隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,尤其是5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)與智能制造業(yè)的深度融合,智慧工廠的概念應(yīng)運(yùn)而生,并迅速成為推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要力量。數(shù)字孿生智慧工廠解決方案,作為這一變革中的核心技術(shù)之一,正以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)引領(lǐng)著制造業(yè)的未來(lái)發(fā)展方向。
一、方案概述
智慧工廠,是現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展的新階段,高度自動(dòng)化、信息化、智能化,生產(chǎn)過程可視化、可控制、可優(yōu)化。數(shù)字孿生技術(shù),則是通過建立物理模型、集成多學(xué)科數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的虛擬仿真和實(shí)時(shí)監(jiān)控。在智慧工廠中,數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)字孿生模型建立和數(shù)據(jù)智能分析,實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、產(chǎn)線優(yōu)化和產(chǎn)能預(yù)測(cè),從而提高了生產(chǎn)效率、降低了成本,并優(yōu)化了決策。
數(shù)字孿生智慧工廠解決方案,以三維場(chǎng)景為依托、生產(chǎn)數(shù)據(jù)為核心、生產(chǎn)業(yè)務(wù)為紐帶,實(shí)現(xiàn)工廠園區(qū)、車間、流水線、設(shè)備的逐級(jí)可視,并整合各個(gè)流程節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)及信息對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行綜合監(jiān)管及全局分析,形成智慧工廠管理的新模式。這一解決方案不僅涵蓋了數(shù)據(jù)采集、數(shù)字孿生場(chǎng)景擬真、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析與告警、數(shù)字孿生雙向控制等多個(gè)方面,還廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程優(yōu)化、設(shè)備健康管理、質(zhì)量管理與追溯、庫(kù)存管理與物流優(yōu)化、環(huán)境監(jiān)測(cè)與能源管理等多個(gè)場(chǎng)景。
二、關(guān)鍵技術(shù)與功能作用
1.數(shù)據(jù)采集與整合
通過傳感器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智能設(shè)備和其他數(shù)據(jù)源,實(shí)時(shí)采集廠區(qū)內(nèi)外部、產(chǎn)線及設(shè)備的各類數(shù)據(jù),如生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)、物料流動(dòng)、質(zhì)量指標(biāo)等。同時(shí),與供應(yīng)鏈、銷售渠道等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行連接,構(gòu)建全面的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。為了確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性,采用實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)接入和批量數(shù)據(jù)導(dǎo)入相結(jié)合的方式。并通過數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)化等步驟,將不同數(shù)據(jù)源整合成統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù),為數(shù)字孿生模型提供有力支持。
2.數(shù)字孿生場(chǎng)景擬真
基于采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和工廠的數(shù)字模型,可以建立數(shù)字孿生模型,并通過實(shí)時(shí)更新和優(yōu)化模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠場(chǎng)景的還原和模擬。數(shù)字孿生仿真模型構(gòu)建與虛擬場(chǎng)景還原,是構(gòu)建數(shù)字孿生工廠的關(guān)鍵之一。通過獲取生產(chǎn)過程、設(shè)備狀態(tài)、產(chǎn)線流動(dòng)等方面的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息,以及工廠的CAD圖紙、BIM模型等,還原從廠區(qū)區(qū)域到設(shè)備零件,L1-L5各級(jí)數(shù)字孿生工廠業(yè)務(wù)場(chǎng)景,如廠區(qū)總覽場(chǎng)景、車間內(nèi)部產(chǎn)線流程與布局、設(shè)備動(dòng)態(tài)擬真等,為管理人員提供直觀、全面的決策依據(jù)。
3.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析與告警
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵指標(biāo),如生產(chǎn)效率、質(zhì)量水平和設(shè)備健康狀況等,以及數(shù)據(jù)分析和對(duì)比,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題和改進(jìn)空間。當(dāng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)超出預(yù)設(shè)的閾值或發(fā)生異常情況時(shí),系統(tǒng)可以自動(dòng)觸發(fā)警報(bào),通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。同時(shí),數(shù)字孿生工廠還可以提供實(shí)時(shí)的可視化監(jiān)控界面,將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以圖表、儀表盤等形式展示,使管理人員能夠隨時(shí)了解工廠的運(yùn)行狀態(tài),并做出相應(yīng)的決策。
4.數(shù)字孿生雙向控制
數(shù)字孿生工廠和物理實(shí)體工廠之間的雙向數(shù)據(jù)傳遞,和指揮控制數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn),是實(shí)現(xiàn)智能決策和系統(tǒng)反饋的關(guān)鍵。通過建立數(shù)據(jù)傳輸和集成機(jī)制、關(guān)聯(lián)映射和匹配以及實(shí)時(shí)的指揮控制數(shù)據(jù)傳遞,可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生工廠和物理實(shí)體工廠之間的緊密協(xié)作,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化管理和優(yōu)化。
三、應(yīng)用場(chǎng)景
1.生產(chǎn)過程優(yōu)化
通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析生產(chǎn)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的瓶頸和問題,提供優(yōu)化建議并實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。例如,通過對(duì)產(chǎn)線設(shè)備及生產(chǎn)流程的仿真和生產(chǎn)計(jì)劃的模擬,實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程與結(jié)果的預(yù)測(cè),推動(dòng)生產(chǎn)排程和工藝的優(yōu)化調(diào)整。這不僅可以提高生產(chǎn)效率,還可以降低生產(chǎn)成本,提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
2.設(shè)備健康管理
在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障預(yù)警信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的預(yù)測(cè)性維護(hù)?;谠O(shè)備的機(jī)理模型管理和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控,系統(tǒng)能夠提前預(yù)警設(shè)備異常,提前排查和維修保養(yǎng)。這不僅可以減少設(shè)備故障的發(fā)生,還可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命,降低維修成本。
3.質(zhì)量管理與追溯
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量數(shù)據(jù),對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的全面監(jiān)控和追溯。一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題,系統(tǒng)可以迅速定位問題源頭,并采取相應(yīng)措施進(jìn)行整改。同時(shí),數(shù)字孿生技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量追溯,確保產(chǎn)品質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和客戶要求。
4.庫(kù)存管理與物流優(yōu)化
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)庫(kù)存數(shù)據(jù)和物流信息,對(duì)庫(kù)存和物流的精細(xì)化管理。系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需求自動(dòng)調(diào)整庫(kù)存水平,優(yōu)化物流配送計(jì)劃,降低庫(kù)存成本和物流費(fèi)用。對(duì)庫(kù)存和物流的可視化管理,使管理人員能夠隨時(shí)了解庫(kù)存和物流狀態(tài),做出更加科學(xué)的決策。
5.環(huán)境監(jiān)測(cè)與能源管理
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工廠的環(huán)境參數(shù)和能源消耗情況,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的精準(zhǔn)控制和能源的合理利用。系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廠區(qū)的供熱、水供排、供氣、能源消耗、供電等多個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),并根據(jù)實(shí)際需求自動(dòng)調(diào)整能源分配策略。提供節(jié)能減排的建議和措施,降低能源成本和環(huán)境污染。
審核編輯 黃宇
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