铜冶炼厂数字孪生 工厂解决方案结合冶炼厂生产及管理需求，利用数字孪生技术将冶炼厂的工艺生产装置、流程及管网等要素进行实体虚拟化，通过集虚拟现实、模拟仿真、实时数据、视频监控等综合技术应用为一体的铜炼厂数字孪生平台，将实体空间中的生产过程进行虚拟化呈现，再通过现场数据融合驱动，结合智能决策分析，为决策人员提供形象直观、数据同步、协同共享的数据集成应用，进而实现虚拟巡检、设备管理、生产仿真、管线分析、应急处理以及辅助培训等功能。
1. 铜冶炼工厂数字孪生平台架构
铜冶炼工厂数字孪生平台主要包括孪生数据层、孪生模型层与业务应用层。
孪生数据层主要依托工业物联网，对精矿区、冶炼区、制酸区、公辅区、电解区、渣选区、综合管网等区域对象进行数据采集与汇总，实现了生产过程信息的互感和互联，确保了平台多源信息的精确、实时和可靠地获取与传输。
孪生模型层采用无人机倾斜摄影与三维激光扫描搭配使用，获取厂区不同层级三维空间数据，结合建筑信息模型，共同建立厂区高精度三维模型，对模型进行单体化以及轻量化处理，为铜冶炼工厂数字孪生平台提供孪生模型载体。
业务应用层以用户需求为导向，以孪生数据与孪生模型为基础，面向管理人员、业务人员、企业领导等不同角色形成以虚拟巡检、设备管理、生产仿真、管线分析、应急处理以及辅助培训为核心的业务应用功能。
2. 铜冶炼工厂数字孪生平台功能
铜冶炼工厂数字孪生平台功能主要包括虚拟巡检、设备管理、生产仿真、管线分析、应急处置以及虚拟培训六大应用功能模块。
2.1 虚拟巡检
在铜冶炼工厂数字孪生平台中通过第一人称视角漫游，支持通过鼠标、键盘、操纵杆、控制面板或者任意组合方式来控制漫游的速度、高度视角。模拟巡检人员在三维场景中进行巡检，巡检人员到达位置后，可自动弹出设备维检修台账、实时运行状态以及生产数据，实时显示各类信息和总体运行状况。
铜冶炼工厂数字孪生平台将视频监控图像与三维场景模型进行坐标匹配，实时进行图像与三维的映射，到达二三维深度融合，使视频图像信息中蕴含地物丰富的空间信息，实现在视频图像上对地物进行量测，二维视频监控与三维场景无缝切换浏览，形成三维视频监控。根据巡检人员在虚拟平台中的位置，进行三维视频影像查看，复核现场真实情况，实现身临其境的虚拟巡检。
2.2 设备管理
将设备运行实时数据、统计分析等数据与三维模型融合，通过对系统进行组态，实现以下功能：（1）可对所需要关注的事件进行订阅，并且实时显示各类信息和总体运行状况；（2）支持导入设备台账属性数据以及维检修数据，具有管理权限的相关人员可对台账数据进行更新，台账信息以三维面板的形式与模型融合，实现设备静态属性管理；（3）采集设备实时运行状态数据，使仿真软件中模型的状态数据实时更新，与现场实体设备运动状态一致；（4）对接JOK系统或上层应用系统提供的设备故障检测预警信息，实现故障率、报警及维修信息的交互管理，在三维系统中推送报警信息，模型进行高亮报警提示。
2.3 生产仿真
冶炼区的设备模型基于实时数据驱动进行孪生映射，构建冶炼工艺时序，包括：闪速炉出冰铜行车转运转炉进料S1期吹炼转炉倒渣转炉进料S2期吹炼转炉倒渣冷料转运转炉进冷料B1期吹炼转炉继续进冷料B2期吹炼转炉出铜阳极炉进料氧化还原圆盘浇铸，整个熔炼、吹炼、精炼全流程的冶炼时序。在铜冶炼工厂数字孪生平台上真实还原冶炼区域的生产工艺及作业节拍，实现整个冶炼生产过程实时监控；根据核心设备模型对应的生产参数的改变，计算分析出三维空间运行状态与生产节拍数据，实现面向冶炼的生产过程监控与仿真。
2.4 管线分析
通过对全厂综合管网包括地下管线进行三维建模，在虚拟平台上实现复杂管线、仪表及阀门等设备的三维可视化统一管理。首先建立管线与设备的拓扑结构，进行结构化命名，以此为基础关联实时监控数据，添加动态标识，完成管线与设备的监控，通过构建管线流向机理模型，实现管线智能分析与管理，具体功能如下：（1）将所有管线及设备进行结构化命名，通过多种组合搜索算法，快速查询定位至所需检索对象，方便查看相关静态属性和动态实时数据。（2）支持管线及相关设备的动态标识，支持在场景中临时增加工作人员、危险标识。（3）实时接收DCS系统或上层应用系统提供的报警信息并在铜冶炼工厂数字孪生平台上触发报警，包括管线泄漏、流量与压力超阈值报警、管线上阀门故障等，帮助操作人员及时掌握泄漏及故障情况。（4）通过建立管线流向机理模型，对管线的拓扑结构进行分析，快速定位并分析管线异常点检修所涉及的安全操作阀门的状态及操作方式。例如管网上的蒸汽管线，当局部出现蒸汽泄漏时，操作人员用鼠标点击泄漏段的管线，系统会自动检修此段管路所涉及的需要进行安全操作的管路阀门，颜色进行高亮表示。同时可以为操作人员提供管路泄漏时需要开展的应急处理信息，使管线维修工作更安全高效。
2.5 应急处置
通过对工厂进行三维空间虚拟化，在危险发生前进行三维应急预案编制与预演分析。一旦工厂发生重大危险情况，应急调度中心可以快速发现并定位工厂危险源，感知掌握危险源周边状况，进行远程指挥处置，提高应急处理能力。
2.6 虚拟培训
铜冶炼工厂数字孪生平台基于构建好的高精度三维模型，采用虚拟现实技术突破传统的浏览方式，给使用者提供一种具有沉浸性、交互性和构想性的多维信息空间。虚拟培训功能主要针对新入职的员工。新员工通过虚拟培训能更快地了解铜冶炼现场的环境、设备及工艺，熟悉生产操作规程。针对核心设备，包括：蒸汽干燥机、精矿喷嘴、失重装置、工艺送风机、高压循环泵等可进行生动形象的拆解、装配教程，指导员工进行拆装作业，实现培训数据可视化，缩短培训周期，降低成本。
铜冶炼厂数字孪生工厂 解决方案为铜冶炼厂在智能工厂建设中注入“数字化”“可视化” “集成化”等应用特征，为实现贯穿铜冶炼企业从设计、施工到运营全过程的数字化工厂及实现数字化交付打下基础。
