CN110516408B

CN110516408B - 一种基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统

Info

Publication number: CN110516408B
Application number: CN201910902800.5A
Authority: CN
Inventors: 徐飞; 易明锋; 侯恩振; 张磊; 李锦兴; 陈一航; 陈义; 陈鑫; 陈柱良; 李舒涛
Original assignee: China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co Ltd
Current assignee: China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co Ltd
Priority date: 2019-09-23
Filing date: 2019-09-23
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2039-09-23
Also published as: CN110516408A

Abstract

本发明公开了一种基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统，包括设计输入模块、基础参数模块、流水线估算模块、智能立库估算模块、仿真输入模块、仿真设计模块、仿真输出模块和成果导出模块。本发明能够将分散的、动态的、多变的相关数据系统地关联在一起，实现了设计方案的全过程管理，从而有效提高了设计方案的可行性、科学性和经济性。

Description

一种基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统

技术领域

本发明涉及仿真设计技术领域，尤其是涉及一种基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统。

背景技术

随着电网公司“一体化”管理工作的深入展开，各省公司加强电能计量检定集约化管理，全面推进省级计量检定中心建设。国家电网和南方电网公司的相关文件均明确提出计量检定集约化，并列入工作要点。且多次强调推进网、省计量中心实体化运作，加强检定集约化管理，全面推进省级计量检定中心建设。

目前四线一库勘察设计工作，大体上可以分为项目启动、项目收资、项目设计、项目招标、项目施工、项目总结六大阶段，基于Demo3D进行四线一库勘察设计时注入了较多新的流程和优化策略。但是，在实施本发明实施例的过程中，发明人发现，现有的四线一库勘察设计技术存在以下缺点：

1、目前四线一库节拍计算均采用人工计算方案，结合工作经验和简单Excel公式判断四线一库整体系统节拍，并以此为依据配置检定和检测设备的数量和参数要求，这种计算和配置方法存在较大的误导性，可能会导致设备配置过剩或不足，从而影响整体系统的工作效率和经济效益；

2、目前利用三维建模仿真软件进行四线一库的三维建模和仿真计算的方法，设计工作和仿真工作分裂进行，这些三维仿真软件不能精准匹配四线一库平面布置图，即不能直接导入平面布局图，设计工作效率低下，更重要的是将丢失实际场所环境等多种设计方案相关影响因素；

3、目前没有相关设计系统将设计输入和设计输出相关联，缺少系统化的设计工具；目前在设备招标过程中的技术协议签订、施工过程中的施工图交底、竣工后的竣工图提交等多个领域均采用静态图纸；由于四线一库项目复杂，涉及到较多非标准化设备，技术参数存在动态变化且影响因素较多，没有设计系统支撑导致容易出现设计漏项和错误，且单纯依靠静态图纸进行交底，存在理解盲区，不利于技术方案的落实。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统，能够将分散的、动态的、多变的相关数据系统地关联在一起，实现设计方案的全过程管理，从而提高设计方案的可行性、科学性和经济性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统，包括：

设计输入模块，用于根据采集的四种计量装置的现状使用数据，分别计算各计量装置的增长情况数据；其中，所述四种计量装置包括单相电能表、三相电能表、计量自动化终端和低压电流互感器；

基础参数模块，用于根据预设的平均轮换周期以及所述各计量装置的增长情况数据，计算各计量装置的检定需求数据；

流水线估算模块，用于根据预设的四种流水线的检测检定系统配置估算结果，计算各流水线的检定能力数据；其中，所述四种流水线包括单相电能表检定流水线、三相电能表检定流水线、计量自动化终端检测流水线和低压电流互感器检测流水线；

智能立库估算模块，用于根据所述检定能力数据以及预设的计量装置容量关系比计算智能化立体仓库的折算后总体年检定量，并结合所述折算后总体年检定量、建设场所实际条件计算智能化立体仓库的库储量能力；

仿真输入模块，用于将所述检测检定系统配置估算结果、所述智能化立体仓库的设备选型和配置结果、以及预先采集的公共参数转换成仿真格式数据并输入至预设的仿真设计模块中；

仿真设计模块，用于将预先采集的设计方案图纸导入至所述仿真设计模块，并基于导入的平面布置图结合仿真格式数据对四线一库系统进行三维建模和仿真；

仿真输出模块，用于根据预设的场景运行规则对所述四线一库系统进行仿真运行，并输出检定作业分析数据；其中，所述检定作业分析数据包括检定流量、机器人效率、检定区设备利用率、堆垛机效率和检定时间中的一种或多种；

成果导出模块，用于在最优四线一库方案的基础上，导出设计相关资料；其中，所述设计相关资料包括CAD平面图、物料清单、效果图和视频动画中的一种或多种。

进一步地，所述四种计量装置的现状使用数据包括电能表现状使用数据、计量自动化终端现状使用数据和低压电流互感器现状使用数据；

所述电能表现状使用数据包括电能表现状数量、电能表平均寿命、电能表在城市和农村的占比；

所述计量自动化终端现状使用数据包括计量自动化终端现状数量、计量自动化终端平均寿命、单个台区平均用户数；

所述低压电流互感器现状使用数据包括低压电流互感器现状数量、低压电流互感器平均寿命。

进一步地，所述流水线估算模块，具体用于：

结合采集的行业最新技术和设备数据，分别对四种流水线进行设备选型，得到最优检定设备方案，基于所述最优检定设备方案，结合预设的流水线关键指标和成熟案例，计算各流水线的检定能力数据。

进一步地，所述仿真输出模块还用于接收用户根据所述检定作业分析数据输入的布局和设备配置修改数据，对四线一库仿真模型进行调整，并根据调整后的四线一库仿真结果生成CAD平面图。

进一步地，所述预先采集的公共参数包括设计平面布置图、四线一库业务流程和指标信息、设备三维模型原型数据、设备性能阈值、出入库频次和规则、检定区呼叫频次和规则中的一种或多种。

进一步地，所述平均轮换周期的设定方式包括：

将所述单相电能表和三相电能表的轮换周期设定为9年，将所述计量自动化终端的轮换周期设定为7年，将所述低压电流互感器的轮换周期设定为20年。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明提供了一种基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统，能够将分散的、动态的、多变的相关数据系统地关联在一起，实现了设计方案的全过程管理，从而有效提高了设计方案的可行性、科学性和经济性。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的另一基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的现有的四线一库设计事务流程示意图；

图4是本发明一实施例提供的又一基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统的结构示意图；

图5是本发明一实施例提供的设计输入模块结构示意图；

图6是本发明一实施例提供的基础参数模块结构示意图；

图7是本发明一实施例提供的流水线估算模块结构示意图；

图8是本发明一实施例提供的智能立库估算模块结构示意图；

图9是本发明一实施例提供的仿真输入模块结构示意图；

图10是本发明一实施例提供的仿真设计模块结构示意图；

图11是本发明一实施例提供的仿真输出模块结构示意图；

图12是本发明一实施例提供的成果导出模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1-2，本发明实施例提供了一种基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统，包括：

进一步地，所述平均轮换周期的设定方式包括：

流水线估算模块，用于根据预设的四种流水线的检测检定系统配置估算结果，计算各流水线的检定能力数据；其中，所述四种流水线包括单相电能表检定流水线、三相电能表检定流水线、计量自动化终端检测流水线和低压电流互感器检测流水线；进一步地，所述流水线估算模块，具体用于：

需要说明的是，以智能化、自动化、信息化为手段，建设省级集中、独立运转、整体授权的计量中心，实现电能计量设备(单相电能表、三相电能表、负控终端、配变终端、集中器和低压电流互感器)的集中检定、集中仓储、统一配送、统一监督，达到“整体式授权、自动化检定、智能化仓储、物流化配送”。满足市场化改革形势下智能电能计量设备大规模推广后的检定需求。结合其他管理手段，促进电网公司计量技术水平向“可靠、高效、绿色、智能”方向发展。

目前四线一库勘察设计工作，同一般设计相似，大体上可以分为项目启动、项目收资、项目设计、项目招标、项目施工、项目总结六大阶段，但基于Demo3D进行四线一库勘察设计时注入了较多新的流程和优化策略，有助于提升方案的可行性、科学性和经济型。具体流程、注意事项和管理流程如图3所示。

本发明主要针对项目设计部分，提出了一种基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统，从根本上改变四线一库的设计思路和方法，基于多种外界边界条件，更加系统和高效的完成最优四线一库方案设计。主要模块如图4所示。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明将分散的、动态的、多变的相关数据系统地关联在一起，实现设计方案的全过程管理，达到设计全程可优化、可追溯、可交付的目标。

2、该发明通过引入Demo3D三维仿真软件，将复杂的系统节拍计算和设备配置，通过三维仿真计算进行逐步优化，达到贴合实际且经济可行的设计方案。

3、该发明的设计系统在具体设计过程中，充分考虑设计人员工作效率和劳动强度，结合传统设计平面图纸，融合考虑多种设计方案的影响因素，实现三维仿真与平面设计相结合且相互校验和印证的工作模式，在保证设计人员工作效率和适当劳动强度的前提下，保证设计方案达到最优。

4、该发明的设计系统亦可支撑设计后续各阶段的工作，考虑到设备招投标、项目施工、竣工电子化移交和后期运维等多个环节中沟通交流效率的问题，提出三维动画交底的思路，充分保证设计方案落到实处，避免理解误区和盲区，提升项目整体实施进度和质量，并为后期运行维护提供可参考的动态视频资料。

需要说明的是，本发明主要实现四线一库的设计输入收集、基础参数计算、流水线关键参数计算、智能立库关键参数计算、仿真输入参数计算、仿真设计工作、仿真输出工作和导出设计成果等八部分主要工作，为建设单位、设计人员、设备厂家、施工单位等多方主体提供相关技术支撑。

本系统主要特点是：

(1)在传统设计方法基础上，融合了三维仿真优化。在参数化的系统仿真设计中，纳入了多方面边界条件，将传统设计中考虑的建筑环境、检定需求、关键指标等作为本系统的输入条件，且为输入条件的计算、管理、追溯等提供系统化条件。基于此，本系统保证仿真结论真实可信、准确可靠，所有使用到的参数都与实际设计参数相符，关键设备单机输入数据与现实环境中使用的同类型设备参数相同。

(2)提升了传统设计的效率，增强了设计成果的价值。本系统依据传统设计方案及主要设备实际参数为系统模拟参数，并以此建立仿真环境。打通了三维仿真与CAD平面布置图的接口，提高了传统设计到三维仿真设计转变的工作效率，并实现了平面设计成果向三维设计成果的升华，更有利于设计全生命周期管理，为建设单位提供更多的增值服务。

(3)提供了传统设计方案的优化途径。提出了闭环的设计优化思路，将传统手工进行的节拍计算作为初始值进行三维仿真节拍计算，从而选取最优方案，提升设计精度。

通过实施本发明实施例，达到了以下目的：1、系统性进行四线一库设计工作；2、融合三维仿真优化传统设计方案；3、提升传统设计效率；4、设计全生命周期管理；5、为相关方提供更多增值服务；6、三维动画展示。

在本发明实施例中，作为优选方案，三维仿真模块可以采用英国Emulate3D公司基于.NET技术开发的Emulate3D仿真软件。仿真环境按照物流设备实际参数进行设定。

为了更好地说明本发明的工作原理和实现方案，以下列举具体例子用以解释说明本发明，但并不用于限定本发明。

本发明主要涉及到设计输入模块、基础参数模块、流水线估算模块、智能立库估算模块、仿真输入模块、仿真设计模块、仿真输出模块、成果导出模块共八个模块。

一、设计输入模块主要收集设计工作开始的相关资料，主要内容如图5所示。

(一)统计分析建设单位历年的用户数，且计算年平均增长率，具体如表2-1所示。

表2-1建设单位历年实际用户数及平均增长率

实际用户数	第1年	第i年	第n年	年均增长率1
					低压用户数(万户)A	XX	XX	XX	XX％

如上表所示，计算年均增长率1如公式(1)所示：

(二)参考建设单位近五年相关营销技改与电能计量规划等材料，分析未来10年各计量装置的年均增长率如表2-2和2-3所示：

表2-2未来计量装置的年均增长率计算

上表中增长率相关数据均来自5年相关规划，对比年均增长率1和年均增长率2，从而指导未来10年各计量装置年均增长率的选值。

表2-3未来10年各计量装置的年均增长率

其中，

(1)轮换周期根据相关设备规范计取，一般单相和三相电能表轮换周期为8-10年，计量自动化终端轮换周期为7-9年，低压电流互感器轮换周期为20-25年。

(2)检定系统正式运行年份，需根据建设单位业务发展需求来确定，该年限直接影响年平均检定量的值。

(3)平均轮换规模计算目标年，结合各种计量设备的轮换周期来计算，一般为设备预计轮换年份为计算目标年。

(4)5年规划平均增长率，即上述表2-1和表2-2计算结果的展示。

(5)预计未来10年平均增长率，根据建设单位业务发展和历史数据来确定。

二、基础参数模块主要计算四线一库基础参数，主要内容如图6所示。

(一)平均检定需求

以2018年为现状年举例说明，假设电能表按9年的轮换周期、计量自动化终端按7年的轮换周期、低压电流互感器按20年的轮换周期，分别根据建设单位各电能计量设备的增长率推算预计2028年单/三相用户数、终端用户数、低压电流互感器用户数。通过预计总体在运行计量设备进行估算，计算出平均检定需求如表3-1到表3-4所示：

表3-1单相电能表预期检定需求表

表3-2三相电能表预期检定需求表

表3-3计量自动化终端预期检定需求表

表3-4低压电流互感器预期检定需求表

其中，

(1)2018年底在运行各种计量装置数量为现状统计数据。

(2)2028年底在运行各种计量装置数量为以现状统计数据为基础，考虑未来10年年均增长率计算。

(3)年业扩新增数量，取未来第十年业扩新增设备数量。

(4)年轮换数量，结合各种计量装置平均寿命记取。具体为：假设现状年为新装计量装置，在寿命周期内装置折旧和故障率相同，从而计算年平均轮换数量。

(5)年预期检定需求，取年业扩新增数量与年轮换数量之和。

(二)峰值检定需求

峰值检定需求指严格按照计量装置寿命进行预测，以单相电能表为例进行峰值分析如下：

单相电表峰值检定需求计算：假设建设单位2015年为智能电表更换的高峰期，共新增和更换B万只单相智能电表，轮换周期取9年，因此2024年为单相表的检定需求峰值，再加上业扩新增电表C万只，即峰值检定需求为B+C万只。

(三)自动化检定系统检定需求

根据“平均检定需求分析”、“峰值检定需求分析”和建设单位5年营销技改与电能计量规划，同时按照未来10年期间用电客户平均增长率(参考近几年及规划数据)计算，分析自动化检定系统建设需求如表3-5所示：

表3-5自动化检定系统需求表(单位：万台/年)

综合考虑建设单位多年运行经验，评估分析平均检定需求和峰值检定需求，从中选取合适的检定需求，一般情况下流水线和智能立库的方案按照平均检定需求进行设计，同时检定系统应可通过延长生产时间等办法，提高临时扩展能力，满足峰值检定需求。

未来正常生产过程中，通常四线一库检定需求最大的为单相检定流水线，该系统还考虑对单相流水线的检定规模的高中低方案对比的功能，并可据此进行后续技术方案对比分析。

三、流水线估算模块主要为流水线初步方案的计算和配置，主要内容如图7所示。

(1)单相和三相电能表自动检定系统

电能表自动检定系统的硬件部分主要由接驳单元、上下料单元、输送单元、外观检测单元、耐压试验单元、准确度及多功能检定单元、雕刻单元、贴标单元、合格/不合格分拣单元等单元组成；

电气控制部分主要由PLC、低压电器、传感器、触摸屏、扫描枪、RFID等设备组成；

计算机软件部分主要由检定系统管理软件、检定软件、控制软件等组成，构成检定系统管理平台。

结合行业内最新技术和成熟设备效率，选择本流水线适合的设备和技术方案，并结合设备的节拍和效率，初步估算单相电能表自动检定系统，本发明内置流水线相关检测检定设备的关键指标和成熟案例，设计人员结合建设单位需要和方案初步估算，进行设备选型，之后进行设计检定能力计算。

以2条1440表位的单相电能表自动检定系统为例来计算，即：

设计年检定能力_单相＝流水线条数×单条流水线工位数×年检定工作日×日检定批次

设计年检定能力为331.2万只/年，具体如表4-1所示：

表4-1单相电能表自动检定系统检定能力

即，年检定能力为2条×1440表位×230天×5批＝331.2万只。

(2)计量自动化终端自动检测系统

计量自动化终端自动检测系统的硬件部分主要由接驳单元、上下料单元、输送单元、外观检测单元、耐压试验单元、准确度及多功能检定单元、贴标单元等单元组成；电气控制部分主要由PLC、低压电器、传感器、触摸屏、扫描枪、RFID等设备组成；计算机软件部分主要由检测系统管理软件、检测软件、控制软件等组成，构成检测系统管理平台。设计年检定能力计算与单相和三相电能表自动检定系统相同。

(4)低压电流互感器自动检定系统

低压电流互感器自动检定系统的硬件部分采用模块化设计，主要由接驳单元、上下料单元、输送单元、外观检测单元、绝缘耐压试验单元、误差检定单元、贴标单元、合格/不合格分拣单元等组成；电气控制部分主要由PLC、低压电器、传感器、触摸屏、扫描枪、RFID等设备组成；计算机软件部分主要由检定系统管理软件、检定软件、控制软件等组成，构成检定系统管理平台。通过检定系统的硬件部分、电气控制部分和计算机软件部分实现电能计量设备检定、检测作业的全过程自动化和智能化。设计年检定能力计算与单相和三相电能表自动检定系统相同。

四、智能立库估算模块主要为智能立库初步方案的计算和配置，主要内容如图8所示。

智能立库由管理层、传输层、执行层组成。管理层为智能立库仓储管理系统(WMS)，接收计量生产管理平台下达的出入库任务，对整个智能立库进行管理和控制，并将出入库结果上报生产管理平台。传输层为输送单元，完成电能计量设备在出入库过程中的输送和定位。执行层由若干功能单元构成，执行智能立库仓储管理系统指令，实现对电能计量设备的自动存储、自动出/入库功能，满足出入库过程中对资产的清洁以及信息数据处理的需求等。智能立库按照业务功能由库前作业区、库内作业区、楼层接驳作业区、电气控制系统和仓储管理系统等功能。

参考国内同等行业经验并结合建设单位实际情况，智能立库的存储量按照以下原则进行估算：

(1)待检库D个工作日存量，保障到货不及时情况下有物料可生产；

(2)内部生产周转存量，按到货、抽检、首检等工艺流程工作量及工作效率计算，需E个工作日存量；

(3)已检库F个工作日存量，保证意外情况下有表可配；

(4)预留H天配送量，用于存储配送用空周转箱；

(5)预留I％空货位用于周转，以及不合格品等的存储；

(6)预留G％货位用于突发情况及长远发展。

结合建设单位实际需求，库存量与折算后总体年检定量比例计算公式如下：

库存量/折算后总体年检定量＝(D+E+F+H)/年检定工作日/I％/G％(3)

其中，年检定工作日一般取250天工作日(其中运维检修20天)，计入公式230天工作日。

根据一垛周转箱所容纳单相电能表、三相电能表、计量自动化终端及低压电流互感器的容量关系比(一般按照常规设备体积计算比例为1:3:3:2)，将三相电能表、计量自动化终端、低压电流互感器按单相电能表折算后，折算后总体年检定量计算公式如下：

结合库存量与折算后总体年检定量比例、折算后总体年检定量两个指标，计算库存量公式如下：

库存量＝折算后总体年检定量*(库存量/折算后总体年检定量) (5)

结合建设单位实际场所等外部条件，如智能立库应设置楼层、承重、通高高度、库区长宽等，设计人员选取库前区和库区的相应设备，同样本发明内置智能立库相关检测和存储设备的关键指标和成熟案例，设计人员结合建设单位需要和方案初步估算，进行设备选型，之后进行设计库储量能力计算。

智能立库基本配置参数如表5-1所示：

表5-1智能立库基本配置参数

Claims

1.一种基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统，其特征在于，所述四线一库具体为四种流水线和一种智能化立体仓库；所述基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统包括：

智能化立体仓库估算模块，用于根据所述检定能力数据以及预设的计量装置容量关系比计算智能化立体仓库的折算后总体年检定量，并结合所述折算后总体年检定量、建设场所实际条件计算智能化立体仓库的库储量能力；

2.根据权利要求1所述的基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统，其特征在于，所述四种计量装置的现状使用数据包括电能表现状使用数据、计量自动化终端现状使用数据和低压电流互感器现状使用数据；

3.根据权利要求1所述的基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统，其特征在于，所述流水线估算模块，具体用于：

4.根据权利要求1所述的基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统，其特征在于，所述仿真输出模块还用于接收用户根据所述检定作业分析数据输入的布局和设备配置修改数据，对四线一库仿真模型进行调整，并根据调整后的四线一库仿真结果生成CAD平面图。

5.根据权利要求1所述的基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统，其特征在于，所述预先采集的公共参数包括设计平面布置图、四线一库业务流程和指标信息、设备三维模型原型数据、设备性能阈值、出入库频次和规则、检定区呼叫频次和规则中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的基于Demo3D仿真的四线一库设计管理系统，其特征在于，所述平均轮换周期的设定方式包括：