基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)電行業(yè)數(shù)字孿生管理系統(tǒng)

基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)電行業(yè)數(shù)字孿生管理系統(tǒng)基本情況1.承擔單位基本情況哈爾濱電氣科學技術有限公司（簡稱哈電科技）是由哈爾濱電氣股份有限公司（簡稱哈電股份）牽頭發(fā)起并100%出資建立的發(fā)電設備制造業(yè)集科研、新產品開發(fā)與科技成果工程化、產業(yè)化推廣應用為一體的科技型公司。結合我國發(fā)電設備制造業(yè)產業(yè)規(guī)模和結構不斷優(yōu)化調整、制造工藝研發(fā)能力不斷提高、新產品新技術不斷涌現(xiàn)、關鍵核心技術的攻關力度不斷加大、產業(yè)鏈數(shù)字化智能化升級、更清潔高效大容量的經濟化運行等行業(yè)發(fā)展特點，面向國家重大戰(zhàn)略，以攻克技術短板弱項為動力、以市場用戶需求為導向、以打造高科技產品為目標，開展創(chuàng)新研究，帶動和促進發(fā)電設備制造行業(yè)整體技術發(fā)展和進目前哈電科技主營業(yè)務包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務、工業(yè)數(shù)字孿生解決方案、智能發(fā)電服務、智能農業(yè)管理、工業(yè)自動控制系統(tǒng)裝置制造、儲能技術服務、新能源技術、海洋工程關鍵配套系統(tǒng)開發(fā)、海洋工程裝備系統(tǒng)研發(fā)、制造、銷售等。2.案例的意義及必要性“碳達峰、碳中和”目標下，我國能源結構不斷調整，電能綠色低碳化轉型呈必然發(fā)展趨勢。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等新一代信息技術的快速發(fā)展，發(fā)電行業(yè)的數(shù)字化與智能化轉型充滿機遇的同時也滿有挑戰(zhàn)，例如：缺少統(tǒng)一的管理平臺，由于歷史遺留原因，發(fā)電企業(yè)中可能存在多種孤立的平臺、系統(tǒng)，無法協(xié)同工作，甚至升級維護困難；設備的管理水平待升級，由于行業(yè)連續(xù)安全生產的需求，設備故障導致生產中斷會造成巨大損失；缺乏多學科的交互融合，沒有突破各專業(yè)領域的鴻溝；智能化角度單一，多側重于智能信息集成展示以及智能管理等層面，在生產過程中的智能化應用較少?；谝陨咸魬?zhàn)，本項目搭建哈電發(fā)電特色工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用技術平臺（簡稱工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺）打通發(fā)電設備從數(shù)據(jù)接入、存儲、管理、算法建模開發(fā)到端平臺應用的各個環(huán)節(jié)，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接入、管理服務，提供大數(shù)據(jù)支持和智能算法運行環(huán)境，支持以開放的模式開發(fā)工業(yè)APP，打通信息孤島；基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，搭建發(fā)電行業(yè)關鍵設備數(shù)字孿生管理系統(tǒng)，以管理殼為載體，打通發(fā)電設備生產側及產品側各環(huán)節(jié)數(shù)字孿生數(shù)據(jù)壁壘，形成產品全生命周期的數(shù)字孿生服務與管理能力；從發(fā)電設備制造商的角度，基于對上千臺機組設計、運行調試經驗的綜合與升華，構建行業(yè)機理與人工智能算法相結合的發(fā)電設備智能運維解決方案，實現(xiàn)IT與OT的融合，助力發(fā)電行業(yè)智能化生產運行，實現(xiàn)“安全高效、清潔低碳、靈活智能”的生產目標。技術簡介1.基于多維度整合的發(fā)電設備數(shù)字樣機建模技術發(fā)電行業(yè)關鍵設備結構復雜，構建基于數(shù)字孿生技術的數(shù)字樣機需要包含研發(fā)設計、制造、運行、維護等全生命周期各個階段的多維度模型。但是，各領域模型相對獨立，無法實現(xiàn)模型間的整合和分析應用。本項目以多學科模型耦合的分析為方向，按照所涉及學科的不同建立不同的模型，并確立相關的耦合變量與參數(shù)，進行并行計算，有關變量可在多級計算機間傳輸。2.基于消息分發(fā)的異構系統(tǒng)集成技術數(shù)字孿生管理系統(tǒng)需要實現(xiàn)數(shù)字化映射、監(jiān)測、診斷、預測、仿真、優(yōu)化等功能，對系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)量需求大、實時性要求高、信息同步要求高。本項目提出基于消息分發(fā)中間件的異構系統(tǒng)集成技術，通過消息分發(fā)中間件打通不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口,使得孿生體全生命周期過程中所產生的數(shù)據(jù)能夠根據(jù)解決方案的需求快速應用,提高系統(tǒng)間的響應速度，增強集成系統(tǒng)的柔性。3.數(shù)字孿生體虛實同步技術數(shù)字孿生應用對整個生命周期中現(xiàn)實和虛擬的同步需求較高。本項目通過虛實同步技術，保證在設備運行調試期間，物理環(huán)境中發(fā)生的任何更改及產生的運行數(shù)據(jù)都能輸入至數(shù)字孿生體的仿真模型中進行不斷優(yōu)化運算，實現(xiàn)與物理環(huán)境的實時同步。4.基于能量傳遞的電力裝備模型互操作關鍵技術基于設備部件屬性以及拓撲連接對不同部件之間互操作性的影響，構建部件間互操作模型，確定部件間模型互操作所需要傳遞的數(shù)據(jù)，最后依據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關通信標準實現(xiàn)模型互操作。實現(xiàn)數(shù)字孿生體從構建“靜態(tài)映射的物理實體”到構建“動態(tài)協(xié)同的物理實體”的轉變，支持數(shù)字孿生應用從“映射、可視化”到“診斷、預測、仿真、優(yōu)化”的不斷深入。主要特點項目以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為基礎，以數(shù)字孿生管理系統(tǒng)為核心，以解決方案應用為目標建設。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺完成對傳感器等各類生產數(shù)據(jù)的邊緣采集和處理，提供所需IT資源，提供發(fā)電設備全生命周期數(shù)據(jù)和模型，提供豐富的數(shù)據(jù)服務和接口，采用低代碼開發(fā)環(huán)境和圖形化編程技術降低開發(fā)門檻，為上層數(shù)字孿生管理系統(tǒng)提供技術支持。數(shù)字孿生管理系統(tǒng)完成設備全生命周期的孿生體信息模型、2D/3D模型及機理模型的構建，通過構建孿生體映射全生命周期不同領域數(shù)據(jù)、關聯(lián)行業(yè)機理模型、結合三維結構模型進行設備孿生體的綜合運行，通過孿生體向上游解決方案提供數(shù)據(jù)服務。最終，圍繞發(fā)電設備的產品設計與仿真、生產過程建模與控制、產品質量管理、協(xié)同工藝規(guī)劃、設備故障診斷與遠程運維、能效優(yōu)化分析等多個方向，打造基于數(shù)字孿生體應用的解決方案，實現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實體的數(shù)據(jù)互聯(lián)、信息互通、模型互操作，解決發(fā)電行業(yè)關鍵設備的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、壽命預測等瓶頸問題。落地應用效果圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、數(shù)字孿生等主要核心技術范疇在發(fā)電企業(yè)產生了諸多頗具價值的技術成果。目前，本項目取得了不錯的應用業(yè)績，已經在德惠生物質電廠、華能大慶電廠、寧夏京能寧東電廠等多家發(fā)電企業(yè)部署應用。如汽輪機軸系振動、葉片可靠性監(jiān)測、主管道監(jiān)測等模塊，在京能寧東、國華錦界、長二熱、唐山豐潤、珠海橫琴等電廠進行了應用；鍋爐CFD三維可視化、壁溫預警、受熱面壽命評估等模塊也在華能大慶項目中進行了實際應用；水電方面，先后在三峽、豐滿等水電機組上實現(xiàn)了智能運維系統(tǒng)開發(fā)和應用。未來發(fā)展規(guī)劃結合項目需求，針對數(shù)字孿生模型中高階、多維等關鍵部件系統(tǒng)，采用靜態(tài)接口參數(shù)輸出、數(shù)據(jù)模擬插值運算等方法進行降階處理，在確保數(shù)字孿生體鏡像性的同時，實現(xiàn)系統(tǒng)模型實時性的提升。同時數(shù)字孿生降階模型具備一定擴展性，根據(jù)項目未來需求，可結合云端、大數(shù)據(jù)流及數(shù)據(jù)庫分析等數(shù)據(jù)挖掘、深度學習和硬件在環(huán)技術，通過多次迭代及自身優(yōu)化，大幅度降低由于復雜工況、測量信息匱乏等造成的關鍵零部件狀態(tài)誤判，實現(xiàn)目標機體壽命預測與評估的精確性與實時性。實現(xiàn)發(fā)電設備的性能優(yōu)化和智慧檢修，全面支持智能電網(wǎng)的建設，對推動水電行業(yè)由傳統(tǒng)自動化發(fā)展為智能化具有里程碑意義。采用智能化系統(tǒng)和設備，設備與人、設備與設備之間能夠實現(xiàn)互動化。以電站設備數(shù)字化模型、智能化設備及一體化智能管控平臺為基礎，開展