这要求使用先进技术(如数据挖掘和分析工具、科学模型和功能强大的运算系统)来处理复杂的数据分析、汇总和计算，以便整合和分析海量的跨地域、跨行业和职能部门的数据和信息，并将特定的知识应用到特定行业，特定的场景，特定的解决方案中以更好地支持决策和行动。4.3智慧工厂的愿景企业园区主要由组织（人）、基础设施、生产设备、能源、通信以及业务等系统组成，这些系统不是零散的，而是以一种协作的方式相互衔接。未来的智慧工厂，就是能够充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合工厂运行核心系统的各项关键信息，从而对于包括建造、运维管理、办公环境、沟通交流、能源管理、安全管理、生产设施管理等的各种需求做出智能的响应，为工厂提供一个高效、安全、节能、环保、舒适的生产、研发、销售和管理环境的绿色高科技、可持续发展工业园区。图4-1智慧工厂的未来未来的智慧工厂将会是一个信息物理融合的智慧工厂。它是一个计算机网络、通信网络、控制网络、物联网相互连接的，综合计算、网络、感知、控制、沟通的信息物理融合网络。通过计算（Computation）、通信（Communication）感知（Sensor）和控制（Control）的有机融合与深度协作，实现系统的实时感知、动态控制和信息服务。通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。同时每一个单独的系统都是一个智能体，通过将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治的能力，系统之间紧密结合与协调，达到更加智慧的状态。未来的智慧工厂将是一个虚拟与现实相融合的智慧工厂。工厂的所有物理实体和行为活动均通过各种手段实现了数字化和虚拟化，形成一个伴随物理世界同步运转的可视化的智慧仿真工厂。这个智慧仿真工厂通过即时的数据交互接口和现实工厂的实体对象之间保持动态联系，实时反映实体之间以及实体与外界间的信息交换活动与实体本身全生命周期中的状态变化，并能根据丰富的历史数据和专家知识预测工厂各项活动的发展趋势，为智慧工厂的管理提供一种可视的、动态的、及时的、准确的、智慧的管理。未来的智慧工厂将会是一个体现绿色云制造的智慧工厂。在“制造即服务”理念的基础上，通过将企业的制造全生命周期活动中的各类制造设备（如工业设备、计算设备）及制造过程中的各种模型、数据、软件、领域知识数字化，借助于信息物理融合网络形成可实时感知、动态控制的资源，实现制造资源的虚拟化、优化调度和协同互联，建立起共享制造资源的服务平台，将巨大的制造资源池连接在一起，提供各种制造服务，实现制造资源与服务的开放协作、资源高度共享。我们将未来智慧工厂的愿景具体分为以下四个部分：1、智慧的建造智慧建造是综合利用信息技术、并行工程、系统仿真、项目管理、建筑生产管理等多种技术手段，以精益建造为核心目标的建设过程。可视化管理方面：基于工厂信息模型（PIM）进行设计和成品交付，一方面，工程相关参与方人员能够利用精确的PIM模型讨论施工安排和管理绩效；另一方面，施工人员能够在详细而准确的图纸指导下展开施工。同时针对管线复杂的区域，采用导出模型效果图现场张贴的办法，进行指导，由模型导出的效果图，其最大作用就是所见即所得，能有效地帮助工人、管理人员、监理及业主直观的对照现场的实物，及早地发现问题和解决问题。在施工现场发生变更要求的时候，能够利用PIM模型进行变更方案可行性和变更影响模拟推敲，较好的控制变更带来的不确定性。在形象进度控制和安全建造生产管理方面，配合视频监控和模型多媒体资料关联技术，可以将现场画面直观的反馈给项目相关方管理人员，更好地实现管理控制。虚拟设计建造方面：在工厂建成之前即通过虚拟设计对预期的建成运行效果进行风、光、电、热、声及污染扩散等建筑性能仿真分析，结合分析结果评估方案能耗，优化设计方案，实现绿色工厂节能、环保和可持续发展；在施工建造开始之前对预期的施工方案进行建造工艺模拟，对场地、运输、施工顺序等进行优化，并合理调度工序间衔接、减少材料缓冲库存、提高设备机具利用率，及时发现问题，实现精益施工管理。进度控制方面：应用PIM工具分析出施工难度大、作业时间长、交叉面较多的位置，便于进行机电的整体进度安排，模拟施工建造顺序，减少现场协调的工作量和难度和返工引起的进度延误。并通过建立节点形象进度模型进行仅对比对的方式，能有效地帮助管理人员、监理及业主直观的发现进度延误问题，及时调整计划，确保项目工期。成本控制方面：应用PIM工具对设计方案机电各管线的工程量、物料需求进行统计，便于实现管线的远程工厂化预制，最大限度减少损耗、缩短工期。利用三维管线综合优化管线设计方案、施工工艺，避免因错漏碰缺和系统施工顺序失误引发的返工浪费。质量控制方面：利用PIM模型的可视化功能，可以对设计方案进行全方位审核，及时发现并排除不符合建设意图的设计，对设计质量进行控制；利用PIM模型的信息集成功能，一方面可以建立施工过程质量记录档案，另一方面可以将材料报验、阶段验收资料和模型关联，便于对比设计要求和覆盖范围，对施工质量进行控制关联。运维管理方面：通过无处不在的感知设备和自动识别技术，以及互相连接的网络，采用多层次的系统整合与信息传递，对建筑设施的设备、环境、能源、安全进行现场数据的自动采集、共享集成、管理和控制。在基于PIM模型的基础上，可以实现与工厂智能化集成系统、安防系统、MES系统、OA、ERP等信息系统基于空间位置信息的集成，能够实现RFID应用、固定资产管理、故障报修管理等应用中空间位置信息的自动定位；在故障运维中能够提供自动管路拓扑分析和影响范围分析，并通过二三维资料关联功能将相关设施设备的设计图纸、施工建设资料、备件资料、供应商资料等自动关联显示，根据历史维护工单记录自动提供维修建议，并借助统一通信平台向相关联系人自动发送报修申请、订货通知，向相关监控系统发送运维故障状态报告，并自动调用相应的视频监控画面。利用传感器和设备监控系统，自动监控设备运行状态，进行维护计划和基于运维专家库的故障预测提醒，保证生产设备设施资源及环境满足生产运营要求。2、智慧的建筑设施系统智慧的建筑设施管理通过无处不在的感知设备，以及互相连接的网络，采用多层次的系统整合与信息传递，对建筑设施的设备、环境、能源、安全进行智慧的管理和控制，以及为办公、生产、管理提供智慧的手段。办公管理方面：通过统一的计算机网络、通信网络以及多媒体会议系统、广播系统、信息集成发布系统、一卡通集成系统、楼宇控制系统、智能照明系统等多种智能化系统的综合应用为企业工厂的工作人员提供良好的办公环境和高效的办公手段。例如，当有人在物业管理系统上预定了一间会议室举行会议，系统将自动通过统一通信系统的短消息系统发布到与会人员的手机上，同时通过集成的信息发布系统将会议通知发布到工厂内的信息发布平台上，当会议开始前，系统自动打开空调控制系统将会议室温度调到合适的温度，将智能照明系统调到欢迎模式上，当会议开始后，通过集成的多媒体会议系统在讨论模式、演讲模式场景中自动切换，同时通过会议录播系统对会议进行录制、归档，以备后期查阅，当会议结束后，系统将转换到清扫模式，当清扫完成后，会议室被关闭后，门禁系统自动感知关闭空调、灯光。所以只有这些系统的深度集成和整合才能为工厂创造出智慧的办公环境和办公手段。沟通交流方面：把多种通信手段和方式（包括手机、固定电话、传真、短信、电子邮件、即时通信、视屏会议等）通过将语音，数据，视频和消息有效的整合在一起，使用户不受所处地点、时间、所使用终端类型、运营商网络条件、信息媒介类型等等条件限制，都可以实现实时和有效的沟通，实现文字、语音、图像等各种媒介信息流的高效流动。还可以将通信系统作为IT系统的统一信息交换平台，通过开放的应用接口，实现通信资源和通信能力向其它业务应用的开放，实现各种信息媒介流在企业IT应用、办公系统、及生产系统之间的智能流动，实现各业务系统间信息流的自动交换，实现协同办公和移动办公。通过通信系统手段无缝的嵌入到各种企业IT信息化平台和业务流程的各个阶段之中，借助通信技术带来的高效沟通机制，减少业务延迟，提高工作效率，在降低成本的同时提高了生产力和灵活性，更好的为生产制造、运维管理、市场营销和客户服务。智慧的沟通交流使用户从关注通信方式到关注沟通效率，整合各种通信手段，整合各种信息媒介，是通信系统具备了更有效、更人性化、更智慧的特点。安全管理方面：通过视频安防监控系统、门禁及出入口控制系统、防盗报警系统、巡更管理、消防报警系统、动力能源环境监控系统、访客管理系统、停车场管理系统进行深度的集成和充分的整合，并通过统一的软件界面实现视频、控制、报警、联动、数据的综合性应用处理，同时提供针对性的预案联动机制对整个工厂的人身财产安全、生产秩序保证提供一个综合性的安全管理平台。智慧的安全管理系统需要提供的不仅仅是简单的系统之间的硬集成，而是通过一个统一的平台，提供底层之间的基于业务之间的集成。能源管理方面：通过实时监视现有硬件设备的能源消耗及分析，同时提供水、电、汽等能源的虚拟数据。实现能耗可视化管理和效果评估，从而可以全面了解和掌握能源消耗的总体情况，精确记录各个环节和设备的能耗状况了解和分析能耗特性和趋势；发现能耗的异常消耗点,通过管理手段和技术改造降低能耗费用；并且能按能源类型，按成本中心进行能耗费用的分摊，避免不正常的能源成本增长及罚款。通过智慧的能源管理，让企业在能源的使用方面更加安全、可靠、高效、经济和环保。应急管理方面：由于生产操作的不规范、人为麻痹大意、自然灾害、突发事件等多种原因造成的安全生产问题都可能给企业造成无法估量的损失。当工厂发生紧急突发事件后，通过一个包含网络、视频监控、视频会议、统一通信在内的应急指挥支撑平台，将不同部门的信息资源有机整合在一起，通过整合，各个相互割裂的网络可以连通起来、不同通信网络中的终端都可以与中心进行实时的沟通，并同步、快速地接收指令信号，通过整合，可以快速、全面的为各级领导提供实时、准确的事件信息，从而有效的对信息进行智能分析，提高决策的时效性，最终确保在紧急情况下以及时、全面、安全、便捷的信息阻止事件进一步的恶化，减少财产损失和负面影响，在日常工作中整个系统还可发挥应有的指挥互联、信息共享作用。3、智慧的生产管理智慧的通过生产管理智能支持平台、生产过程智能控制、先进物流自动化实现智慧化的生产。智慧的生产管理就是在生产环节进行精细化、智能化的管理，将生产设备联网与MES有效的集成，每一步都通过数字采集，通过条码管理、RFID应用，把数据信息采集到信息系统，可以追踪到生产过程每一个步骤是哪一个人做的，可以追踪是哪个环节出的问题，哪一段信息不完整。通过我们的车间精细管理、通过物资的精细管理，最终实现生产过程的全程电子追踪。通过运维系统和数控生产设备、视频系统进行集成，当某一个厂区发生问题的时候，运维系统自动报警，报警之后可以通过切换视频系统，监控到这个厂区到底发生什么问题，在运维系统就会有工作单的生成，这个工单设置好之后会发送给相关的维修人员，这个时候维修人员在系统里面接到他的工作单以后，他就去到这台机器上去检修这台设备。整个生产设施监控系统可以实现从自动采集到自动联动、到自动生成作业单，到自动派工，从而可以及时解决出现的问题。智慧生产设施监控还可以时时察看到每一台设备的运行情况，如果设备发生了故障，如果这个设备需要修理得到话，整个资源管理的产能情况就会发生变化，从而对整个生产的计划、物资的计划，都会发生一个实时的调整计划。4、智慧的决策智慧的决策就是通过多种渠道自动获取和交换信息，消除信息壁垒，将个体与相关各方整合为一个协同团体，共同制定更智慧的决策。智慧的决策通过内人、财、物各种信息全面连通，全过程跟踪企业的方方面面，从而通过各种可视化的数据分析仪表盘，分析市场和客户情况，提出解决方法；分析订单执行情况，提出解决方法；分析企业生产过程中的瓶颈问题，提出解决预案；分析产品的成本情况，提出改进方向；分析企业财务情况，提出解决方法；分析产品使用、服务情况，帮助用户用好产品；分析员工情况，提出培养、帮助和利用员工的途径。第三部分智慧工厂整体解决方案解决方案划分为四个部分：智慧工厂建设内容智慧的建造以建设信息化为基础，通过建筑性能仿真分析、工艺仿真分析、厂区物流、工厂布置优化、可视化设计、碰撞检查分析、进度模拟等一系列的三维数字化工厂信息模型服务，贯穿于整个智慧工厂的方案规划、设计建造、运维管理，为后期的智慧工厂实现提供基础的信息。智慧的建筑设施管理以建筑设施智能化为基础，通过无处不在的感知设备，以及互相连接的网络，采用多层次的系统整合与信息传递，对建筑设施的设备、环境、能源、安全进行智慧的管理和控制。智慧的生产以生产设施智能化为基础，通过生产管理智能支持平台、生产过程智能控制、先进物流自动化实现智慧化的生产。智慧的决策以运营信息化为基础通过多种渠道自动获取和交换信息，消除信息壁垒，将个体与相关各方整合为一个协同团体，共同制定更智慧的决策。智慧工厂结构功能图下面我们将根据以上四部分提供我们的智慧工厂整体解决方案。第5章智慧的建造5.1基于PIM的智慧建造增值服务方案概述5.1.1背景在制造业，工程项目建设始终围绕着企业生产运营的规模发展和技术改造，企业所有的活动均服务于生产和管理利益最大化的目的，建筑及设施系统也不例外。由于工程项目建设过程包含了业主建设意图传递与物化实现过程、各阶段相关参与方工作的协作过程以及相互割裂的建构筑物的设计、建造、安装过程，通常具有唯一性、复杂性和不确定性的特点。据统计，在工程建设过程中，仅有5%的活动能为业主增加价值，60%的活动是辅助价值产生所必需的流程，35%的活动是纯粹无价值增加的活动。同时，建造过程因沟通理解偏差产生的设计方案返工、施工返工、采购返工在施工建造过程中进度延误、成本浪费的常见因素中首位；而受传统二维图纸局限，项目还伴随这工程量难以统计准确、成本控制困难等一系列问题。从企业信息化实施的层面来说，无论设计院、建筑安装公司还是制造业工厂，虽然各自都不同程度的实现了企业内部的信息化管理，但是在同一个工程项目建设过程中却仍以信息孤岛形式合作，相互之间的传递的主要文件仍然以传统二维图纸方式进行，不能由信息系统自动识别提取数据，在上下游企业间实现协同。这也导致每一个下游企业都必须进行一次信息录入，也因为信息传递过程中的裁剪、加工，导致最终运行维护所需资料遗失不全、或繁杂难用。针对这些现象，国际上工程建设业界推出了精益建造、工厂信息模型、物流仿真分析、建筑性能仿真分析、并行工程等先进设计建造技术，利用精益思想的指导和信息技术的支持，最大程度优化建造各参与方协作流程，利用可视化技术改善沟通效率，通过可视化漫游与仿真分析手段让业主提前评估方案实施效果来消除方案的不确定性，减少变更并消除工程项目建造过程的浪费，并利用建设信息模型的集成与传递为项目竣工后的运营维护尽可能的提供增值服务。我院针对制造业的特点，结合业界发展趋势，在工厂信息模型技术基础上引入工艺设备及物流生产仿真技术和精益建造理念，并融合建筑智能化、生产智能化、运营信息化相关技术，提出了智慧建造的理念，即：在工程项目中各阶段均面向用户最终的运行使用目标和利益，面向设施设备全生命周期的运维和改造需求，在三维可视化工厂信息模型基础之上的精益建造过程。5.1.2智慧建造的目标智慧建造的目标如下：将工厂的建构筑物、设施系统和传感物联网络数字化，形成具备完整工厂实物属性信息、空间信息和感知信息的虚拟化工厂信息模型，为智慧工厂各种信息化应用系统提供直接面向设施、空间及物联网对象的技术支撑；利用工厂信息模型的属性信息，对智慧工厂各物联网对象建立行为模型,通过仿真优化技术预测运行效果，避免设计方案偏差，保证建设智慧工厂、绿色工厂等意图充分贯彻在设计方案中；充分发掘三维工厂模型的直观优势，在工程项目建设过程中采用可视化辅助沟通，尽可能的消灭沟通误解，排除错漏碰缺等现象，消灭各种浪费和返工；利用三维工厂模型的构件准确的优势，辅助工程量统计，加强成本控制；利用三维工厂信息模型信息集成和继承的优势，实现智慧工厂建设信息全生命周期管理和建设过程的多方协同，提升建设信息和设施运维管理水平。5.1.3总体方案的组成智慧建造的核心是我院自主开发形成的一系列基于工厂信息模型（PIM，PlantInformationModeling）的智慧建造增值解决方案，主要包含技术服务和软件平台两大部分，全面覆盖制造业工厂建设过程全生命周期。图6-1基于PIM的智慧建造增值方案组成内容5.2基于PIM的虚拟设计与虚拟建造服务5.2.1主要服务内容工厂信息模型承载的几何信息和空间信息，以及集成的各种建造信息，能够被计算机有效的识别和计算，因此可以借助工厂信息模型相关工具进行辅助模拟建造，预先识别可能存在的问题。本方案主要涉及的相关服务如下：整个工厂相关系统虚拟设计建模服务：包括各工厂厂区工程各专业系统，各子项建构筑物土建及公用各专业系统的可视化建模、空间碰撞检查与设计验证。工艺仿真分析服务：各工厂物流及关键车间工艺生产能力与瓶颈分析。建筑性能分析服务：提供绿色建筑所需光、热、风、声环境分析，及污染扩散分析。施工建造阶段的虚拟建造服务：相关服务的主要交付物为分析报告、模拟演示文件和优化方案建议。5.2.2各阶段提供的服务组合方案在建设前期可以进行建筑性能分析、工艺流程仿真、产能推演、方案比较分析，优化建设方案；在设计阶段可以利用可视化模型辅助沟通，让业主可以参与到设计方案的讨论和确认中，确保方案体现业主的使用需求和价值目标；利用基于工厂信息模型的建筑性能分析，优化办公楼、恒温车间、焊装厂房、数据中心的建筑维护结构、空调气流组织方案、空调设备和电源设备选型，结合绿色建筑认证要求进行室内外光照、热辐射、风环境、噪声等专项性能分析模拟，实现绿色建筑、绿色工房和绿色数据中心建设；通过进行多专业协调、碰撞检查、空间分析和建造模拟优化布局和管线方案，提升设计质量，减少施工过程浪费。在建造阶段通过进行大型疑难构件建造安装工序模拟、形象进度模拟、现场施工组织优化模拟等优化施工方案，通过成本模型模拟计算任何阶段的实时成本，通过变更方案模拟控制变更等，快速解决施工现场的突发问题。5.3基于PIM的协作平台5.3.1概述能够将各协作方、各阶段信息关联于统一的工厂信息模型信息源是工厂信息模型技术的核心优势，在精益建造过程中，项目的各参建单位通过统一的协同平台，围绕集成了丰富信息的工厂信息模型，高效的进行协作办公。基于PIM的协作平台由硬件平台和软件系统共同组成，软件系统主要用于实现协作办公，硬件平台主要用于为信息集成存储、提供核心服务运算环境和实现各方信息交换通信。5.3.2软件功能描述系统的主要功能包括：设计成品远程同步：通过授权，将深化设计图纸、工厂信息模型及相关设计文档以电子版本交付，在一次性交付电子版本设计成品基础上，可以在整个建造阶段通过通信协议跨互联网和我院设计成品管理系统同步，及时更新变更图纸和模型版本，实现成品版本统一管理。图纸分发授权：通过针对不同子项、专业图纸的授权管理为业主项目部和项目相关参与方实现设计成品的在线或离线浏览使用，确保设计数据一致性获取。项目协同办公模块。主要是为项目各参与方提供项目协作工作流支持，包括设计、施工、业主等相关方流转文档的提交、审批、发布、签收、回复等功能和文档分类维护等功能，便于项目过程资料检索、获取。同时面向智慧工厂的设施运维搜集建设过程资料。5.3.3硬件部署系统硬件平台的部署拓扑示意如下图：图6-2基于PIM的协作平台拓扑示意图5.4基于PIM的精益建造管理信息集成平台5.4.1概述现代建设项目管理已经转变为对项目信息的管理，工厂信息模型作为建设项目的一个完整的信息载体，不但具有建造对象的几何信息和空间信息，还集成了策划阶段、方案阶段、设计阶段、建造阶段和运维阶段的信息，并且以三维可视化的方式直观的表达这些丰富的信息。基于工厂信息模型的精益建造管理强调以业主的需求为导向，以工厂信息模型为项目信息集成平台，综合生产管理理论和建筑管理理论，面向整个建造过程，对建造资源进行动态优化配置，持续的减少时间、成本和资金的浪费。我院提供的基于PIM的建造管理信息集成平台充分利用工厂信息模型的标准化结构、较准确的工程量清单和可视化、集成化、可协调等特点，将项目管理与工厂信息模型相结合，为实现精益建造项目管理提供软件工具。5.4.2软件功能描述基于PIM的建造管理信息集成平台系统模块及功能如下：项目前期资料管理模块主要是对前期策划所形成的文件进行保存和维护，并提供查询的功能。项目策划管理模块在这个模块当中，主要是基于工厂信息模型确立工程子项编码体系和对关联工程进行WBS分解。每一个生产工厂的建筑物、空间分区、和建筑构件编码都是唯一的，其对应的工作编码也是唯一的，是将工厂信息模型作为同一数据源整合设计、采购、建造安装、项目管理的信息的基础。在项目管理过程中，网络分析、成本管理、数据的储存、分析、统计都依靠编码来识别，编码设计对项目的整个计划及管理系统的运行效率都有很大的影响。进度管理模块该模块的主要是对工期目标和施工总进度计划、单位工程施工进度计划、分部（项）工程施工进度计划、季度、月（旬）作业计划等进行管理。该模块提供基于工厂信息模型形象进度控制的方法，利用三维模型建立可视化的关键节点模型，通过计划迭代更新版本维护及现场施工图片、视频反馈手段实现直观的进度比对控制。投资控制管理模块结合关键节点形象进度模型，可以进行较准确的阶段建设目标工程量统计，从而编制出阶段建设概算和预算，按各子项目、按项目实施的各个分阶段进行投资分配，进而在工程进展的过程中，控制每个子项目、每一阶段的实际投资支出，确保项目投资目标实现。通过建立基于工厂信息模型的投资控制模型和实际投资进展模型，可用于将实际投资与计划投资的动态跟踪比较，进行项目投资趋势分析，为项目管理人员采取决策措施提供依据。质量管理模块质量管理是一个质量保证体系，包括设计质量、施工质量和设备质量，是通过以验收为核心流程的规范管理，它主要通过各种质量文档的分类管理来实现。质量控制模块是用于对设计质量、施工质量和设备安装质量等的控制和管理，它的功能是提供有关工程质量的信息，也为后期工厂运维提供较为完善的施工验收及设备设施产品资料。另外，还提供资料与设备设施构件模型关联的功能，利用相关工厂信息模型与现场施工图片、质量文档等的关联实现可视化管理。合同管理模块工程合同管理是对工程项目中相关合同文档的管理，可以和工厂信息模型相关系统进行关联。后期运行评价管理模块主要是反映项目运行以后的状况，也对反映工程项目整体管理工作的数据进行汇总，为业主、最终用户、承包商、分包商、监理机构、施工方等提供了一些后期总结数据。5.5基于PIM的设施设备运维信息集成平台5.5.1概述利用项目竣工信息模型，可以将前期建造过程中的信息加以复用，实现工厂工程项目在设计与建造阶段信息向运维阶段的集成延伸，确保建筑及设施设备信息在建设工程全生命周期的数据源一致，同时能在运维过程中提供较完整的资料库和可视化的检索、分析手段。系统模块及功能如下：图6-3基于PIM的设施设备运维信息集成平台功能框架5.5.2软件功能描述基于PIM的设施设备运维信息集成平台系统模块及功能如下：智慧工厂模型管理主要针对各工厂竣工模型、竣工图纸进行管理，建立基本的工厂、建筑物空间信息库，可以根据使用阶段改扩建的需要进行持续更新维护。模型信息资源管理模块主要用于结合空间及设施设备使用需要进行基本的分类和使用规划，并各根据需要定义附加在模型上的属性信息，以及配置关联信息的来源（包括输入、维护、显示界面以及联动系统的数据库来源）设施设备运维管理模块主要实现基于三维可视化的设施设备固定资产与运维管理功能，并根据模型的设计数据提供管路故障影响范围分析与管路拓扑分析，以及按照检修规程提供各预设的系统安装检修操作工艺模拟文件，帮助维护人员熟悉各建筑系统环境和作业标准，改善设施设备资源的维护水平，保障生产环境和装备正常运行，确保设施设备资源可用。安全生产管理模块主要包括设施设备运行状态监控，安全事故备案管理，以及各工厂安全生产应急预案管理，并可提供预设紧急状态下生产影响范围的模拟与事故排除步骤预演、应急措施模拟功能，为企业安全生产提供辅助。5.6基于PIM的综合展示扩展应用5.6.1概述智慧工厂的生产既依赖于由设施、设备、管线等构成的硬件环境，也依赖于信息系统的支撑，主要信息系统由智能化控制系统（自动控制的工艺设备、检测设备及建筑智能化设施设备）、制造执行系统（MES）、企业资源计划系统（ERP）、办公自动化系统（OA）组成。智慧工厂信息模型系统是虚拟化的工厂，是工厂信息集成的载体，除了要对自身的信息进行管理，还须能够和支撑工厂生产的信息系统进行集成。本方案提供三种集成方式：基于组件服务的无缝成、基于协议的集成、基于XML的数据集成。通过信息集成，智慧工厂信息模型能够在虚拟的三维工厂中可视化的展示工厂生产过程中产生的数据信息及设施设备的实时参数。通过信息集成，支撑工厂生产的信息系统能够访问三维智慧工厂信息模型管理的信息和集成的信息。三维智慧工厂信息模型就像信息总线一样在虚拟的三维工厂将各个级别的信息整合在一起。参见下图：图6-4基于PIM的综合展示扩展集成平台5.6.2主要扩展应用描述利用基于PIM的设施设备运维信息集成平台扩展接口，可以充分利用工厂信息模型直观、富含信息的特点进行智慧工厂的综合展示，包括：企业概览展示：用于企业展厅，结合各工厂的三维模型整合多媒体音像素材进行企业总体情况介绍，并可结合实物沙盘实现联动控制，增强参观者的参观感受。智慧工厂导引展示：用于工厂多媒体导引系统，为各工厂来访客人指引目的地所处位置。应急预案宣传展示：用于工厂公告系统，作为企业日常宣传内容进行应急预案模拟路线的展示宣贯，提高员工的安全意识。设施运行综合展示：用于总控中心，与视频监控、智能化集成系统集成后，可包括基于三维地理位置的设备运行状态监控、生产视频监控轮询和设备运维提醒。能耗运行综合展示：用于总控中心，主要展示各分区或各职能单位的能耗指标，以及能耗运行异常警示信息。第6章智慧的建筑设施系统智慧的建筑设施的规划，不是简单的将多个分系统堆积在一起，而是要将它们有机地组合在一个大的智慧的建筑设施系统中。作为智慧的建筑设施系统总体规划设计，需要解决各分系统界面上的许多工程问题，如分系统繁多，如何统筹考虑布线管路走向，统一安排供电、接地，合理的设计各系统之间的功能范围，避免重复配置等。作为智慧的建筑设施系统总体规划设计，还需要和建筑物的土建、安装、装修等许多专业单位发生联系，掌握建筑物结构，提出技术要求，解决施工实践种的各种问题。作为智慧的建筑设施系统总体规划设计，有责任为业主全面地考虑建设问题。所以我们所担当的不仅仅是咨询和顾问的角色，同时也是工程实施的管理和负责人。我们认为作为智慧的建筑设施系统集成商，我们为用户提供的是全面的解决方案，无论是方案的设计还是实际施工，都应该从整体上去考虑，以避免各相关的子系统之间出现脱节或冲突的情况。因此，我们在方案规划设计中，充分地考虑各子系统之间的相关性，在建设各个子系统的基础上，形成整体的智慧的建筑设施系统，并通过系统集成，实现设备共享、数据共享、信息共享、应用共享，有效地利用在系统设备上的投资。所以本次针对智慧工厂的项目，我们的总体规划设计思路是在建筑结构和设施基础之上，将智慧工厂的建筑环境结构、智能化系统、用户需求服务和管理四个基本要素进行优化组合，以办公服务和建筑设备设施监控为主线，智能化应用系统为支撑，建立综合信息集成、楼宇自动化集成、通讯自动化、基础平台及保护系统。在此基础上以系统集成，功能集成，网络集成和软件应用集成等多种集成技术进而实现综合信息集成系统(IBMS)。总体概括为以信息化基础设施建设为龙头，以信息资源建设为核心，以应用系统建设为重点，构建以办公信息为核心的信息交换平台，以综合管理为核心信息服务平台，以智慧工厂智慧的建筑设施系统综合控制为核心的可视化管理平台，形成以办公为一体的信息网络。智慧工厂的建筑设施系统总共包括了综合布线系统、信息网络系统等，共十几个子系统。从系统建成后的日常应用出发，我们将这十几个系统主要可分为五个大部分：信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统、智能化集成系统，另外还有辅助系统和机房工程。图7-1智慧的建筑设施系统结构图1、信息设施系统信息设施系统是指为确保建筑物与外部信息通信网的互联及信息畅通，对语音、数据、图像和多媒体等各类信息予以接收、交换、传输、存储、检索和显示等进行综合处理的信息设备系统。一般包括通信接入系统、统一通信系统、信息网络系统、综合布线系统、有线电视及卫星电视接收系统、广播系统、会议系统及其他相关的通信子系统在设计时，我们将信息设施系统分为两部分考虑，一部分主要是为智慧工厂的物业管理提供服务手段，主要包括有线电视系统、有线广播系统、会议系统、电话交换系统等。这些子系统与智慧工厂的业务没有直接的联系，但是，作为它们为智慧工厂的物业管理服务，在智慧工厂内创造一个安全、舒适的环境，同时也作为管理的手段，帮助智慧工厂的后勤管理部门做好管理工作。因此，系统规划设计时，在满足功能需求的前提下，我们也考虑了系统的性价比，以较低的代价实现较好的功能。另一部分主要是以计算机网络系统应用为基础，为智慧工厂内部各项管理、办公应用提供数据信息平台。这部分系统中包括综合布线系统、计算机网络系统、信息发布及引导系统、统一通信系统。其中，综合布线是公共信息应用系统的物理链路，负责在硬件上为各类应用提供连接。而计算机网络系统则是在综合布线系统基础上，通过运用先进的计算机技术，提供一个覆盖整个智慧工厂的数据传输平台。2、信息化应用系统信息化应用系统是智能化系统中与智慧工厂业务直接相关，并对智慧工厂业务起支持作用的系统。这些系统是日常使用的系统，并且与具体应用关系紧密。对这些系统，我们采用了针对性的设计，在综合考虑系统性能的基础上，还根据智慧工厂的实际情况，作了相应的配置。在规划设计中，我们着重考虑了系统的扩展性、先进性。3、建筑设备管理系统智慧工厂建筑设备管理系统是为满足对建筑设施内各类机电设备的监视、控制及测量的要求，以期达到运行安全、可靠、节省能源、节省人力和提高管理水平的目的。它的功能包括：网络化设备运行监控及管理平台、空调及冷热源系统设备监控、给排水设备监控、变配电设备监控、照明及灯光控制管理、电梯运行监控，以及设备节能管理，设备运行数据管理，设备故障报警管理等。本此项目的设计方案的重点是节省能源和为现代化设备管理打下基础。而且从智慧工厂自身的行业特点出发，采取足够的设计力度把各种机电设备纳入建筑设备控制系统，进行合理的时间调度和控制，一定可以获得相当可观的中长期回报，对于这方面的投资，是非常有效益的。4、公共安全系统公共安全系统是智慧工厂的重要组成部分，也是智慧工厂安全、智能化管理的体现，对于保护内部工作人员的人身安全及财产，具有重要意义。智慧工厂的特点是分工细、协同性工作多，设备、人员和资料信息的管理繁琐重杂，一但管理不善出现疏漏，会造成不可估量的损失和后果。目前，由于规模的限制，大部分安防器材供应商只能提供比较单一的产品，因而各系统间很难实现联动集成，故难以形成高效的一体化集成，整个工程的可实施性及可用性都大打折扣。我们此次在设计中着重考虑公共安全系统的集成性，为保障智慧工厂的安全提供了有效途径，同时也可大大提高管理水平。另一方面，因为这些系统的投入不能直接产生效益，在应用上主要还是以满足需求为主，先进性不是主要的，但需要比较好的可用性，以适合智慧工厂的日常使用。因此，系统规划设计时，在满足功能需求的前提下，我们也考虑了系统的性价比，以较低的代价实现较好的功能。5、智能化集成系统智能建筑的基本问题实质上是信息、资源和任务的综合共享与全局一体化的综合管理。它实现的核心是系统集成，也就是说通过系统集成实现综合共享，提高服务质量和工作效率，达到多快、好省和高效的目的。所以本方案在系统集成方案设计中采用了符合国际标准的开放的现在总线、网络协议和软件体系，楼宇设备自动控制系统与其它符合国际标准的系统及设备互联都将是非常方便的。对于不能符合国际标准或行业标准的系统或设备则要求供货商或厂商开放通信接口并提供通信协议，仍可以实现与本系统的互联和集成。智能化系统的核心是全方位的系统集成，这需要一个整体的服务来实现。本设计方案所表达的仅仅是我们为用户提供整体服务的一个重要组成部分，我们的设计已经充分考虑到了系统的实现、运行、维护、调整和更新，反映了我们为用户提供整体服务的思想。6、机房工程稳定、可靠运行要依靠机房的严格的环境条件，即机房温度、湿度、洁噪声、振动、静电、电磁干扰等条件及其控制精度，因此机房工程的设计与施工也日益被人们所重视起来。特别是对于数据中心这样的重点设施，不仅要考虑机房的温度、湿度、洁净度、照度，防静电，防干扰，防震动，防雷电，防火防鼠等等常规要求，还要满足规定的环境安全、设备安全、介质安全要求。本此设计所采用的新材料、先进设备、创新工艺和领先技术，目的是为了更好地保证机房的温度、湿度、洁净度、照度、防静电、防干扰、防震动、防雷电、实时监控等，充分满足计算机设备的安全可靠地运行，延长计算机系统使用寿命。同时本着人性化设计的理念，给机房管理人员创造一个舒适、典雅的环境，以提高作业品质和提高工作效率。因此，在设计上要求充分考虑工艺流程、设备布局、功能划分、整体效果、装饰风格，充分体现现代机房的特点和