高超超

(國(guó)網(wǎng)慶陽(yáng)供電公司，甘肅 慶陽(yáng) 745000)

0 引 言

隨著2013年“第四次工業(yè)革命”的推出，新的全球性技術(shù)革命迅速興起，以互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、數(shù)字化等技術(shù)為驅(qū)動(dòng)加速全球進(jìn)入“萬(wàn)物互聯(lián)”的數(shù)字化時(shí)代。美國(guó)、歐洲的發(fā)達(dá)國(guó)家相繼制定了本國(guó)的數(shù)字化時(shí)代的發(fā)展戰(zhàn)略。2015年我國(guó)的國(guó)務(wù)院印發(fā)《中國(guó)制造2025》，在國(guó)家層面部署全面推進(jìn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略，其中數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造作為主線(xiàn)。到2020年末，在北京召開(kāi)的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議指出：“要大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)”。為實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)向智能智造的轉(zhuǎn)型升級(jí)，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界圍繞大數(shù)據(jù)(Big Data)、物聯(lián)網(wǎng)(internet of things,IOT)、云計(jì)算(Cloud Computing)、人工智能(Artificial Intelligence)、區(qū)塊鏈(Block Chain)等新興技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展了大量研究和實(shí)踐[1]。國(guó)家電網(wǎng)2020年以來(lái)在數(shù)字新基建領(lǐng)域投入247億元，全面部署電網(wǎng)數(shù)字化平臺(tái)等10項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，打造國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的能源電商平臺(tái)和全球規(guī)模最大的智慧車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)[2]。

智能制造中的數(shù)字化是通過(guò)智能產(chǎn)品和傳感器，把現(xiàn)實(shí)世界中的物理對(duì)象一一映射成數(shù)字世界的數(shù)字對(duì)象，形成數(shù)字孿生并同通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)同步更新。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)每個(gè)不同場(chǎng)景的算法模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的洞察和預(yù)測(cè)，以此驅(qū)動(dòng)管理測(cè)層的決策和行動(dòng)。自從數(shù)字孿生技術(shù)提出后，在眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。在電網(wǎng)領(lǐng)域中，西門(mén)子通過(guò)將 MindSphere與Teamcente?軟件、Siemens 的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理協(xié)同工具相結(jié)合，提供具體電氣數(shù)字雙胞胎服務(wù)[3]。GE通過(guò)在 Predix 平臺(tái)上為每個(gè)設(shè)備創(chuàng)建 DT 來(lái)構(gòu)建數(shù)字風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)，以?xún)?yōu)化維護(hù)策略，提高可靠性，并增加能源生產(chǎn)[4]。文獻(xiàn)[5]構(gòu)建了基于數(shù)字孿生的能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃平臺(tái)-CloudIPES；文獻(xiàn)[6]構(gòu)建了逆變器的數(shù)字孿生模型；文獻(xiàn)[7]開(kāi)發(fā)了光伏發(fā)電裝置的數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)了光伏板的故障診斷。文獻(xiàn)[8]探討了智慧能源系統(tǒng)數(shù)字孿生的定義、通用架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用案例；文獻(xiàn)[9]提出了一種基于數(shù)字孿生的電網(wǎng)在線(xiàn)分析系統(tǒng)架構(gòu)，具有秒級(jí)相應(yīng)速度；文獻(xiàn)[10]建立了電池管理系統(tǒng)的數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)了電池管理系統(tǒng)的故障診斷，提高了電池使用壽命。文中重點(diǎn)對(duì)熱電廠通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)集成達(dá)到數(shù)字化、可視化的智能管理水平，實(shí)現(xiàn)熱電廠各環(huán)節(jié)萬(wàn)物互聯(lián)，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理，應(yīng)用便捷靈活的特征。

1 數(shù)字孿生

1.1 概 述

“孿生”的概念起源于美國(guó)國(guó)家航空航天局的太空發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃之一“阿波羅計(jì)劃”，2003年前后，關(guān)于數(shù)字孿生的設(shè)想首次出現(xiàn)于Grieves教授在美國(guó)密歇根大學(xué)的課程上。在Grieves教授的設(shè)想中，數(shù)字孿生的思想已經(jīng)基本構(gòu)建出來(lái)，即在虛擬空間構(gòu)建的數(shù)字模型與物理實(shí)體交互映射，真實(shí)地描述物理對(duì)象全生命周期的運(yùn)行軌跡。但當(dāng)時(shí)“Digital Twin”一詞還沒(méi)有被正式提出，直到2010年 ，在美國(guó)國(guó)家航空航天局的技術(shù)報(bào)告中“Digital Twin”一詞被正式提出，并且美國(guó)國(guó)家航空航天局也定義“Digital Twin”為“集成了多物理量、多尺度、多概率的系統(tǒng)或飛行器仿真過(guò)程”。

數(shù)字孿生是一種包含諸多學(xué)科知識(shí)提取出的概念，可以被視為一個(gè)或多個(gè)重要的、彼此依賴(lài)的物理對(duì)象系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。數(shù)據(jù)孿生具有互操作性、可擴(kuò)展性、實(shí)時(shí)性、保真性、閉環(huán)性等特性。其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)孿生架構(gòu)圖

1.2 技術(shù)體系

數(shù)字孿生是對(duì)物理對(duì)象以數(shù)值的方式拷貝模擬的方式，通過(guò)一個(gè)真實(shí)的設(shè)備進(jìn)行虛擬仿真實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的全流程制造過(guò)程甚至是整個(gè)工廠的資產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化的現(xiàn)象,數(shù)字化的目的在于了解資產(chǎn)狀況的變化并實(shí)時(shí)作出反應(yīng),改善工廠經(jīng)營(yíng)狀況并挖掘附加產(chǎn)值。對(duì)于數(shù)字孿生的全過(guò)程，我們首先需要為物理世界中的物理對(duì)象構(gòu)建可靠的數(shù)字模型，這意味著需要使用知識(shí)機(jī)理、數(shù)字化和其他技術(shù)構(gòu)建數(shù)字模型。建模還需要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集、傳輸、同步和增強(qiáng)來(lái)自現(xiàn)實(shí)世界物理實(shí)體的元信息數(shù)據(jù)，以獲得可用于我們企業(yè)的通用數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)允許在數(shù)字世界中模擬和分析虛擬模型，在此基礎(chǔ)上，我們可以使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)在數(shù)字世界中完全復(fù)制這些模型，使人們能夠通過(guò)數(shù)字對(duì)象與物理實(shí)體進(jìn)行更友好的交互。在此基礎(chǔ)上，我們可以將人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)結(jié)合起來(lái)，為上下游和相關(guān)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)建描述、診斷、預(yù)警、預(yù)測(cè)和智能決策等通用應(yīng)用。

(1) 模型搭建層 通過(guò)將模型“數(shù)字化”，即對(duì)物理世界數(shù)字化，將現(xiàn)實(shí)世界的物理對(duì)象構(gòu)建成計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)所能識(shí)別的數(shù)字模型。通過(guò)數(shù)字孿生建模語(yǔ)言和建模工具實(shí)現(xiàn)概念模型，建立包括莫能行業(yè)務(wù)功能、對(duì)象模型庫(kù)、規(guī)則模型庫(kù)、信息模型組件的信息模型。

(2) 數(shù)據(jù)處理層 在該層中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為將物理世界對(duì)象本身的狀態(tài)信息數(shù)值化，并將這些信息轉(zhuǎn)換為可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)谋忍匦畔?、變提供了完整的解決方案。互動(dòng)性也是數(shù)字孿生的一個(gè)重要特征。該特性主要指物理對(duì)象與由計(jì)算機(jī)構(gòu)建的數(shù)字對(duì)象之間的互動(dòng)，數(shù)據(jù)互動(dòng)流程步驟包括信息同步、數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘、數(shù)據(jù)融通與跨系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、空間索引與實(shí)踐驅(qū)動(dòng)、信息強(qiáng)化，該特性可通過(guò)數(shù)字線(xiàn)程技術(shù)實(shí)現(xiàn)。處理流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程圖

(3) 仿真分析層 在該層中，通過(guò)對(duì)物理世界的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，通過(guò)將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)輸入到信息分析模塊進(jìn)行信息分析，信息分析模塊利用統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)、聚類(lèi)、演化、回歸、泛化等機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，將得出的結(jié)果通過(guò)虛擬模型展示。仿真分析的流程圖如圖3所示。

圖3 仿真分析流程圖

(4) 應(yīng)用層 通過(guò)三維空間分析技術(shù)、動(dòng)態(tài)單體仿真技術(shù)、空間流體技術(shù)、事件處理流程仿真技術(shù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)孿生的雙向映射關(guān)系。

(5) 支撐技術(shù) 數(shù)字孿生中的孿生數(shù)據(jù)繼承了物理感知數(shù)據(jù)、模型生成數(shù)據(jù)、虛實(shí)融合數(shù)據(jù)等多來(lái)源、多種類(lèi)、多結(jié)構(gòu)的海量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)高復(fù)雜性、實(shí)時(shí)性、閉環(huán)性等特征，所以需要大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、高速通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)的支撐。

(6) 安全 數(shù)據(jù)孿生的需要的數(shù)據(jù)涉及很多機(jī)密信息，需要注重隱私保護(hù)策略、數(shù)據(jù)可信交換、功能安全性等問(wèn)題。所以可以采用人工智能的方式進(jìn)行7×24 h的不間斷監(jiān)測(cè)。

1.3 應(yīng)用領(lǐng)域

現(xiàn)今數(shù)字孿生的發(fā)展得益于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、第五代通信技術(shù)等前沿信息技術(shù)的快速發(fā)展，以及硬件設(shè)備的發(fā)展使得機(jī)器能夠更加快速處理數(shù)據(jù)等，這也造就了近些年數(shù)字孿生的快速發(fā)展，服務(wù)于數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)革命的浪潮中。數(shù)字孿生應(yīng)用的領(lǐng)域包含但不限于以下領(lǐng)域中。

(1) 制造業(yè) 涉及制造業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證、生產(chǎn)規(guī)劃與執(zhí)行、質(zhì)量管理追溯與工藝優(yōu)化、能效管理與優(yōu)化、設(shè)備管理、遠(yuǎn)程檢測(cè)、預(yù)測(cè)性維護(hù)、虛擬巡檢、AR檢修等相關(guān)流程環(huán)節(jié)中。

(2) 電力 在電力系統(tǒng)中，數(shù)字孿生可實(shí)現(xiàn)電廠三維可視化管理、通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析實(shí)現(xiàn)電廠運(yùn)行優(yōu)化、對(duì)運(yùn)行中的電力設(shè)備進(jìn)行健康管理、通用電網(wǎng)模型構(gòu)建、電網(wǎng)設(shè)計(jì)及運(yùn)維等相關(guān)電力設(shè)備物理實(shí)體的三維可視化監(jiān)管和維護(hù)。

(3) 汽車(chē) 通過(guò)數(shù)字建模實(shí)現(xiàn)汽車(chē)研發(fā)環(huán)節(jié)驗(yàn)證、汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷與維護(hù)維修、不同環(huán)境行駛過(guò)程模擬等，減少必要成本的降低等。

(4) 健康醫(yī)療 通過(guò)數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能測(cè)試、設(shè)備故障預(yù)測(cè)、醫(yī)療資源管理優(yōu)化、策略變更驗(yàn)證、醫(yī)療與手術(shù)方案驗(yàn)證等。

(5) 船舶航運(yùn) 船艙設(shè)計(jì)優(yōu)化、遠(yuǎn)程交互、資產(chǎn)管理、船艙預(yù)測(cè)性維修、港口狀態(tài)檢測(cè)與決策優(yōu)化等。

(6) 環(huán)境保護(hù) 深林資源管理優(yōu)化、污水處理決策優(yōu)化、新能源運(yùn)行優(yōu)化與設(shè)備健康管理等。

(7) 城市管理 城市分析與規(guī)劃、動(dòng)態(tài)事件實(shí)時(shí)優(yōu)化、災(zāi)害模擬與影響預(yù)測(cè)、科學(xué)研究與虛擬實(shí)驗(yàn)、交通路線(xiàn)優(yōu)化等。

(8) 航空航天 飛行器故障預(yù)測(cè)、飛行器維護(hù)維修、機(jī)組人員安全、生產(chǎn)及裝配優(yōu)化、供應(yīng)鏈數(shù)字化、發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與管理等。

(9) 其他行業(yè) 數(shù)字孿生也涉及農(nóng)業(yè)、文化、教育、信息安全等領(lǐng)域，如對(duì)農(nóng)作物或牲畜進(jìn)行健康管理、對(duì)物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)、在課堂上實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備與場(chǎng)景虛擬仿真、對(duì)私有數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)等。

2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的熱電廠數(shù)字孿生系統(tǒng)

以熱電廠為背景，現(xiàn)今對(duì)于電廠的管理要求不斷提高，尤其是精細(xì)化管理，現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)已經(jīng)不能滿(mǎn)足管理需求。這主要表現(xiàn)在現(xiàn)有的電廠管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)覆蓋不全面、系統(tǒng)之間沒(méi)有進(jìn)行橫向打通，不同廠房產(chǎn)生的數(shù)據(jù)利用情況低，數(shù)據(jù)沒(méi)有進(jìn)行有效信息的挖掘分析，對(duì)于管理制度的標(biāo)準(zhǔn)化、流程化、智能化水平未達(dá)到現(xiàn)有技術(shù)水平可實(shí)現(xiàn)的基本標(biāo)準(zhǔn)，電廠依靠現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)維執(zhí)行效率不高，部門(mén)間、專(zhuān)業(yè)間、崗位間協(xié)同化運(yùn)作無(wú)支撐平臺(tái)，電廠的安全生產(chǎn)還存在風(fēng)險(xiǎn)。因此，響應(yīng)國(guó)家和公司戰(zhàn)略發(fā)展需求，利用前沿和新興技術(shù)對(duì)現(xiàn)有電廠管理系統(tǒng)進(jìn)行更新，實(shí)現(xiàn)電廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2.1 系統(tǒng)框架

這個(gè)系統(tǒng)采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，仿照開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)通信參考模型進(jìn)行系統(tǒng)的層級(jí)設(shè)計(jì)，確保每個(gè)層級(jí)要有通用性、穩(wěn)定性。通過(guò)功能屬性劃分包，來(lái)確定該層包含那些功能，以上層服務(wù)為導(dǎo)向，逐層級(jí)設(shè)計(jì)。將該數(shù)字孿生管理系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)支撐層、服務(wù)層、應(yīng)用層五層。

第一層數(shù)據(jù)采集層，主要功能為數(shù)據(jù)的獲取處理，分為新建及對(duì)接兩類(lèi)數(shù)據(jù)，新建數(shù)據(jù)包括影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、點(diǎn)云模型、人工模型、業(yè)務(wù)標(biāo)會(huì)等，工業(yè)電視畫(huà)面點(diǎn)位、門(mén)禁點(diǎn)位屬性、人員定位信息、設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)、檢修等業(yè)務(wù)專(zhuān)題數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)為對(duì)接數(shù)據(jù)。

第二層為數(shù)據(jù)層，接收數(shù)據(jù)采集層發(fā)送的數(shù)據(jù)，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)處理，對(duì)系統(tǒng)模塊提供遙感影響GIS數(shù)據(jù)支撐，三維地形場(chǎng)景支撐，三維模型數(shù)據(jù)支撐，電廠設(shè)備數(shù)據(jù)空間展示支撐，電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)。

第三層為平臺(tái)層，該層對(duì)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)層處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示前的數(shù)據(jù)處理，通過(guò)引入云平臺(tái)，物聯(lián)網(wǎng)引擎，空間數(shù)據(jù)管理引擎等利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

第四層服務(wù)層，該層利用物聯(lián)網(wǎng)，GIS空間分析，三維引擎等技術(shù)和工具搭建三維可視化場(chǎng)景，對(duì)各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行分類(lèi)監(jiān)測(cè)和管理。

第五層應(yīng)用層，該層通過(guò)對(duì)接業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行。如人員定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員監(jiān)督管理的應(yīng)用場(chǎng)景，視頻、門(mén)禁系統(tǒng)，面向安生業(yè)務(wù)系統(tǒng)等。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

文中的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的熱電廠數(shù)字孿生系統(tǒng)具有數(shù)字化、模型化、可視化、自動(dòng)化、決策科學(xué)化、集成化等特點(diǎn)。

數(shù)字化指的是通過(guò)覆蓋全廠的高速通信網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)設(shè)備傳感器組成的實(shí)時(shí)采集平臺(tái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程全生命周期的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，數(shù)據(jù)中心進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，方便管理人員管理熱電廠的運(yùn)行，提升管理人員對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)感知和監(jiān)控能力。

模型化是結(jié)合全廠與各種生產(chǎn)管理活動(dòng)相匹配的對(duì)作業(yè)環(huán)境、設(shè)備、生產(chǎn)工藝、業(yè)務(wù)模型和規(guī)則等進(jìn)行數(shù)據(jù)化建模。

可視化是將熱電廠中的設(shè)備進(jìn)行建模，在三維引擎中搭建的三維場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)全廠設(shè)備的三維可視化展示。通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)收集到的生產(chǎn)工藝、設(shè)備信息、作業(yè)票等數(shù)據(jù)集成，在顯示屏上給管理人員和工人提供直接的業(yè)務(wù)場(chǎng)景展示。

自動(dòng)化是指建設(shè)覆蓋全廠的分散控制系統(tǒng)、安全儀表系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程通過(guò)相關(guān)系統(tǒng)使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)式的監(jiān)測(cè)與控制。

決策科學(xué)化是指利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)處理方法，對(duì)全廠設(shè)備的信息狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、集中存儲(chǔ)、分類(lèi)，泛化、挖掘等處理，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題原因、進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，及時(shí)匯報(bào)給熱電廠中決策層的人員，實(shí)現(xiàn)決策層中決策的科學(xué)化。

集成化指的是建設(shè)企業(yè)信息集成平臺(tái)，以制造企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行管理系統(tǒng)為核心，向上支撐整企業(yè)的運(yùn)營(yíng)，向下與生產(chǎn)過(guò)程的中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)高度集成，將各自獨(dú)立的信息系統(tǒng)連接成為一個(gè)完整可靠和有效的整體。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

(1) 多學(xué)科交叉的建模技術(shù)，構(gòu)建高保真數(shù)字孿生熱電廠對(duì)象。

對(duì)物理世界中的物理對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)化的三維建模是描繪和理解物理世界的技術(shù)手段之一，利用設(shè)備采集的大量數(shù)據(jù)，檢查各環(huán)節(jié)資料的連續(xù)性，辨認(rèn)資料是否存?zhèn)?，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘發(fā)現(xiàn)，提取有用異常，通過(guò)多層次的建模技術(shù)手段，為接下來(lái)的步驟中的分析、理解及重復(fù)數(shù)據(jù)提供了有用工具，系統(tǒng)化建模后的模型達(dá)到三維可視化效果，既可以作為數(shù)據(jù)的解釋工具，也可以成為數(shù)據(jù)處理后的展示對(duì)象。要達(dá)到數(shù)據(jù)孿生就必須根據(jù)熱電廠現(xiàn)場(chǎng)和現(xiàn)有數(shù)據(jù)情況，盡可能多的采用不同的建模技術(shù)，多學(xué)科知識(shí)交融，協(xié)同工作處理各類(lèi)數(shù)據(jù)，通過(guò)這些手段構(gòu)建出物理世界中眾多物理對(duì)象的高精度、高保真的虛擬數(shù)字對(duì)象。

(2) 基于數(shù)字孿生熱電廠對(duì)象實(shí)現(xiàn)全廠設(shè)備全生命周期管理。

通過(guò)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的額數(shù)字孿生數(shù)熱電廠的智能化全生命周期的管理，解決傳統(tǒng)電廠運(yùn)營(yíng)管理和設(shè)備資產(chǎn)管理之間相對(duì)獨(dú)立、跨部門(mén)數(shù)據(jù)集成度低和利用效率低等問(wèn)題。將三維模型語(yǔ)義化，語(yǔ)法化、定時(shí)化，完善各個(gè)部件的幾何信息、業(yè)務(wù)邏輯等信息，通過(guò)將這些信息融合分析，實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)設(shè)備從進(jìn)廠開(kāi)始的全生命周期間的各種有用信息通過(guò)實(shí)時(shí)互動(dòng)的三維仿真表現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)人工智能技術(shù)對(duì)全廠設(shè)備全生命周期進(jìn)行透明化管理，使得管理人員可以通過(guò)數(shù)字孿生平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、可視化、高效率的對(duì)全場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解設(shè)備的各種信息的同時(shí)進(jìn)行深度分析做出必要的設(shè)備運(yùn)行預(yù)測(cè)，使得全廠設(shè)備處于一個(gè)高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

(3) 通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速搜索全廠信息。

由系統(tǒng)化的建模為基礎(chǔ)，通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)的信息數(shù)據(jù)管理，采用人工智能方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類(lèi)，聚類(lèi)、回歸等操作，分析挖掘物理對(duì)象的邏輯關(guān)系等，構(gòu)建出相應(yīng)的知識(shí)圖譜，從而對(duì)全廠信息進(jìn)行有效管理，可以實(shí)現(xiàn)快速搜索有用信息。也可以通過(guò)不同的搜索方式對(duì)不同類(lèi)的信息的高效搜索，如通過(guò)空間關(guān)系搜索，可以快速進(jìn)行人員定位等操作的處理等，也可以通過(guò)編碼搜索、時(shí)序搜索等搜索方式實(shí)現(xiàn)快速定位和精準(zhǔn)獲取所需內(nèi)容。

(4) 通過(guò)高精度信息定位，滿(mǎn)足安全管控要求。

結(jié)合熱電廠對(duì)各項(xiàng)設(shè)備和人員的實(shí)際工作需求，在系統(tǒng)化建?；A(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)全廠設(shè)備和人員的精準(zhǔn)定位，采用精準(zhǔn)定位技術(shù)、模式識(shí)別、圖像識(shí)別、大數(shù)據(jù)分析等前沿新興技術(shù)進(jìn)行管控，將該數(shù)字孿生系統(tǒng)打造成可以滿(mǎn)足工業(yè)復(fù)雜環(huán)境中的精確定位的三維可視化的安全管控系統(tǒng)。通過(guò)電腦端和移動(dòng)端的相結(jié)合的方式將人員定位信息做到更加精確，實(shí)現(xiàn)對(duì)在崗職工的活動(dòng)軌跡的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將定位功能進(jìn)行拓展，實(shí)現(xiàn)其他以此功能為基礎(chǔ)的相關(guān)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)等。通過(guò)相關(guān)技術(shù)可以有效的降低人為原因造成的安全事故，提高生產(chǎn)過(guò)程中按照安全規(guī)范操作的人數(shù)，實(shí)現(xiàn)有效的管控，將全場(chǎng)建成智能化，數(shù)字化，全方位的管理熱電廠的安全生產(chǎn)過(guò)程。

(5) 利用廠內(nèi)各類(lèi)監(jiān)控設(shè)備，加強(qiáng)廠內(nèi)安全監(jiān)管

在數(shù)字孿生熱電廠環(huán)境下，通過(guò)各類(lèi)監(jiān)控設(shè)備，傳感器件，對(duì)全廠內(nèi)的設(shè)備人員進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，例如，調(diào)用廠內(nèi)攝像頭拍攝的視頻數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸?shù)较到y(tǒng)中并通過(guò)大屏顯示出來(lái)，管理人員可以實(shí)時(shí)調(diào)用查看拍攝的視頻信息，這樣可以對(duì)全廠進(jìn)行重點(diǎn)區(qū)域的的重點(diǎn)保護(hù)，從而加強(qiáng)了重點(diǎn)區(qū)域的保護(hù)力度，節(jié)省了人力資源。

3 結(jié) 語(yǔ)

在全球性第四次工業(yè)革命和我國(guó)的制定的中國(guó)制造2025戰(zhàn)略背景下，緊跟國(guó)家電網(wǎng)公司推出的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略發(fā)展需求，通過(guò)現(xiàn)有大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、第五代通信技術(shù)，云平臺(tái)、硬件設(shè)備等相關(guān)技術(shù)手段的快速發(fā)展?fàn)顩r，闡述了在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)以電力系統(tǒng)為核心，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的熱電廠管理數(shù)字孿生系統(tǒng)。

通過(guò)數(shù)字孿生系統(tǒng)，可以構(gòu)建出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈中的組成成分，在這個(gè)生態(tài)圈中可以進(jìn)行全領(lǐng)域的數(shù)字化、智能處理分析、物理對(duì)象與虛擬對(duì)象的平行協(xié)作。實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中設(shè)備的全生命周期管理的數(shù)字化，通過(guò)各類(lèi)信息數(shù)據(jù)作為驅(qū)動(dòng)力支撐系統(tǒng)的高效、高品質(zhì)、綠色運(yùn)行管理。