前言

目前我國已經(jīng)進(jìn)入“技術(shù)+應(yīng)用”的數(shù)字孿生雙驅(qū)動時(shí)代，在市場需求和國家政策的推動下，各地因地制宜發(fā)展數(shù)字孿生技術(shù)，深入開展數(shù)字孿生應(yīng)用建設(shè)。今天我們就重點(diǎn)來聊一聊數(shù)字孿生技術(shù)在工廠中的應(yīng)用，希望通過本次案例的深度剖析和成果分享，能為數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用在千行百業(yè)中落地生根提供參考與借鑒。

一、為什么要打造數(shù)字孿生工廠

隨著國家新基建政策的推進(jìn)，以?5G、IoT、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的新一代信息技術(shù)蓬勃發(fā)展并推動著城市管理向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)變。3D?可視化結(jié)合云計(jì)算數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入于數(shù)字孿生當(dāng)中，已逐漸延伸到城市、交通、工業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域。?

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，2021?年工信部發(fā)布了《“十四五”信息化和工業(yè)化深度融合發(fā)展規(guī)劃》和《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》。規(guī)劃中明確提出，到?2025?年信息化與工業(yè)化在更廣范圍、更深程度、更高水平上實(shí)現(xiàn)融合發(fā)展，新一代信息技術(shù)向制造業(yè)各領(lǐng)域加速滲透，制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐明顯加快。到?2025?年規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)大部分實(shí)現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化，重點(diǎn)行業(yè)骨干企業(yè)初步應(yīng)用智能化；到?2035?年，規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)全面普及數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化，重點(diǎn)行業(yè)骨干企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)智能化。?

在技術(shù)的更新迭代和國家政策的推動下，數(shù)字孿生技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中成為生產(chǎn)的寵兒，并不斷蓬勃興起。

圖片來源：易知微?數(shù)字孿生世界白皮書2023

二、如何打造數(shù)字孿生工廠？

——以數(shù)孿云某數(shù)字孿生智慧工廠運(yùn)營管理系統(tǒng)建設(shè)為例：

（一）建設(shè)背景：

傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)面臨多方困境，如人口紅利削減，勞動力成本上升；原材料成本上升，?利潤減少；效率低下，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量下降，品控管理難；渠道信息傳遞慢、庫存?資金積壓等。突破重圍的必經(jīng)之路，就是進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型。隨著智能工廠中國制造?2025?戰(zhàn)略的提出，越來越多的制造企業(yè)開始向智能工廠轉(zhuǎn)型。在當(dāng)下工業(yè)?4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、?物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等熱潮下，給轉(zhuǎn)型提供了很好的技術(shù)支撐。

（二）解決方案

數(shù)孿云自主開發(fā)的數(shù)字孿生智慧工廠運(yùn)營管理系統(tǒng)，是通過傾斜攝影、BIM?等數(shù)據(jù)對?廠區(qū)整體面貌和生產(chǎn)線進(jìn)行精細(xì)化?1:1?三維建模，打造工廠車間場景展示、流程工藝展示、?地圖綜合管理、人員管理、智能運(yùn)輸管理、監(jiān)控管理、告警管理、設(shè)備管理、庫存管理為?一體的綜合管理平臺。融合工廠平臺數(shù)據(jù)，為工廠車間提供全要素、全場景、全周期的工?廠運(yùn)行管理服務(wù)。做到人、設(shè)備、車間、工廠一屏統(tǒng)覽，一鍵掌控。方便車間管理者更加?清晰直觀地看到車間內(nèi)部的生產(chǎn)運(yùn)營狀態(tài)以及生產(chǎn)運(yùn)營數(shù)據(jù)，同時(shí)也為車間管理者能夠及?時(shí)洞察車間內(nèi)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)提供保障，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)可及時(shí)采取相應(yīng)的措施。

圖片來源：易知微?數(shù)字孿生世界白皮書2023

（1）難點(diǎn)分析

該智慧工廠運(yùn)營管理系統(tǒng)建設(shè)存在如下難點(diǎn)：?

一是數(shù)據(jù)采集和建模難度大。工廠中數(shù)據(jù)分析的維度比較廣，包括性能、產(chǎn)能、能耗、?質(zhì)量、效率等。每個維度涉及的環(huán)節(jié)也很多，數(shù)據(jù)采集和建模的難度比較大。

?二是數(shù)據(jù)治理挑戰(zhàn)。由于數(shù)據(jù)分散在各子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)口徑不一致，數(shù)據(jù)顆粒度粗、更?新頻率低等問題。導(dǎo)致有數(shù)據(jù)不能用的問題，需要通過人工整理或二次處理才能進(jìn)行利用。

（2）思路建設(shè)

搭建工廠級/車間級的數(shù)字孿生虛擬管控系統(tǒng)，基于對數(shù)字孿生虛擬仿真與物理工廠兩?方面的虛實(shí)集成，達(dá)成車間生產(chǎn)管理的可視化、實(shí)時(shí)性、可操作性及可協(xié)作性的目標(biāo)期望。

該項(xiàng)目主要圍繞以下建設(shè)思路進(jìn)行：?

1.生產(chǎn)過程模擬仿真。通過對生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真，搭建數(shù)字孿生場景，特別是對重點(diǎn)生?產(chǎn)流水線及工藝流程進(jìn)行高精度模擬。依據(jù)獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動虛擬生產(chǎn)線運(yùn)動并顯示實(shí)?時(shí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)可視化生產(chǎn)線的設(shè)備狀態(tài)和建議。

圖片來源：易知微?數(shù)字孿生世界白皮書2023

2.數(shù)據(jù)集成與可視化。以生產(chǎn)線流程或關(guān)鍵設(shè)備為單元,采用信息面板、數(shù)據(jù)標(biāo)簽及數(shù)據(jù)?圖表等方式對車間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3.系統(tǒng)運(yùn)行平臺建設(shè)。通過廠區(qū)運(yùn)行環(huán)境和用戶需求的結(jié)合，為用戶搭建一套支撐系統(tǒng)?正常運(yùn)行的平臺需求。包括整體概況瀏覽，生產(chǎn)計(jì)劃、庫存、運(yùn)輸、設(shè)備、能耗管理以及?反向控制等，幫助用戶實(shí)實(shí)在在解決生產(chǎn)問題。

（3）應(yīng)用建設(shè)

該項(xiàng)目主要針對以下場景進(jìn)行應(yīng)用建設(shè)：

?1.生產(chǎn)過程孿生總覽?

通過對整個廠區(qū)以及車間內(nèi)的各類設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行三維建模?,?真實(shí)還原設(shè)備排布、工?藝過程?,?實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)生產(chǎn)過程全流程孿生?,?達(dá)到設(shè)備級、模塊級、系統(tǒng)級的孿生層級。真實(shí)復(fù)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施外觀、結(jié)構(gòu)、運(yùn)轉(zhuǎn)詳情。

圖片來源：易知微?數(shù)字孿生世界白皮書2023

2.多信息系統(tǒng)集成管理?

對車間所有不同廠家提供的信息化單元進(jìn)行融合匯集管理，在?3D?孿生工廠實(shí)時(shí)采集?各種不同框架的數(shù)據(jù)信息，匯集成統(tǒng)一集中展現(xiàn)模式數(shù)據(jù)接入、管理和關(guān)聯(lián)展示分析，實(shí)?現(xiàn)“?一個立體頁面?多個信息化系統(tǒng)”管控，讓維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)“一人多機(jī)管理”打通信息?孤島，大幅提升工作效率。

圖片來源：易知微?數(shù)字孿生世界白皮書2023

3.生產(chǎn)監(jiān)控?

孿生場景與視頻實(shí)況進(jìn)行關(guān)聯(lián)性對照驗(yàn)證?，?輔助研判?。實(shí)況視頻與智能分析結(jié)果關(guān)?聯(lián)互動。針對發(fā)生異常、告警的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、設(shè)備進(jìn)行視頻實(shí)況智能關(guān)聯(lián)，支持安防、安全?生產(chǎn)巡查?，?實(shí)現(xiàn)視頻的自動巡更。

圖片來源：易知微?數(shù)字孿生世界白皮書2023

4.庫存管理?

支持集成物料和設(shè)備管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)?，?對貨物和設(shè)備編號、進(jìn)入時(shí)間、庫存余量等詳細(xì)?信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢?，?從物料和設(shè)備采購、生產(chǎn)、剩余庫存全生命周期的管控?，?輔助管理?者提高對物料和設(shè)備堆放場地監(jiān)管力度?，?降低物料和設(shè)備管理成本。

圖片來源：易知微?數(shù)字孿生世界白皮書2023

5.能耗管理

?接入廠區(qū)內(nèi)水、電、氣等能源能耗各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)運(yùn)行中的能耗態(tài)勢進(jìn)行實(shí)時(shí)?監(jiān)控?,?對能源調(diào)度、設(shè)備運(yùn)行、環(huán)境監(jiān)測等要素指標(biāo)進(jìn)行多維可視分析?,?支持能耗趨勢?分析、能耗指標(biāo)綜合考評?,?幫助管理者實(shí)時(shí)了解廠區(qū)能耗狀況?,?為資源合理調(diào)配、廠區(qū)?節(jié)能減排提供有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。

圖片來源：易知微?數(shù)字孿生世界白皮書2023

6.數(shù)字孿生雙向控制?

數(shù)字孿生工廠和物理實(shí)體工廠之間雙向傳遞生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和指揮控制數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)設(shè)?備數(shù)據(jù)、測量儀器數(shù)據(jù)、指揮控制數(shù)據(jù)等，物理工廠和數(shù)字工廠之間關(guān)聯(lián)映射和匹配，指?揮控制數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了智能決策的系統(tǒng)反饋。

圖片來源：易知微?數(shù)字孿生世界白皮書2023

（4）建設(shè)成果

?本項(xiàng)目主要取得了以下成果：?

一是有利于提高工廠生產(chǎn)效率、提高生產(chǎn)質(zhì)量，降低企業(yè)成本，營造安全的生產(chǎn)環(huán)境，?保持生產(chǎn)的可持續(xù)性；?

二是通過各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成，并持續(xù)分析，幫助工廠管理者優(yōu)化糾正生產(chǎn)性問題；

三是通過運(yùn)營管理平臺的預(yù)測、監(jiān)管，幫助工廠管理者識別生產(chǎn)中的人為、機(jī)器或環(huán)境等因素。提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。優(yōu)化生產(chǎn)流程。?

四是實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)流程的優(yōu)化和自主控制，更多的是加強(qiáng)了企業(yè)的領(lǐng)先地位，從而提高企業(yè)的競爭力和創(chuàng)新力，不斷推動企業(yè)發(fā)展。

三、小結(jié)

數(shù)字孿生在工廠領(lǐng)域的賦能，可以讓工廠實(shí)現(xiàn)降本增效，讓生產(chǎn)流程和管理流程都更加優(yōu)化，對企業(yè)地位的提高和實(shí)力的增強(qiáng)有很大的促進(jìn)作用。數(shù)字孿生技術(shù)是未來智能制造的核心技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)智能化升級的利器！

以上內(nèi)容來源于《數(shù)字孿生世界白皮書（2023版）》

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