数字孪生智慧钢厂系统 赋能钢铁“智造”未来工厂

前言

钢铁是国民经济的中流砥柱，是国家的命脉，是国家生存和发展的物质保障。钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志。随着工业互联网、工业4.0等新一轮工业革命的兴起，同时为了适应科学技术的不断发展及地理环境演变的新趋势和新要求，智慧钢厂成为我国炼钢企业数字化转型升级、应对能源变革的新举措，其智能系统建设成为当前亟待解决的问题。

建设背景

市场背景

钢铁工业是典型的资源、能源密集型行业。为了推动我国钢铁工业“双碳”目标的实现，钢铁企业应强化数字化、智能化技术应用，通过加强数字化管理、推动智慧制造，助力生产过程的绿色化、集约化、互联化，从而降低生产过程碳排放。从而推动实现钢铁工业的智慧制造等。

政策背景

2023年02.《数字中国建设整体布局规划》，要推动数字技术和实体经济融合，在工业等重点领域，加快数字技术创新应用。

2022年01.《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》，力争到2025年，钢铁工业创新能力显著增强，关键工序数控化率达到80%左右，生产设备数字化率达到55%，打造30家以上智能工厂。

2021.11.《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》，推进行业领域数字化转型。对于钢铁行业，要聚焦设备维护低效化、生产过程黑箱化、下游需求碎片化等痛点。

建设目标

本设计遵循结构化、标准化、模块化、集成化，达到炼钢厂管理平台各子系统之间的数据共享、互通互动。建成一套统一管理、分级控制的智慧炼钢厂综合管理平台，形成功能完善、反应快速的数字化运维体系, 实现钢厂安全及管理工作的现代化、智能化。

系统概述

“智慧钢厂”基于大数据、物联网、5G、可视化、数字孪生等技术，以数字化、信息化、标准化为基础，通过“人、机、网、物”跨界融合，实现生产环节全流程互联互通，提升钢厂调度运维的可视化、数字化、智能化水平(包括智能感知、智能运维、智能控制、智能决策)目标。以智能管控赋能企业高质量发展，抓好数智化转型新机遇，推动钢铁行业绿色低碳发展。

需求分析

三维模型场景

根据实际钢厂现场的布局、设备和工艺流程等信息，建立数字孪生模型，包括机器设备、生产线、工人、物料等物理实体，构建钢厂三维场景。按照钢厂厂区、车间、建筑、机组的层级进行逐层建模，清晰展示厂区的大致形态、车间分布、建筑位置、车间机组及库位布置等相关信息，通过对钢厂生产环节的全生命周期可视化管理，对接物理传感器的实时数据，还原生产工艺重要环节的关键数据，构建炼钢厂全面的生产感知力，实现生产、环境、设备等的可视化。

全局信息概览

依托数字孪生技术，对钢厂多个产线工艺进行可视化展示。化“数”为“物”， 实现生产线所有机组、设备状态、生产状态的三维展示，在两侧2D面板显示重要的产能、库存、原料、环境、能源等数据信息，实现更加高效科学的厂区管理。

原料场地管理

基于原料场所布局和堆放情况，进行 1:1 还原，2D 面板联动三维场景，实时展示铁矿、溶剂、燃料等料堆信息。支持模拟行人视角全方位浏览原料场地情况，当经过物料堆时，可以点击查看相应的物料数据介绍，包括进厂时间、进厂数量、库存量等。

烧结工艺管理

根据需求对接数据接口，依托传感器对烧结设备进行监测及数据采集，对烧结设备运行及传输进行可视化组态呈现，通过2D组态图即可直观的查看工艺生产线设备与物料情况。数据面板重点关注烧结机的炉膛温度、炉膛压力、速度和电流等，工作人员可根据数据对烧结工序进行分析和预测。

炼铁工艺管理

炼铁工艺实质将金属铁从含铁矿物(主要为铁的氧化物)中提炼出来的工艺过程。通过数维图组态编辑器搭建炼铁工艺 2D 可视化组态系统，并在数据面板接入出铁量、炉温度与压力、入口温度和压力等数据信息。

高炉机组管理

通过传感器对管道和设备的工况进行在线实时监测，并将数据上传至云端进行可视化展示，面板可实时展示焦炭比、煤气流量、炉顶压力、透气性参数等，并辅以折线图展示，方便观察实时数据变化趋势，使操作人员及时了解炉内气流分布和炉况变化，并及时发现炉内异常情况，以利于主动地调控高炉运行，提升高炉运行的效率和安全性。

炼钢工艺管理

通过数维图 Sovit2D组态编辑器搭建炼钢工艺流程监控系统，将铁水从铁水预处理站到轧钢生产线的全过程信息进行监控，并对转炉、LF精炼炉、连铸机等设备状态进行信息监控，以图形化组态的形式构建炼钢工艺一体化场景监控。使炼钢全过程数字可视化展现、可智能化决策、各环节信息系统交互集成。

轧钢工艺管理

依托数维图可视化组态技术，将整个轧钢工艺流程以 2D 组态图的形式进行展示，实现对连铸、小钢坯生产、热轧钢材、线材生产、钢板生产流程等加工过程的监控。

环境监测管理

依托环境监测传感器、视频监控系统，全天候对厂区烟尘、废水、大气等进行实时监测，采集的数据上传至监控中心，实现统一管理分析，为进一步改善厂区环境提供数据支撑。

视频监控管理

根据钢厂设备分布特点布置高清监控摄像头，在三维场景中设置视频监控点位，以摄像头图标展示其位置。实现对异常目标的自动抓拍和留存，出现异常警告时，监控点位会有声光报警效果，支持管理者及时点击查看实时监控影像。

安全生产管理

根据安全风险四色图对三维场景进行区域划分，不同等级采用不同颜色进行区分，并在2D看板中展示重大危险源监测、安全隐患管理、危险作业监测等内容，通过与现场监控视频、工艺数据、仪表数据对接，实现安全生产情况一目了然。

电子围栏管理

在三维系统中，对厂区内重点区域或重要设备设置电子围栏，实现视频联动追踪监视，避免非法闯入或进入非法受控区域，并且和报警系统进行联动，当有异常闯入或异常情况，可进行颜色报警并聚集异常区域，并且以弹窗提示异常状态，全方位保障厂区生产安全。

智能消防管理

通过接入消防系统，实时对烟感、探头、喷淋喷头等设备进行监管，当发生异常(火灾、爆炸、气体扩散等)状况时，可联动报警点附近摄像头弹窗，显示实时监控画面，并调取人员逃生的路线，有序进行撤离，保障人员生命安全、财产损失。

智能预警管理

建立预警触发机制，对钢厂设备、环境、人员等进行实时监控，在触发预设阈值时，系统将持续发出声光报警，并弹出异常警报。并联动视频监控将镜头聚焦，展示报警设备详情及位置，方便运维人员即时做出决策处理。

智慧运维管理

依托物联网传感器，实时监控厂区建筑、设备等的运行情况，为运营中心人员、现场维检人员提供精准的预警、告警信息。检修人员通过智能穿戴设备与监督人员进行实时交互。实现智慧维检、安全管控，提高运维智能化水平。

开发平台

数维图(SovitJs)应用自主研发的 Sovit2D、Sovit3D 产品，无缝融合 2D、3D 技术，搭建了一套3D 可视化智慧钢厂物联网管理平台。通过数维图可视化开发平台实现可交互式的 Web 二三维场景，基于多维感知、场景物联、物信融合的技术理念，不断丰富与完善钢厂全面感知的能力，实现生产工艺远程控制、设备设施智能监管、环境信息智能监测，助力集控中心生产调度，辅助决策和全局掌控。

建设价值

智慧钢厂三维可视化系统利用三维建模、数字孪生、可视化等技术，将物理工厂中的实体模型及业务模型转化为虚拟工厂的信息模型，直观展现钢厂三维场景。物理工厂与虚拟工厂的实时精准映射，对厂区资产、设施、能效、安防等领域的关键指标进行综合监测分析，实现更加高效科学的厂区管理。

系统交付

数字孪生智慧钢厂三维可视化管理平台基于B/S架构的Sovit3D三维可视化平台开发设计，采用HTML5+JavaScript技术作为前端基础，产品开发的二次代码及项目源文件全部提供客户，按需要可部署在云端，也可本地化部署。

审核编辑 黄宇