張鶴 王永濤 劉京軍 彭巍 陳馨 韋彬
近年來，國家不斷推出各項政策推動數字化技術發展與應用。2020年9月，國務院國資委正式印發了《關于加快推進國有企業數字化轉型工作的通知》，就推動國有企業數字化轉型做出全面部署，強調了進一步強化數據驅動、集成創新、合作共贏等數字化轉型理念，要建設基礎數字化技術平臺，以技術賦能，全面推進數字產業化發展。
2015年，工業和信息化部、國家標準化管理委員會聯合發布了《國家智能制造標準體系建設指南（2015年版）》（以下簡稱《指南》），其中智能工廠部分包含建設規劃、系統集成、智能管理、智能生產等，并未包含數字化相關內容。2018年，發布了新版本的《指南》，智能工廠部分加入了智能工廠的設計、建造和交付標準，其中數字化交付成為智能工廠交付的關鍵標準，主要內容包括交付內容、深度要求、流程要求等交付標準，從而確保建成的智能工廠達到預定建設目標，交付數據資料滿足智能工廠運營維護要求。2021年，再次更新《指南》，專注于智能工廠設計和智能工廠交付，數字化交付依然是智能工廠的關鍵技術。從《指南》的歷年變更中，可以看出，推進智能制造，數字化是智能化的基礎，推進鋼鐵行業數字化轉型，其關鍵是工程的數字化交付。
但是，目前工程公司仍是以卷冊形式向生產企業交付工程資料，工程設計、建造期的信息數據無法被生產企業的生產、運維、MES、PCS等系統直接利用，即工程交付存在信息屏障，隔斷了數據信息的傳遞，造成人力及數據資源的極大浪費，這是目前鋼鐵行業數字化轉型中的行業困境。解決這一困境的關鍵在于實現工程建造期的數字化交付，建立工廠的數字地圖，實現工程數據“數字化檔案館”形式的集中交付。
數字化交付概念
數字化交付目標為實現工程數據“數字化檔案館”形式的集中交付，建立起工廠的數字地圖。如何建立工廠數字化地圖，可以借鑒百度地圖、高德地圖等電子地圖的構建。通過電子地圖，我們可以查看某個場所的名稱、地點、附近的美食、酒店信息等，并且顯示的信息根據場所類別有所不同，比如酒店顯示的信息為房型、價格，飯店顯示的信息為菜品、人均消費，住宅顯示的信息為房價等。實際上，電子地圖中的每個場所、每個建筑在后臺都是一個POI點（即“信息點”），通過POI點定義了名稱、位置信息、類別信息、屬性信息（附近的酒店飯店商鋪等信息）。
對于一家鋼鐵生產企業，包含眾多的生產線與能源公輔系統，每條生產線包含若干生產設備，每臺設備又需要供電、供水、供氣，生產線設備與各能源公輔系統交織組成了一張工廠大網。建立工廠的數字地圖，首先要定義每個工廠對象的位置信息，包括工廠的空間物理位置與系統位置；其次要建立工廠對象的分類，不同的類別建立不同的屬性定義規則；最后要保證工程建造期屬性信息傳遞的唯一性與準確性，將屬性信息通過代碼化表達，建立工廠物料編碼規則。
數字化工廠的數據基礎
目前，建立工廠三維地圖的數據基礎包括：工廠對象的位置、分類及屬性定義。冶金工廠是多生產單元、多系統交叉的網狀結構，很難將每個工廠對象的位置信息準確表達。目前做法是對工廠逐層分解至生產單元、車間，車間內生產線分解至分區、機組、子機組、成套設備、設備單體，車間內系統分解至子系統、單體。如此，通過空間分解確定生產線設備唯一位置，通過系統分解確定公輔系統設備唯一位置。即根據空間布置或工藝流程，按照一定的分類原則和編碼體系進行組織，形成反映工廠對象的樹狀結構，這個樹狀結構稱之為工廠分解結構（PBS），工廠分解結構中的每個節點都是一個工廠對象，把這個節點按分類原則進行代碼化表達，就是工廠位置標識碼。
通常一個工廠對象具有十余條乃至數十條屬性，確保這些屬性信息在工程設計、采購、建造、交付直至運維的各階段間傳遞的完整性與準確性是一個難點。如果將這些屬性按照一定的規則進行分類并代碼化表達，這樣，無論有多少條屬性信息都會簡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。
根據功能或結構等特征對工廠對象分類，同類別的工廠對象具有相同的屬性定義，不同的分類具有不同的屬性定義，關聯不同的文檔，描述工廠對象的分類、屬性、專業文檔類型及其關聯關系，稱之為工廠對象類庫。冶金工廠對象一般可分為工藝設備、公輔設備、電氣設備、儀器儀表、通信與計算機、起重運輸設備、總圖、管線、其他設備等。類庫具有父子繼承關系，子類將繼承父類的屬性。
工廠標識碼、物料分類及屬性、類庫構成了數字化交付的數據基礎。其中，標識碼是工廠對象的唯一標識，物料編碼是工廠對象屬性的標準化表征，類庫是工廠對象的數據組織結構。
數字化交付的數據組織
數字化交付內容包括三維模型、數據及文檔。目前，三維模型的生產方法包括正向設計建模、二維圖紙翻模、傾斜攝影實景建模、三維激光掃描建模等方法，但無論采用哪種方法建模，首先應確保工廠對象單體的獨立性，可被獨立識別并可賦予屬性。其次，模型應根據PBS進行組織，最重要的是模型中應附帶編碼，包括標識碼與物料編碼。對于正向設計，鋼鐵設計專業多、軟件雜，難以建立統一的賦碼機制，可開發編碼管理平臺提供統一編碼規則的數據服務，設計軟件與編碼平臺進行數據集成，實現設計過程的自動賦碼，從而在設計階段為工程注入數字化基因，成為數字化工廠的起點。
文檔包括設計、采購、施工等階段產生的圖紙、數據表、規格書、記錄表等。其中，圖紙包括工藝布置圖、設備布置圖、工藝流程圖、管道軸測圖、各種系統圖、管道布置圖、電纜布置圖等各種施工圖，設備總裝圖，安裝圖，易損件、操作更換件零件圖等設備設計圖；數據表包括設備表、管道表、儀表索引表等索引類數據表，設備數據表、儀表數據表、電氣數據表、閥門規格書等數據表；規格書包括設備說明書、維修手冊、使用手冊等各種設備技術文件；記錄表包括各種施工安裝記錄、試驗記錄、試運行記錄、驗收報告等。以上文檔應設置統一的文件編號規則，能夠通過編號解析文檔分類、用途、來源等信息，以滿足后期數字資產多維度查詢功能，文件編號應包含標識碼字段，以便自動建立與工廠對象之間的關聯關系。
一般來講，項目由設計單位、供應商單位、施工單位等多方參與共同完成，數字化交付的內容也應包含項目所有參與方在各階段產生的數據、文檔，需要構建完整的項目信息管理系統，才能實現各參與方、各階段信息的不斷有序匯集。
所有的模型、數據，都匯聚到數字化交付平臺中，形成可表達工廠對象及其關聯關系的“網狀數據”結構，從而實現實體物理工廠的數字重構，依托交付平臺實現工程信息“數字化檔案館”形式的集中交付。基于交付平臺，可將一座工廠逐層分解至每一個工廠對象，每個節點都掛接了相應的屬性信息及文檔。
交付平臺應具備如下基本功能：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；數據組織管理功能，可按項目要求配置交付標準，包括標識碼規則，類庫規則，可按項目交付標準組織項目數據；輕量化三維圖形引擎功能，交付平臺應具有聯合工廠級的模型承載能力以及較快的模型加載速度。可擴展功能，交付平臺預留工廠EMS、ERP及MES等數據接口，實現工程建造信息到運維系統的無縫銜接，平臺具備自動更新能力，可獲取存量平臺的資產更新信息，保證虛擬資產與現實資產的一致性。
基于上述基本功能，交付平臺應具有一定的數據查詢與應用功能，包括二、三維可視化工廠信息的瀏覽、綜合查詢、檢索和測量，全局模式、PBS分區模式、系統模式、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端和手機等移動端瀏覽器查閱項目資料的功能等。
數據基礎建設、數據標準化治理是數字化交付的重要基礎工作，鋼鐵工廠從設計、供貨、施工安裝到運維，參與方眾多，數字化編碼各成系統，應建立一套統一的數字化編碼標準，構建工廠數字化描述的共通語境，打造鋼鐵數字化產業生態圈，推進行業數字化轉型升級發展。
數字化工廠、智能工廠建設技術路線圖
《中國冶金報》（2024年07月16日 05版五版）
