有色金属工厂数字孪生系统利用三维建模、数字孪生及大数据等技术，通过创建一个与现实工厂高度一致的虚拟仿真工厂，再集成融合现有的多源异构数据数据，复现真实生产场景。打通了各系统之间的数据孤岛，全方面采集车间的数据，实现厂区建模、设备健康管理、工艺数据可视化、历史回溯、应急演练、数据报表与分析、人员定位、机组远程控制、车间内联锁控制和多源数据接入等功能。最终实现产品良率提升、产业结构优化、成本降低、人员减少。
1. 厂区建模
对有色金属工厂的厂房建筑、道路设施、能源管线和车间生产设备（如：机组区域的阴极剥离机组、阳极整形机组、残极机组等）进行三级拆解建模，以实现精细化建模。
同时厂区精美建模将每一个动作绑定一个信号点，车间的机组动作与有色金属工厂数字孪生系统的动作使用的同一信号点逻辑，动作上的延迟可最低达到毫秒级，保证了数字孪生系统中动作的实时性。通过高精度的建模，管理者可以更准确地了解工厂实际运行情况，包括设备的运行状态、生产线的效率以及工人的工作情况，更及时地在生产过程中发现问题，并采取有效解决措施。
2. 设备健康管理
有色金属工厂数字孪生系统在设备管理的场景中部署了设备管理、设备分级展示、监控列表和设备故障报警四个功能。设备管理包含所有设备的人厂和维修保养信息；设备分级展示可以对机组机构单独展示；监控列表中可以看到全厂监控相机；设备故障告警展示设备故障信息，并将监控与故障关联，方便管理者对故障进行判断分析。
有色金属工厂数字孪生系统同事当接入了设备的所有点检状况、当前运行的工艺参数、设备故障的事件情况以及监控录像。通过算法做到工艺的对比分析，实现故障的定位和预警。
并且在关键设备上增加设备数据监测，针对易损机构进行数据监测分析实现故障预测，并关联维修报表，进行分析。
通过机构参数状态的阚值监控，实时监测机构运行情况。将监测数据及时在数字孪生系统展示，管理者根据监测数据与生产状况来决定是否进行提前更换。针对易损件逐项开展事件的记录与预测，通过有效运行时长、工作次数和故障事件的对比分析，给出更换建议。
设备监控管理中的数据监测、故障预测、故障诊断、维修报表与分析等多种功能，让管理者能够对设备进行统一管理，更加准确的判断和定位设备故障，从而实现易损件的损坏预警，提升了机组运行有效率。
3. 工艺数据可视化
有色金属工厂的生产工艺数据是车间管理者关注的重点，便捷的工艺数据呈现，让有色金属工厂数字孪生系统更容易被管理者接受工艺数据可视化目标分为三个层次，第一层次将工艺参数可视化展示，通过数据的呈现和实时数据的跳动可以让管理者直观地了解设备的运转情况；第二层次是将工艺数据进行监控，实现异常报警功能；第三层次是数据的深度挖掘，通过对数据的处理获取其他维度数据，更利于多维度的数据对比。
根据生产工艺的实际情况，第一阶段将获取到的工艺数据进行分析提炼，得到需要的数据后，通过信息看板、场景信息弹窗和交互展示等方式呈现；第二阶段将工艺参数进行监控，对于高位槽液位低、流速过快等参数实时监控，异常情况及时在数字孪生系统中进行警报；第三阶段是深度挖掘数据，例如通过在机组区域结合PLC系统获取动作，实现机组工作效率统计，进一步分析造成停机和不良率的原因提高机组的工作效率，减少人工检修时间。
工艺数据挖掘既需要体现出生产实际需求，也需要引导管理者进一步查看数据和分析思考。有色金属工厂数字孪生系统的数据挖掘将是一个长期的过程，经过时间的积累将为智能化工厂提供准确可靠的数据支撑。
4. 历史回溯
历史回溯的实现原理是将采集到的信号存人数据库，需要的时候将数据解析成动画，实现回看，便于管理者进行故障查找。
有色金属工厂数字孪生系统的历史回溯的实现方式是根据选定的时间或者事件，从系统数据库中调取数据，通过缓存站时序推送到数字孪生系统，呈现选取时间的动作和数据情况。同时也支持调用车间的历史录像回放。
基于历史回溯可以实现画面重现，在车间进行工艺数据回溯、机组运行状态回溯、人员定位状态回溯取得了良好的效果。
5. 应急演练
应急演练的目的是加强车间应急处置能力，提升应急处置的科学性、精准性和快速响应能力。
有色金属工厂数字孪生系统以全系统停电应急练为切人点，利用数字孪生系统，以动画的方式呈现工艺操作流程。包括PLC主控处理、负三米区域检查、室外循环槽检查、拆除盲板等操作。同时应急演练可作为日常培训的教具使用，能够让受培训人员更好地理解演练过程。
6. 数据报表与分析
有色金属工厂数字孪生系统通过边缘网关对信号的采集获得更多对生产有帮助的数据，通过对数据的分析，反映机组运行情况并为预测提供了基础。例如对机组设备运行综合效率的统计，包括有效运行时长、停车时长、故障导致停车时长、计划停机时长、机组合格率等。这些数据消除了人员记录不全面并减少了用于记录的时间。
同时数据收集不仅能够解决现阶段数据收集的间题，而且后续将进行数据深度挖掘，实现多维度分析。
7. 人员定位
有色金属工厂数字孪生系统搭配了人员定位系统，可实现人员在线管理、人员安全预警。
通过人员定位功能开发，加强了车间的人员管理和安全管理，特别是桁车和小车关联到人员定位的震动提醒，极大地保证了车间工作人员的安全，是一个有效预警的工具。
8. 机组远程控制
有色金属工厂数字孪生系统增加多终端交互功能，实现虚实交互。安全上，移动端、现场端、远程操作员端拥有各不相同的操作权限和按钮布局。性能上，搭配毫秒级的边缘网关，实现季延迟指令下发。操作上，独立开发客户端，运行更稳定，适配多种分辨率。
有色金属工厂数字孪生系统基于数据中台开发远程控制客户端，可实现一键远程控制，配合手持式远程控制，可实现操作台的完全替换。实现方式是当机组和远程端同时转换为远程接管模式，可以直接对机组进行手自动切换、暂停、急停及机构点动操作的指令下发。可实现一人操作多台机组，减少了人力成本。在开发远程控制的过程中，通过对机组的不断优化，减少远程点动的操作频率。
远程控制功能推进减少了车间的人员成本，优化了机组性能和操作方式，缩短了故障处理时间。
9. 车间内联锁控制
在有色金属工厂数字孪生系统中需结合工艺联锁。包括机组间控制联锁，桁车与受板小车的运动联锁，循环系统的液位联锁、温度联锁和槽压联锁。
桁车与受板小车联锁后，它们将相互制约。当车进行落板操作时，小车必须停止运动，等待桁车离开后方可继续运行。同样小车在拉板时桁车不能下降，必须等小车离开才能下降落板。液位联锁关联到高位槽液位、环槽液位、电解槽液位、循环泵开度。温度联锁关联到高位槽温度、电解槽温度与板式换热器开度。槽压联锁关联电解槽的槽压与酒水频率。
联锁控制界面以流程图的形式展现联锁效果，并展示工艺数据，另外在两侧的看板展示变化折线图，体现数据的变化情况。
联锁控制完善了有色金属工厂数字孪生系统的功能，使管理者更方便了解联锁机构的执行情况。
10. 多源数据接入
有色金属工厂数字孪生系统需连通车间内现有信息化系统数据，包括实验室信息管理系统、能源管理系统、质量计量系统和电解交互系统的数据。
有色金属工厂数字孪生系统作为车间的中枢，将打通车间内各信息系统的数据通讯，实现数据整合展示，打破数据孤岛。有色金属工厂数字孪生系统使用HTTP、MOTT实现通讯，在数据中台进行数据存储，通过推送和订阅的形式与数字孪生系统实现数据交互最终在数字孪生界面进行可视化展示。
数字孪生系统将多源的数据进行接入和展示，打破了各信息系统数据孤岛，为管理者提供了便捷的数据窗口。
有色金属工厂数字孪生系统不仅提高了有色金属工厂的生产效率和管理水平，还为企业的数字化转型和智能化升级提供了坚实的基础。通过以上功能的实现，工厂能够实现更高效、更安全、更环保的生产，同时降低成本和提高产品的市场竞争力。
