上海国家电网数字孪生项目

项目时间：2021/07-2021/08

项目承办单位：武汉百变互动科技合伙企业（有限合伙）

项目地址：湖北武汉

项目背景资料：

国网上海市电力公司是从事上海电力输、配、售的特大型企业，统一调度上海电网，参与制定、实施上海电力、电网发展规划和农村电气化等工作，并对全市的安全用电、节约用电进行监督和指导。国网上海市电力公司管辖的上海市电网位于长江三角洲的东南前缘，北靠长江，东临东海，与江苏、浙江两省接壤。供电营业区覆盖整个上海市行政区。截至2020年底，国网上海市电力公司管辖各类电网企业、发电企业、施工、科研、能源服务、培训中心等单位28家，共有职工13162人。到2020年底，35千伏及以上变电站1220座（含开关站，不含开关站1009座）；输电线路 2.81万公里，全市装机容量   2669.1516 万千瓦；最大市外来电1676.2万千瓦，最高用电负荷3268.2万千瓦，年售电量 1355.69亿千瓦时。该项目在信息化飞速发展的当下，工业的发展趋势已经由“数字化”时期进入“智慧化”时期，再到“新数字时期”。现如今，伴随着各类新技术的发展与运用，愈来愈多的理念层出不穷并运用到工业基本建设中，数字工业的内涵也在不断完善，该项目为国网上海电力公司的全自动监管、信息收集、数据统计分析处理、决策反映提供有力支撑。

项目内容介绍：

上海国家电网数字孪生项目随着进入数字化、信息化时代的发展时期，当前在市场经济需求、技术创新、公共政策的协同推动下，我国数字经济发展将更进一步的深入推进和扩大。当时企业同时也面临着如何有效管理等严峻问题的挑战，在电力行业尤为突出显眼。电力作为我们日常生活息息相关的重要领域，也正在适应着智能化的发展。

电网系统的建设环境及内部结构往往是复杂多样的，运维模式主要是依靠安装传感器和人力巡检，很难对全站所有的位置进行监测，而且人工运维成本高，变电站作为电网的一个核心环节，数字孪生技术下打造的智慧电力的出现将改变这传统的运维模式，让正处于高度安全风险之中的电力建设方面发生新的转变，实现了变电站智能化、绿色化的高效转型升级发展。

数字孪生变电站可以理解为充分利用电力系统的物理模型、精准的现场测量数据、电力系统历史运行数据等。结合云计算、物联网、大数据等多方面技术支持，通过在虚拟空间中，建立数据与知识共同驱动的动态的数字空间模型；以三维可视化样式多维度呈现变电站运营场景，和传统的电力系统仿真相比，数字孪生变电站将实行运行状态实时监测；运维设备、控制系统和信息系统的互动互联互通。加强变电站设备的电力规划、数字决策、增强安全管理的应用、提高运检精益管理水平。

数字孪生定义和应用：

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。

数字孪生是个普遍适应的理论技术体系，可以在众多领域应用，在产品设计、产品制造、医学分析、工程建设等领域应用较多。在国内应用最深入的是工程建设领域，关注度最高、研究最热的是智能制造领域。

数字孪生它是以数字的方式，拷贝工厂的物理对象，模拟工厂在现实环境中的行为，对产品的设计、工艺、制造，乃至整个工厂进行虚拟仿真，从而提高产品研发、制造生产效率，提前预判出错的可能，实现节约生产成本，降低生产损耗的目的，生产线上的数字孪生首先进行设备同步，就是以真实的生产线建模，并将建好的模型，放到虚拟的场景内，实现真实生产线和虚拟生产线一一对应，然后进行数据同步，真实的生产线是通过PLC驱动，让设备实现一些既定动作

我们通过采集PLC的数据，来驱动虚拟环境下相应的设备模型，进行同样的既定操作，实现真实设备和虚拟设备的实时联动，有了这些我们就可以实现生产线的实时监控了。监控人员只需要坐在监控室内，看着虚拟生产线，就能实时了解车间的工作状态，不需要到车间内进行巡视检查。而且通过虚拟生产线的3D可视化效果，能更清晰的了解到，真实生产线的实际生产状况。

比如人员管理：监控室可以直观的，看到车间里工人，是否在自己的工位上，正在执行什么任务，工作效率怎么样，连续工作多长时间了，什么人在什么时候，出现在了危险工作区，对讲机一讲，就可能让一个人脱离生命危险。比如设备管理：整个车间设备，运行状况一目了然，哪一个加工中心，连续运行三天了，哪一车床处于闲置状态，哪个齿轮箱的高速轴承温度超标，哪个电机的振动超标，这些数据都能实时分析，准备预判设备的运行的状态，系统会将有问题的部位通过，3D可视化的手段直观表现出来，非常方便管理人员排查隐患，比如运维管理:管理人员直观看到产线的工作状态报告，上面清晰的列明了设备排产是否饱满，是否有工序堆积，堆积的原因是什么，是否有加工单元闲置，闲置的原因是什么，人流、物流、AGV是否冲突,哪里交通容易拥堵，使现场人员更方便，高效实现生产线的管理。比如项目管理：每个项目订了多少个产品，每个产品的部件分配到了哪个工序了，在哪个设备上加工的，生产进度怎么样，提前完成的是否做好了防护和入库，排产延期的具体原因是什么，有了这些一手信息，才能让企业经营者更准确的做决策。比如能源管理：系统可以整合出整个车间的生产消耗，如焊条、刀具、润滑油等耗材消耗，管材、板材、型材等原材料消耗，水、电、气等能源消耗，污水、废气、粉尘等污染物排放。形成损耗和排放的综合数据分析报告，让管理者对成本一目了然。比如生产调度预判：根据输入到系统的排产表，数字孪生可以预判生产线下一天的产能，并生成一天产能所需耗材的清单及数量，随着系统不断的自我学习，预判功能会越来越准确，可随着排产表的不断变化，预判一周、半个月或一个月的产能，帮助决策者进行调度管理。

项目部分系统画面展示：

图一：检储配一体化检测中心系统界面

图二：仓储智能化检测

图三：仓储智能化生产

武汉百变互动科技助力数字新时代，为企业客户提供一站式解决方案。让“数字孪生”不仅仅是一个名词标签，不仅仅是一个缥缈的概念，不再是遥不可及的梦想，数字孪生它是一种创新意识的体现，是正在改变工业进程的号角，是我们必须迎接的新时代，最终达到节约生产，高效生产、柔性生产、智能生产，打造企业的持久竞争力。