是工厂的孪生姐妹，还是年长小姐姐？

数字化工程设计中如何确保竣工数据始终详实准确

即使赫拉克利特（Heraklit）在大约2500年前没有发表自己的哲学观点，发电厂运营商也会发表类似的见解：“没有比变化更能永久持续的了！”。毕竟发电厂在其整个生命周期内会遭遇各式各样不可避免的变化。但是有些变故还是可以避免的，比如按照工厂中实际发生的变化实时更新工厂设备数据文档，从而让这些数据文档持续发挥价值。要知道，手动操作在专业的文档工具中补录各类信息时费时费力，还经常会被遗忘。

竣工文档版本至关重要，运营商对此心知肚明。毕竟无论是维护，还是改造，亦或是运营许可，其质量和工作量都与竣工文档息息相关。这也是Aucotec AG公司开发数字为中心的工程设计平台的众多原因之一。该平台集中处理所有数据，只要有一个专业部门做了改动，其他所有学科就能立即看见，既不需要任何接口，也不需要传输数据。另一方面，一旦现场有设备发生了改动或是被更换，该系统就会直接通知这些设备对应的数字孪生，即设备的数据文档。

数字化是否足够？

“这需要工厂中有智能化设备，以及工程设计系统中的对应物——即数字孪生——也要有同等智慧。而后者需要达到很高的数字化程度。”Aucotec公司董事Uwe Vogt做出了以上解释。仅仅是标有设备符号的PDF文件是做不到这一点的，这一页页内容与整个工厂没有逻辑关系、也没有说明设备的连接方式、它们所属的位置以及它们所处的环境。

而Aucotec的协同平台Engineering Base (EB)正是“知道”这一点，才通过互联方式将工厂设计的所有关键学科融合在一个中央数据模型中。在该模型中，每个对象只存在一次。资源管理器、图表和列表只是同一对象的不同表现形式，上面包含了这一对象的所有相关信息，无关乎这些信息经由哪个学科编辑处理。因此，一旦对文档的某个部分进行了改动，就会立即显示在所改动设备的所有其他表现形式中。Vogt先生表示：“这创造了前所未有的完整性和平行性，还实现了编辑处理的敏捷性，同时还让所有参与方协调一致。”此外，EB具备复杂的权限分配机制，以及跨学科无缝跟踪变更及整个历史记录。

从模拟到自动化

EB平台覆盖全面的业务范围，从FEED阶段（前端工程设计）到工艺和详细设计，再到自动化配置。举个例子，各种锅炉模拟结果可以轻松导入到EB平台中，并自动在该平台比对这些结果——仅此一项就节省了大量时间。接着将最终选中的场景用作平台上工艺设计基础，完全不需要像平时那样传输数据给工程设计。与此同时，仪表兼控制专家、布线专家和自动化配置人员等详细设计工程师在此基础之上于各自对应学科的环境中处理自身的任务，但仍在一个共享的数据模型中，并且始终可以实时查看其他部门的工作进度。在这里需要提一句的是，EB平台适用于所有发电厂常见标准，比如VGB的KKS或RDSPP。如此一来，工厂模型不断充盈完善，无需任何接口，无需传输数据，无需等待，也无需协商。发电厂的数字孪生不断成长，全面覆盖，并可以追本溯源。

工程设计专家Vogt说道：“这种处理方式与目前实践中仍广泛使用的瀑布式原理有很大不同，后者需要一个工具链将信息‘串联’起来，不仅费时，而且容易出错，一旦出现改动，还需要大量的协调工作。”此外，在特定学科的工具中通常只记录了工厂孪生的一部分信息，因此很难保证每个工厂的竣工版本提供的是最实时的数据，而且每个特定工具的使用还需要专业知识的扶持。

切实优化

信息齐全并不意味着万事大吉。“数字孪生并不是目的本身，它必须发挥作用才行。”Vogt强调并补充说道，“因此，要想实现最佳数字化，就需要经常分析当前流程、工具和数据库，不断挖掘优化潜力并制定出实施方案。对此，我们还建议挑选一些对软件最为关键的流程步骤进行方案验证。这样才能让客户基于公司自有的数据作出最切实可行的优化决策。”

为了能够充分利用这种数字孪生带来的好处，在EB平台，运营商不仅可以集中以及跨学科处理各个车间的计划表、图表或工单，还能随时编辑各个对象本身的数据。大到锅炉，小到每个传感器和控制系统感测系统的每个接线端子，甚至还能通过独立于客户端的网络服务进行编辑。而这正是PDF文件和Excel表格无法做到的，它们只能提供信息，却不能将这些信息及其相互关系变得“触手可及”。这也是工业4.0时代需要避开的糟糕情形。在Uwe Vogt看来，原因如下：“如果说数据是21世纪的石油，那么就必须充分开采石油。数据在文件中吃灰不能增值！”

正是基于这样一种考量，Aucotec的大多数客户选择了EB平台。近期选中EB平台的公司比如有福伊特（Voith）集团，该集团还将该平台用于水力发电领域。此外还有德国化工园区运营商Infraserv Höchst公司，它是第一批希望将发电厂文档数据录入到EB平台的公司之一。

数字增值

由于EB平台可以便捷、全面且一致地规划设计发电厂，因此它可用于新建项目。至少在欧洲，该平台几乎可用于所有可再生能源发电工厂。而传统发电厂与之相反，正面临大量改造项目，比如进行现代化改造和减排改造，因此运维常常都在变化。

为了让众多建于20世纪的工厂也能享受到这种21世纪“石油”带来的便利，Aucotec同样提供了多种增值服务。首先是录入历史数据：通过一个标准导入接口 (EBML) 自动将不同系统的数据录入到EB中。期间，该平台在工厂模型中以跨学科的方式汇总这些信息，对其进行数字化增值处理，并发现和指出其中的错误或不一致。Aucotec公司的这位董事又说道：“大部分已经过时且特定于某个学科的文档摘录就好比是实际工厂的年长小姐姐，而EB平台通过这种拼图方式将这些碎块有机拼成一副全面且高度数字化映像，因此被叫做‘数字孪生’也算是实至名归。”毕竟EB平台不仅映射出工厂的外部竣工状态，还让内部的连接关系和逻辑关系变得清晰明了。

移动端更新

“年长小姐姐”这张图像也清楚地告诉我们实时更新这个孪生至关重要，否则竣工版本只是一张快照而已。在Uwe Vogt看来，“过时数据并不能为运营商作出任何贡献。”。这里就涉及到下一个全新增值服务——维护支持。使用“EB Mobile View”，服务人员可轻松将其任务所需的部分竣工文档传输到基于浏览器的应用程序中，并可现场在移动设备上进行调用。这些项目数据随时可通过网络服务获取。如需维修或更换一个部件，在应用程序的搜索框中输入该部件就能立即找到它。凭借数字双胞胎的完整逻辑系统，工作人员可轻松在移动设备的屏幕上导航浏览，获取所需的对应信息，并且不需要工作人员掌握系统专业知识和工程设计专家知识。

随后，系统就会直接在下载的文档中用红线标注所作的改动。只需点击一下，EB Mobile View就会将所有服务信息打包成一个文件包，传输给工程设计部。由于每个标注红线的页面都与其EB平台中的原件相链接，因此，工程设计专家们无需花时间去一个个搜索，就能最终将这些信息录入到文档中。最终完成的新修订版本与移动客户端上的查看应用程序“View”同步，因此，每次需要维护的时候，都能依据最新的文档内容。

OPC UA：工厂本身

Uwe Vogt报告道：“第三个增值服务还更进一步。”该平台还为工厂及其数字孪生之间构建了直接沟通的桥梁，无需人为介入。EB数据模型与OPC UA“心意相通”。也就是说，只要有一台支持OPC UA协议的设备发生了变化或被更换，EB平台就会自动显示一条变更提示。为此需要满足的前提是工厂的OPC UA服务器与EB云端相连。该系统在可定义的周期内定期接收这些设备的信息。当工程设计专业人员录入这些变更信息之后，EB平台通常会在包含所改动设备的文档中显示这些信息。这样一来，每个学科都能立即知晓是否会产生联动效应，以及会产生哪些联动效应。

早在2019年国际过程工业自动化用户协会 (Namur) 的主要会议上，Aucotec公司就与菲尼克斯电气联手通过一个用户案例中展示了实际运作方式。在此次会议上，观众看到设备更换操作立即反映在整个工厂文档中。使用菲尼克斯电气的“Hart IP网关”之后，即使是之前不支持OPC UA协议的现场设备，现在也能使用该协议。因此，不再需要更换那些只缺少一个OPC UA接口的正常运作设备，或者说省去了安装远程I/O端口的昂贵费用。工程设计系统必须要能联网。而EB平台拥有集成网络通信服务器的多层架构，因此无论工作人员身在何地，都能全天候在线访问所有需要的信息。

可预测性：数据驱动型服务正在加速发展

Aucotec公司的这位董事强调道：“由于该平台集中处理数据，而非基于文件，因此它不是更新某个某件，而是更新数字双胞胎的整个数据模型。”这一原理正变得愈加重要，比如预计在未来几年内，数据驱动型服务模型的比例将会成倍增加。预测性维护 (PdM) 就是这样一种模型。作为工程设计的可信单一数据源，EB平台通过自动向PdM“馈送”工程设计数据来辅佐这一模型——这一点多年来已经在大型压缩机制造商中得到实践证明。即使是最智能的系统，也需要这些数据，只有这样才能在之后正确解析测量到的运行实时数据。在这之前，通常需要花费精力去填写各种表格以及插接不同的接口。一个控制系统大约需要解析五万多个信号，不仅费时，而且“手动工作”还很可能导致出错。唯有借助EB平台的中央数据模型，才能将抽象的对象用测量类型等形式表现出来。在传统系统中，此类信息根本无法映射，甚至不会出现在电路图或管道和仪表图中。

“EB是工厂所有技术数据的源泉，无论是细化程度，还是可扩展性，都堪称独一无二。光是这些优点就节省了大量时间和金钱，而且该平台还为规划者和运营商铺平了道路，未来的数字化程度绝对会超出我们的想象。”这是Uwe Vogt得出的结论，他坚信赫拉克利特的哲学观点在未来仍将有一席之地，正如变化永不止息一样。