CN110619128A - 一种数字化工厂的建设方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种数字化工厂建设方法，包括：1)建立工厂三维模型，所述工厂三维模型包括工厂实体的三维模型、设备名称、位号、空间位置；2)基于所述工厂三维模型中工厂实体的设备名称及位号从电子档案中获取关于所述工厂实体的工程属性和参数数值；3)基于与所述工厂实体相关的工程图纸建立工厂三维模型的工厂实体之间的关联关系；4)以所述工厂三维模型作为可视化载体，结合各个工厂实体的工程属性和参数数值和各个工厂实体之间的关联关系构成数字化工厂的信息模型。本发明取代异构系统中数据的繁杂人工录入、校验，提高数字化工厂的建设效率和信息质量，同时解决了在役数字化工厂的建设难题。

Description

一种数字化工厂的建设方法

技术领域

本发明涉及工厂数据化技术，具体地，涉及一种数字化工厂的建设方法。

背景技术

随着大数据时代的到来，石油、煤炭和化工等工厂的运营和维护需要大量的数据支撑其具体业务域，工程建设项目也逐步向交付数字化工厂的模式延伸。数字化工厂是将工程建设期的设计、供应商、施工安装等静态信息交付给运营企业，再结合运行、维护、检修等产生的动态信息，构成与物理工厂对应的信息模型综合体。

由于工程建设过程涉及的众多EPC承包商、设计专业、供应商、施工安装单位等，各方采用的软件与系统各不相同，甚至同一个专业、相同的工作会有不同的软件和系统，集成所有交付的异构系统的复杂度超高，无法在石化运营企业的统一平台很好的展示和应用。这样必须要求针对每个项目的业主业务需求，所有相关数据交付方都使用相同的工程软件、采用相同的数据模板和表格，会给各方工作和执行带来很大的困难。长期以来，国内外针对这个问题的唯一解决方法就是在项目中采用统一供应商的信息化解决方案。各建设参与方希望能维持各自工作习惯，但始终未能获得成功，必须按照项目的需求做出改变。

同时，工程建设过程会伴随着项目的变更和修改，所以只有最终的纸质版竣工图纸、供应商的纸质版随机资料能确保信息的正确性，也是唯一具有质量法律效应的文件。即众多异构系统的过程文件在没有最终竣工图纸时都是不完全可靠的，也没有相关的质量控制手段。这样很多后续的数据采集都只能采用人工录入的方式，由于工程建设涉及的信息量太大，信息来源广泛，使得人工录入采集的信息的正确率很难保障，数字化工厂建设的效率太低。

更重要的是，基于软件和系统的数字化工厂建设方法仅适用于新建项目，而随着国内经济在前二十年的飞速发展，更多需要维护和运营的是在役工厂，对此情况，目前并没有任何解决方案。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为解决现有数字化工厂建设过程中存在的问题，本发明提供一种通用的数字化工厂建设方法。

根据本发明的数字化工厂建设方法包括：

1)建立工厂三维模型，所述工厂三维模型包括工厂实体的三维模型、设备名称、位号、空间位置；

2)基于所述工厂三维模型中工厂实体的设备名称及位号从电子档案中获取关于所述工厂实体的工程属性和参数数值；

3)基于与所述工厂实体相关的工程图纸建立工厂三维模型的工厂实体之间的关联关系；

4)以所述工厂三维模型作为可视化载体，结合各个工厂实体的工程属性和参数数值、工程资料、文档资料以及和各个工厂实体之间的关联关系构成数字化工厂的信息模型。

优选地，所述工厂三维模型还包括工厂实体的型号、功能用途、供应商信息。

优选地，步骤2)包括：

2.1)识别电子档案中设备数据表格中的文字及字符，基于设备名称及位号检索出关于所述工厂实体的表格；

2.2)将步骤2.1)中检索到的表格中的文字与工程属性集进行匹配，以确定工程属性；

2.3)基于所确定的工程属性，定位与所述工程属性对应的参数表格的位置，并基于所识别的字符确定所述工程属性的参数数值。

优选地，步骤3)包括：

3.1)将每一张工程图纸中的所有工厂实体的图例符号建立成一个图例集合；

3.2)基于所述工厂三维模型中工厂实体的图例符号在工程图纸中筛选出与所述工厂实体相关的工程图纸；

3.3)将所筛选出的工程图纸与所述工厂实体进行关联。

优选地，所述工厂实体的图例符号包含所述工厂实体的位号。

优选地，步骤4)包括：将每个工厂实体的工程属性和参数数值以及与其关联的工程图纸和文档资料链接到所述工厂三维模型的工厂实体三维模型上。

优选地，所述电子档案包括扫描的工程图纸和文档资料。

优选地，按照统一设定的尺寸、清晰度扫描工程图纸和文档资料。

通过从电子化的工程资料中提取关于设备属性与特征参数值的信息，以及通过工程图纸建立工厂实体之间的关联关系，并且通过三维模型作为可视化载体，将上述信息模型加载到数据平台中，从而取代异构系统中数据的繁杂人工录入、检验，提高数字化工厂的建设效率和信息质量，同时解决了在役数字化工厂的建设难题。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1为根据本发明的示例性实施方案的数字化工厂建设方法的流程图；

图2为示例性设备数据表格；

图3为示例性工程图纸；

图4为根据本发明的示例性实施方案的数字化工厂建设方法的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

以下参考图1详细描述根据本发明示例性实施方案的数字化工厂建设方法，其主要包括以下步骤：

步骤1：建立工厂三维模型，所述工厂三维模型包括工厂实体的三维模型、设备名称、位置、位号。

所述工厂三维模型是数字化工厂的可视化载体，包括工厂所有实体的三维模型，同时还包括工厂实体的设备名称、安装位置、位号(编号)。此外，所述工厂三维模型还可以包括工厂实体的类型(型号)、功能用途、供应商信息等等。这些信息通过结构化的数据进行组织和存储。本领域技术人员应当理解，所述工厂三维模型所包含的信息不仅于以上，也可以包括其他信息。

步骤2：基于所述工厂模型中工厂实体的设备名称及位号从电子档案中获取关于所述工厂实体的工程属性和参数数值。

所述电子档案包括电子版的工程图纸和文档资料，也即扫描的工程图纸和文档资料。优选地，按照统一设定的尺寸、清晰度扫描工程图纸和文档资料以获得电子版的工程图纸和文档资料。

所述文档资料包括工程资料、运维技术资料、制造资料等，其可以是数据表、材料表、规格书、索引表、记录文件、说明文件、计算文件等等，并可以扩展至具有表格和符号的企业管理类、项目管理类、金融经济类、法律合同等文档资料。

在一个示例中，首先识别电子档案中设备数据表格中的文字。可以利用现有的表格、文字识别方法进行识别。对工厂实体的设备名称及位号进行检索，以在电子档案中识别出与具有该位号的设备名称相关的设备数据表格。

例如，通过检索位号(设备编号)为E-101C/F、设备名称为吸附进料换热器的工厂实体的设备数据表格，在电子档案中检索到如图2所示的管壳式换热器数据表。其中，所圈部分分别是位号数据栏以及设备名称数据栏。

可以在表格的所有文字中直接检索具体的设备名称和设备编号，也可以先通过“设备编号”和“设备名称”定位位号和名称所在的数据栏，再与所检索的具体位号和设备名称进行匹配，以确定该表格是否为符合条件的设备数据表格。

接下来，将所检索到的表格中的文字与工程属性集进行匹配，以确定所述表格中所包含的工程属性。

工程属性集是在所属领域所应用的所有工程属性的集合，以字符串的形式表示。其可以根据实际应用建立，也可以利用现有的工程属性集。

如果所识别出的文字与工程属性集中的其中一个属性相匹配，则确定了所述工程属性。

接着，通过所确定的工程属性，定位与所述工程属性对应的参数表格的位置，并基于所识别的字符确定所述工程属性的参数数值。

以图2所示的管壳式换热器数据表为例，其中，通过将表格中的文字与工程属性集进行匹配，确定了所述表格中包含了流量、温度、进口压力等工程属性。通过定位对应的参数表格的位置以及所识别出的字符，确定这些工程属性的具体参数数值。

步骤3：基于与所述工厂实体相关的工程图纸建立工厂三维模型的工厂实体之间的关联关系。

首选，将每一张工程图纸中的所有工厂实体的图例符号建立成一个图例集合。也即，每一张工程图纸都具有一个对应的图例集合。

工程图纸中的图例符号可以通过以下方式获得：

基于预先获取的工程图纸电子档案的图例符号和其中所包含的字符编码分别创建图例符号数据集以及与其对应的编码数据集；

对所述编码数据集中的数字和英文字母进行重新组合，形成新的编码数据集；

基于所创建的图例符号数据集和编码数据集以及所形成的新的编码数据集，通过机器学习算法创建图例符号的增强分类器和字符编码的增强分类器；

对于待处理的工程图纸电子档案，基于所设置的窗口尺寸和扫描步长，利用窗口扫描法识别图例符号的位置，通过所述图例符号的增强分类器识别图例符号，并通过所述字符编码的增强分类器识别所述图例符号中的字符编码。

接下来，基于所述工厂三维模型中工厂实体的图例符号在工程图纸中筛选出与所述工厂实体相关的工程图纸。

当工程图纸是基于位号机制的，则其中的图例符号所包含的字符编码为工厂对象位号。基于所述工厂实体的图例符号在工程图纸中筛选相关的工程图纸，也即是基于工厂实体的图例符号本身以及位号共同筛选相关的工程图纸。图3为示例性的工程图纸，其中，圆形的符号以及方形的符号即为图例符号。

最后，将所筛选出的工程图纸与所述工厂实体进行关联。

通过以上方式，能够确定所述工程图纸中的图例集合与其他工程图纸的图例集合的关系。也即，确定所述工程图纸的图例集合与其他工程图纸的图例集合是否存在具有相同位号的工厂实体。如果存在，则将这两张工程图纸同时关联到所述工厂实体。

例如，一张工程图纸中具有位号为D-110、P-102、E-103、C-520、FI-326的工厂实体，而另一张工程图纸中具有位号为D-110、D-520、D-301的工厂实体，则可以将这两张工程图纸同时关联到D-110这个工厂实体，将这两张工程图纸链接起来。

对于工厂模型中的全部工厂实体重复执行以上过程，将各种电子档案建立成数字化档案，以将信息综合到数字化工厂中。

步骤4：以所述工厂三维模型作为可视化载体，结合各个工厂实体的工程属性和参数数值、工程资料、文档资料以及各个工厂实体之间的关联关系构成数字化工厂的信息模型。

基于包含各个工厂实体的工厂三维模型，将每个工厂实体的工程属性和参数数值，以及通过工厂实体所建立的工程图纸之间的关联关系，构成数字化工厂的信息模型。

图4为根据本发明的示例性实施方案的数字化工厂建设方法的示意图。如图4所示，工厂三维模型中的其中一个工厂实体的设备名称为“流量变送器”，位号为“FT-001”。

基于位号为“FT-001”、设备名称为“流量变送器”的工厂实体，从例如为“工艺数字化档案”、“机械数字化档案”、“建造数字化档案”、“运维数字化档案”等数字化档案中获取关于“流量变送器FT-001”的各种变送器属性，例如操作温度、内件材质、量程、信号传输方式、维修策略、时间记录等。

基于位号为“FT-001”、设备名称为“流量变送器”的工厂实体，从所有工程图纸中筛选出与“流量变送器FT-001”相关的工程图纸，例如管道及仪表流程图、双线回路图、安装图。附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。

通过相似的方式，基于工厂三维模型中的其他工厂实体将电子档案和工程图纸关联起来，则建立起了最终的数字化工厂。

根据本发明的数字化工厂建设方法，通过三维模型描述空间信息，以及通过各类电子档案描述详细信息、通过工程图纸展示工厂实体之间的关联关系信息，这三部分共同构成数字化工厂的信息模型，并能够借助于同一个平台进行可视化展示和数据分析应用。

Claims (8)

1.一种数字化工厂建设方法，其特征在于，包括：

1)建立工厂三维模型，所述工厂三维模型包括工厂实体的三维模型、设备名称、位号、空间位置；

2)基于所述工厂三维模型中工厂实体的设备名称及位号从电子档案中获取关于所述工厂实体的工程属性和参数数值；

3)基于与所述工厂实体相关的工程图纸建立工厂三维模型的工厂实体之间的关联关系；

4)以所述工厂三维模型作为可视化载体，结合各个工厂实体的工程属性和参数数值、工程资料、文档资料以及各个工厂实体之间的关联关系构成数字化工厂的信息模型。

2.根据权利要求1所述的数字化工厂建设方法，其特征在于，所述工厂三维模型还包括工厂实体的型号、功能用途、供应商信息。

3.根据权利要求1所述的数字化工厂建设方法，其特征在于，步骤2)包括：

2.1)识别电子档案中设备数据表格中的文字及字符，基于设备名称及位号检索出关于所述工厂实体的表格；

2.2)将步骤2.1)中检索到的表格中的文字与工程属性集进行匹配，以确定工程属性；

2.3)基于所确定的工程属性，定位与所述工程属性对应的参数表格的位置，并基于所识别的字符确定所述工程属性的参数数值。

4.根据权利要求1所述的数字化工厂建设方法，其特征在于，步骤3)包括：

3.1)将每一张工程图纸中的所有工厂实体的图例符号建立成一个图例集合；

3.2)基于所述工厂三维模型中工厂实体的图例符号在工程图纸中筛选出与所述工厂实体相关的工程图纸；

3.3)将所筛选出的工程图纸与所述工厂实体进行关联。

5.根据权利要求1所述的数字化工厂建设方法，其特征在于，所述工厂实体的图例符号包含所述工厂实体的位号。

6.根据权利要求1所述的数字化工厂建设方法，其特征在于，步骤4)包括：将每个工厂实体的工程属性和参数数值以及与其关联的工程图纸和文档资料链接到所述工厂三维模型的工厂实体三维模型上。

7.根据权利要求1所述的数字化工厂建设方法，其特征在于，所述电子档案包括扫描的工程图纸和文档资料。

8.根据权利要求7所述的数字化工厂建设方法，其特征在于，按照统一设定的尺寸、清晰度扫描工程图纸和文档资料。