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社区首页 >专栏 >【愚公系列】《工业数字孪生与企业应用实践》020-数字孪生车间构建的实现方案

【愚公系列】《工业数字孪生与企业应用实践》020-数字孪生车间构建的实现方案

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愚公搬代码
发布2025-02-08 14:51:08
发布2025-02-08 14:51:08
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愚公搬代码

头衔

华为云特约编辑,华为云云享专家,华为开发者专家,华为产品云测专家,CSDN博客专家,CSDN商业化专家,阿里云专家博主,阿里云签约作者,腾讯云优秀博主,腾讯云内容共创官,掘金优秀博主,亚马逊技领云博主,51CTO博客专家等。

近期荣誉

2022年度博客之星TOP2,2023年度博客之星TOP2,2022年华为云十佳博主,2023年华为云十佳博主,2024年华为云十佳博主等。

博客内容

.NET、Java、Python、Go、Node、前端、IOS、Android、鸿蒙、Linux、物联网、网络安全、大数据、人工智能、U3D游戏、小程序等相关领域知识。

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🚀前言

构建数字孪生车间首先需要将物理车间的生产要素建模,实现虚拟化;接着通过集成各种系统,创建数据驱动的可视化监控平台;然后在此基础上实现交互式控制与实时数据采集;最终通过数据流通和反向优化,实现车间生产过程的持续优化。

阶段

目标

核心内容

虚仿实

将物理车间的设备设施、环境因素等进行建模,实现车间透明化管理及生产要素可视化。

建立车间的数字化模型,虚拟化物理车间的结构和状态,为后续管理和监控打下基础。

虚映实

基于建模结果与MES、设备监控系统、物联网集成,实现三维虚拟可视化监控。

实时数据驱动虚拟工厂监控,查看生产计划、设备状态、质量状态等,融合虚拟与物理车间,打破时间、空间限制。

虚控实

通过数字孪生车间实现对物理车间生产设备的指令发送和管控。

实现交互式控制,数字孪生车间不仅展示监控,还能直接控制生产设备,提升自动化和精细化管理水平。

虚优实

采集物理车间实时数据,结合虚拟车间模型进行持续优化。

通过数据流通与反向作用,实现生产计划、工艺、布局的持续优化,提升生产效率和质量。

🚀一、数字孪生车间构建的实现方案

🔎1.数字李生车间设备的集成及互联互通

根据工信部和国家标准化管理委员会联合发布的《国家智能制造标准体系建设指南》,互联互通是智能制造建设架构的关键特征之一。它通过有线和无线通信技术,连接各类设备、系统和网络,实现信息和资源的共享与交流,从而提升智能化水平。互联互通在多个领域得到应用,如物联网、工业大数据、智能交通等。

在智能制造领域,互联互通包括车间内外的设备和系统连接。车间内部通过物理网络实现生产设备与信息化设备的互联共享数据,提升生产和管理效率。在多个车间之间,设备与信息系统的互联则有助于从整体上协同生产与管理,进一步提高产能和效率。因此,互联互通是智能制造的基础性标准。

除了物理网络连接,互联互通还需确保不同设备和应用之间具备适配不同场景的服务方式和信息传输通道,包括物理网络和信息网络等。在离散型制造业中,互联互通可分为设备互联和软件互联两部分:

  • 设备互联:通过统一接口框架实现不同类型硬件设备的有效数据交换,促进生产设备之间的协同。
  • 软件互联:通过统一的数据中间件,为不同应用软件提供数据接口,确保软件之间高效交互与协同工作。

在数字孪生车间建设中,互联互通是重要基础设施之一,有助于提升生产和管理效率。由于现场设备种类繁多、系统异构,工业大数据处理面临并发量大、异构性强等挑战,但通过建设有效的数据采集系统,可以实现车间生产数据的采集、检测、统计与分析,从而支持现场设备与企业管理层的信息互通和协同控制。

此外,互联互通还包括从企业管理层向现场自动化控制设备下达指令,实现制造过程的智能化与优化。数字孪生模型通常通过数据分析或推理等方式支持优化控制,从而提升生产智能化水平。

综上,互联互通不仅是制造资源采集和信息交换的基础,还为实时控制和优化提供支持,是智能制造中不可或缺的一部分。

🔎2.基于数字孪生的数字化车间建模

数字孪生车间的建立是通过对物理车间的1:1还原仿真建模来实现的。使用三维建模软件,基于仿真平台提供的标准模型库和定制模型库,可以构建车间全要素的虚拟映射对象,并对模型进行轻量化处理。这些虚拟映射对象包括二维、三维模型及相关动画,可以在模型中建立属性信息,并对车间内的生产流程进行逻辑预设。通过参数化设置,每个独立要素的属性及运行逻辑可以被明确,并以数据表的形式驱动数字孪生模型的建立。

例如,在生产线模型中,可以建立不同生产设备的虚拟映射对象,并将其在数字孪生模型中拼装与集成,以模拟整个制造流程;在仓储运输模型中,可以创建物料和仓库的虚拟映射对象,模拟物料的入库、出库及仓储管理等过程。通过这些模型,数字孪生车间能够实现对生产过程及仓储管理的快速、准确仿真,同时积累数据对生产过程进行反向优化,推动制造过程智能化。

🦋2.1 车间对象层次化建模

层次化建模采用树形结构来表达车间内各对象及其组成部分之间的逻辑关系。如图3-4所示,车间的管理对象可以分为四大类:生产线、物流、主体仓库及其他可移动设施。每一类下再细分成具体的对象,如生产线下的设备、上下料机械手、流水线及线边暂存物;立体仓库下的堆垛机、货架、传送带等;可移动实体包括各种工件、工装载具和机器人等。

树形结构有助于清晰表达各对象间的关系,并为数字孪生车间建模提供支持。每个对象包括多种属性,如路径、位置、运行参数、显示图标及所属类别等。这些属性应根据实际生产情况设置,并在仿真平台上进行编辑。编辑完成后,相关对象可以保存在对象库中,并记录在对象表中。

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🦋2.2 基础数据输入与设置

基础数据的正确性与完整性是数字孪生模型能够准确模拟生产环境的关键。尤其是车间内各种对象的基础数据(如生产线、立体仓库、AGV运输系统等),应结合参数化思想进行标准化处理,便于数字孪生模型的读取和配置。这些基础数据可以保存在数据表中,以便进行管理和配置。

例如,针对车轮浇铸过程,需要建立生产线、立体仓库及AGV运输等基础数据。具体的数据表包括生产线基础数据表、立体仓库基础数据表和AGV运输系统基础数据表,均可作为数字孪生车间建模的参考数据。通过读取这些数据表,能够配置每个对象的基础属性和相关参数,从而实现对生产过程的准确模拟和优化。

以上数据表中的属性和取值可以根据实际情况进行设置和调整。在数字孪生车间建模过程中,可以通过读取这些数据表中的数据,直接配置每个对象的基础属性和相关参数,从而实现数字孪生车间模型对车间生产过程的准确模拟和优化控制。

🦋2.3 车间仿真运行逻辑建模

仿真运行逻辑建模的关键在于将物理车间的生产物流规则与策略转化为仿真模型,并在对象的Method中编写程序驱动可移动实体的运转。这一过程不仅要实现规则策略的参数化设置,还能简化复杂的生产物流过程,以流程图的方式展示车间生产流程,推动流程优化与改进。

1、铝制品铸造流程图

2、立体仓库运行流程图

以铝制品铸造车间为例,铝制品浇铸和立体仓库的运行流程可以通过编写相关代码进行仿真。例如,AGV运输系统的运行可通过路径规划算法实现空闲AGV的调用、路径自动规划及自动取送;在立体仓库中,可以通过算法和程序实现自动入库堆垛和拆垛出库。规则引擎等技术可用于自动化管理和优化车间的生产物流,进一步提升仓储管理的有序性。

3、物料入库流程

🦋2.4 3D可视化工业建模

☀️2.4.1 数字孪生车间建模与可视化

在数字孪生车间建模中,完成车间对象的层次化建模后,接下来是按照树形结构对车间对象进行分类。市面上已有多种三维建模工具,其中比较成熟的有 Plant Simulation 仿真平台和广泛应用于工业行业的 卓朗2D/3D编辑器 等。本文将以 卓朗2D/3D编辑器 为例,探讨如何进行数字孪生车间的可视化建模,具体步骤包括针对每一个车间要素进行建模并进行数字化映射。

☀️2.4.2 车间模块的分类与管理

为了便于管理,整个数字孪生车间的模型可按照功能大类划分为三个主要模块:

  1. 生产线模块
  2. 仓储模块
  3. 可移动设施模块

这三个模块可以通过接口进行互联互通,实现数据交换和操作协同。同时,每个模块之间保持相对独立性,这样在实际车间调整时,可以更加灵活地进行配置,减轻模型维护的压力,更好地适应实际生产中的变动需求。

☀️2.4.3 现代化技术的应用

在建模过程中,可以应用多种现代化技术,包括:

  • 三维图形表示
  • 虚拟现实交互
  • 可视化数据呈现

这些技术的应用能够帮助实现更加真实和直观的生产模拟,从而提升车间流程的可视化效果和操作直观性。在对象模型中,还可以设置各种操作方法和模拟行为,细致模拟和优化车间生产过程。

☀️2.4.4 工具介绍:卓朗2D/3D编辑器

本书中采用的 卓朗2D/3D编辑器 是一款基于 B/S架构 的专业可视化编辑工具。它具有强大的项目管理和编辑能力,支持:

  • 更精细的权限分配
  • 更自由的项目搭建
  • 更全面的开发拓展

该编辑器广泛应用于各类数据分析与展示场景,提供行业级的可视化解决方案,能够满足用户对可视化大屏编辑工具的各种需求。

☀️2.4.5 数字孪生建模的可视化与动画

在数字孪生车间建模过程中,通过使用 2D/3D编辑器三维建模软件 等工具,可以为车间中的各个对象建立三维模型和动画路径,并为每个对象设置相关的属性和参数。这种方式不仅提升了数字孪生模型的直观性和沉浸感,还在车间布局规划、干涉检验等方面起到了重要作用。

☀️2.4.6 仿真平台与数据交互

建立数字孪生车间的1:1还原仿真模型后,仿真平台通过 ODBC接口 方便地访问数据库中的数据,如 对象库对象表

  • 对象库:存储车间内各种对象的基础属性和参数配置。
  • 对象表:存储对象在数字孪生车间建模中的各个实例及其属性。

在数字孪生建模过程中,仿真平台可以动态地向 对象库对象表 中添加、修改或删除数据,实现对车间生产过程的灵活控制和优化。

☀️2.4.7 数据驱动的数字孪生建模

在仿真平台初始化时,系统会读取数据库中的数据并进行解析,自动创建车间的静态布局模型。通过参数化设置,仿真平台可以对车间内的运行逻辑、对象图标、三维模型等属性进行配置,从而实现数据驱动的数字孪生车间建模。这种方式使得数字孪生车间能够全面进行数字化仿真和优化控制,进而提升生产效率、质量水平和环境可持续性。

☀️2.4.8 三维模型与动画路径的应用

在建模过程中,三维模型和动画路径通常作为对象的特殊属性进行设置。具体做法如下:

  • 通过 三维建模软件 创建物理实体的三维模型,并对其进行 轻量化处理,减少显示压力。
  • 对可运动的部件设置为 可动画对象,并编辑其 动画路径,通过关联组件动画,形成完整的动作流程。

这种方式为数字孪生模型的可视化和直观呈现提供了关键支持,帮助更好地模拟车间的生产过程。

🔎3.面向数字孪生的数据采集系统

数字孪生需要物理设备和虚拟模型之间的虚拟现实映射和优化迭代。物理设备的实时数据采集对于在数字孪生环境中实现准确的虚拟和物理同步至关重要;数字孪生车间的数据采集可以为车间的仿真运行逻辑建模提供验证及优化数据,也可为车间的实时动态管理提供基础。因此,需要建设数据采集系统,为互联互通的设备提供数据统一的出口,成为数字孪生车间的数据来源,从而为数字孪生模型的构建和应用提供有力的支持。

🦋3.1 数字孪生数据采集

数字孪生车间的实时数据是实现虚拟与现实交互的重要基础,因此明确需要采集的数据是构建数字化车间管理的前提。根据车间的管理需求,数据采集可分为以下几类:

  1. 生产设备数据undefined对生产设备进行状态和运行参数的实时数据采集。
    • 状态数据:包括开关机状态、故障信息、运行时长、服役时间、检验数据和检验周期等。
    • 运行参数:如电流、流量、压力等。
  2. 环境数据undefined对车间环境进行监控,特别是精密电子加工等对环境要求较高的场景。
    • 采集数据包括温湿度、噪声、气压、光照等。
  3. 视频监控数据undefined对车间重点区域进行视频监控,采集监控点信息,并接入车间监控摄像头的视频数据。
  4. 生产过程数据undefined采集生产过程中涉及的各类要素状态、流程和质检数据。
    • 状态和流程数据:包括物料、人员、设备、工位、工具等工作状态,通常通过扫码、打卡等方式记录物料位置。
    • 质检数据:包括自动检测设备的图像记录、质检人员的检验报告、产品返修记录等。

🦋3.2 数字孪生数据采集系统架构

建立数字孪生数据采集系统需要依靠数据采集设备及相应系统来实现数据的采集、汇聚、清洗与利用。本文以 卓朗天工工业互联网盒子 Troila Box 为例,阐述了数据采集系统的架构。

Troila Box 可实现对多源设备、异构系统等信息的实时高效采集和汇聚。它支持接入不同设备、系统和产品,采集大范围的工业数据,并通过协议转换与边缘处理优化数据利用,打破传统的数据壁垒,实现数据的最大化价值。

🦋3.3 数据采集系统软件功能

数据采集系统提供了多个功能模块,支持对工业互联网盒子的配置、驱动管理、监控点管理、历史数据管理等。

  1. 盒子配置
    • 支持工业互联网盒子的配置管理,如盒子ID自动编码、连接状态显示、别名设置(如IP地址、网关等)。
  2. 驱动管理
    • 支持串口和网口驱动的管理配置,支持批量添加并检查数据是否符合相关规则。
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  3. 监控点管理
    • 可管理终端设备的监控点信息,设置数据源和个性化的数据比例转换等,支持按空间层级、监控点类型等进行分组。
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  4. 组件配置
    • 将监控点采集的数据发送到其他应用系统供其使用。
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  5. 历史数据管理
    • 支持监控点历史数据的存储、查询与多维度图表展示,帮助分析历史数据变化。
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  6. 告警管理
    • 配置告警阈值和恢复规则,支持通过告警模板统一设置规则,提供告警数据的存储与查询功能。
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🦋3.4 数据采集系统硬件支撑

卓朗天工 Troila Box 是一款支持多协议的工业物联网数据终端,解决了工业设备物联、数据采集和远程监控的难题。其硬件特点包括:

  1. 设备通信
    • 支持有线、4G、WIFI联网,串口灵活配置为RS232或RS485。
  2. 可设置联网优先级
  3. 链路协议
    • 内置数据安全链路协议,支持PPTP、IPSec、L2TP、OpenVPN等通用VPN协议,确保数据通道安全。
  4. 数据采集
    • 支持市场上90%以上的PLC品牌和型号,支持在线与离线工作模式。
  5. 边缘计算
    • 支持JavaScript、Lua等语言的边缘计算模型开发,可对实时数据进行二次运算和分析,并将分析结果呈现于天工数采平台。

🔎4.数字孪生车间管理系统

数字孪生车间是在智能设备的基础上构建的数字化、网络化和智能生产的动态生产模式,通过实时数据采集和历史数据的积累挖掘,充分发挥人的作用,切实做到“降本提质增效”,有效地提升了企业的竞争力。数字孪生车间建设要以实际需求为牵引,以经济效益为驱动,以成功落地为导向,根据不同行业、工厂、车间的信息化程度,面对当前亟待解决的痛点各个击破,并全局一盘进行数字化孪生车间的建设及应用。比如,可在工厂的前期规划或提升改造阶段,利用数字孪生车间的管理系统对车间规划方案的仿真进行定量评估和分析,科学地指导车间的设计调整;在生产执行阶段,可利用物理车间的实时数据驱动仿真机制,实现仿真运行和虚实交互的三维模拟监控等。

🦋4.1 车间全要素可视化

数字孪生车间管理系统的基础功能之一是车间全要素的可视化。这是实现虚拟与现实交互管理的重要基础。通过3D可视化的工业建模,将生产设备、车间布局等物理空间信息呈现在系统中。

  • 3D建模与互联互通:通过集成物理车间设备,并实现互联互通,构建数据采集系统。将物联网传感器数据与三维模型关联,将传感器的实时数据在三维场景中展示。
  • 实时监控与预警:可以对设备的运行状态进行实时监控,通过设定阈值进行异常预警提醒,帮助及时发现潜在问题。
  • 全要素可视化展示:数字孪生车间的三维模型展示了车间的生产设备、环境和其他要素,便于用户快速查看和分析车间运行情况。

🦋4.2 数据联动与查询统计

通过将数据采集系统的数据库与数字孪生车间管理系统进行关联,可以实现对生产线的实时展示和监控。

  • 信息实时展示:系统通过大屏幕实时展示生产质量、设备状态、人员位置和生产进度等信息。
  • 虚拟空间映射与数据分析:实时数据通过服务器并行处理后映射到虚拟空间,进行监测与数据分析,从而优化生产过程。
  • 三维场景查询与交互:每个车间要素都拥有属性信息,用户可以在三维场景中点击查询设备、附属设施等的相关信息。系统还支持对历史数据的查询,提供图表展示和趋势分析。
  • 个性化展示与分析:支持通过时间、设备名称等条件进行数据查询,并可以与三维场景交互浏览,全面发挥可视化与互联互通功能。

🦋4.3 生产排程优化

生产排程是车间管理中至关重要的环节,数字孪生车间管理系统的核心目标之一是优化生产排程,提升生产效率。

  • 传统排产的局限性:现有的生产排程通常基于供应链约束理论,虽然可以给出最优计划,但难以应对不确定的需求和实时变化(如设备故障、人员变动等)。这些变化常常需要人工调整,影响响应速度和计划执行效率。
  • 动态排程与调度:通过数字孪生车间管理系统,可以实现动态排程和调度,减少扰动因素对生产的影响。
  • 周期滚动排产优化:通过虚拟车间模型和仿真逻辑,还原车间的实时运行状态,分析历史数据,预测关键节点和可能的异常情况,为排产提供决策支持。
  • 生产进程跟踪与调整:在生产执行过程中,系统可以实时跟踪生产进度,识别影响生产节拍的扰动因素。一旦出现异常,系统能够自动调整人员安排、工序执行顺序、资源分配等,优化生产计划。
  • 可视化展示与实时反馈:通过数字孪生场景,对扰动因素、排产计划和执行进程进行可视化展示,帮助管理人员及时调整和优化生产计划。

🦋4.4 车间布局规划及优化

传统的车间布局规划通常依赖于二维图纸或静态模型,进行方案对比与选择。基于数字孪生技术,车间布局可以通过3D建模和仿真优化,提升设计效率和精确度。

  • 布局规划与优化:利用数字孪生技术,可以基于人、机、料、法、环等精益布局法则,规划新车间布局或优化现有车间布局。通过3D可视化建模,系统集成了机械设备、资源、人员、生产节拍和故障信息等多维数据,形成全方位的车间数字模型。
  • 快速设计与调整:数字孪生车间管理系统提供2D/3D编辑器和专用模型库,支持通过简单拖拽快速搭建车间生产线雏形。用户可根据需求进行精细调整,快速实现生产布局设计。
  • 工艺与生产线仿真:结合仿真软件对车间规划方案进行工艺合理性和生产线合理性验证。通过生产流程仿真,计算并分析仿真数据,为车间布局优化提供决策依据。
  • 动态同步与维护:数字孪生车间的布局能够实时与实际车间变化同步更新,确保车间布局始终保持最新状态,精确支持生产资源配置和策略制定。

🦋4.5 加工工艺仿真

加工工艺仿真是现代制造业中提升竞争力的重要手段,能够优化生产过程、提高效率、降低成本,并减少生产中的风险。

  • 三维可视化仿真:数字孪生车间管理系统通过构建产品零部件的三维模型和加工流程的逻辑模型,实现从零部件加工到组件装配的全过程仿真。仿真过程涵盖了机加工、铸造、表面处理、工装设计、装配等多个工艺领域。
  • 设计阶段方案评估:在设计阶段,工艺仿真可以对不同设计方案进行多维度对比(如生产周期、节拍、所需要素等),帮助用户选出最佳方案并优化工艺流程。
  • 装配工艺仿真:通过在虚拟车间中建立装配工艺流程和产品零部件的三维模型,系统可以实时模拟每个零件的移动过程、夹紧状态和装配全流程。仿真还可以识别干涉问题并发出告警,帮助工艺设计人员优化装配流程。
  • 机械加工仿真:数字孪生车间管理系统通过虚拟车间中的加工工艺流程,进行铸造、锻造、切削、热处理、焊接等工艺的模拟。通过科学计算(如材料学、力学、流体力学等),评估工艺实施的可行性、效率和效果,优化加工工艺。
  • 数控加工仿真:数控加工仿真通过模拟和校验数控程序,帮助制造业减少人为错误和机器故障,提高加工精度和效率。
  • 人机交互仿真:人机交互工艺仿真通过模拟操作人员与机器设备的互动过程,评估工作环境的效率、舒适性和安全性。结合人机工程学原理,对人机交互进行量化评估,优化设计,提升产品的易用性和安全性。

加工工艺仿真带来的优势:

  1. 降低成本与风险:工艺仿真通过提前模拟,避免了传统试验中的高成本和风险,节省了生产时间和资源。
  2. 提高生产效率:优化生产流程、减少无效操作,提升生产效率和产品质量。
  3. 减少试错成本:在设计前快速评估不同方案的优劣,优化工艺设计,减少生产过程中的试错成本。
  4. 优化生产计划与现场作业:仿真可以帮助制定更加合理的生产计划和作业指导,提高现场操作效率和安全性。

🦋4.6 设备管理

设备是制造业生产过程中的核心要素,数字孪生车间管理系统通过监控和优化设备状态与工艺参数,帮助提高产品质量与生产效率。

  • 设备状态监控与工艺参数优化
    • 系统基于设备状态和工艺参数的数字模型,进行产品生产过程的细致监控与预测分析,并根据当前状态自适应调整工艺参数。
    • 通过数字孪生的推理模型,实时监控工序执行和工艺质量,确保生产过程的顺利进行。
  • 设备层次化建模与管理
    • 将设备进行层次化建模,创建三维数字模型,快速检索设备信息,查看设备的空间位置、属性及相关文档(如安装手册、运维手册等)。
    • 运维人员可通过系统进行设备整体管理,掌握设备资产情况。
☀️4.6.1 设备及备品备件基础信息管理
  • 设备信息管理:通过层次化模型管理设备信息,包括设备分类、名称、编码、保养周期等基本属性,并通过物联设备或智能设备上传数据,实时映射到虚拟车间中。
  • 动态管理:系统实时显示设备的运行状态,并更新设备数据,建立动态设备数据库,提供精准的数据支持设备的管理与维护。
  • 备品备件管理:系统支持对设备备品备件的层次化建模,并根据维保工单和备件使用情况进行实时更新和展示。
☀️4.6.2 设备监控及远程管理
  • 实时监控:通过设备传感器数据回传,系统实现对设备运行、维护状态及零配件的实时监控。支持设定阈值并进行异常报警。
  • 故障诊断与远程控制:在设备异常情况下,系统支持通过点击报警信息快速定位故障设备,并可通过自动复位或手动控制进行远程操作。
☀️4.6.3 数据查询与统计
  • 系统提供数据统计和分析功能,支持设备信息查询、实时监控状态调取以及报警信息的查看和统计,帮助决策人员进行设备运行、维护与故障处置的决策支持。
☀️4.6.4 设备维保管理
  • 实时监控与预测:通过传感器实时感知设备状态,结合历史数据和机理模型进行故障诊断与预测。
  • 预警与维保计划:根据设备维保周期与监测数据,系统可提供预警、预保养和巡检计划,避免“过度维修”或“维修不足”问题,确保设备可靠性。

🦋4.7 能耗管理

工业车间能耗监测管理平台通过多种方式对能耗异常进行预警,支持预警事件的保存、查询和统计分析。

  • 能耗监控与分析
    • 实时监测车间各设备和生产线的能耗数据,支持能耗分析、节能计量、成本核算等功能。
    • 提供数据报表和图形展示(如曲线图、饼图、工况图等),帮助管理人员清晰了解车间能耗情况。
  • 节能预警与措施
    • 设定能耗阈值,一旦超标,系统自动进行报警,并推送预警消息(通过声音、图像、文字等形式)。系统还能分析高能耗设备和生产线,提出节能改进措施。
  • 数字孪生能耗管理
    • 通过与能耗监测设备连接,数字孪生车间系统实现车间设备和生产线的能耗实时监测。系统能对数据进行实时分析与处理,生成报表和图表,为节能减排和提高运营效率提供数据支持。

通过数字孪生系统,企业能够有效提高能效、降低能耗成本,提升整体生产效率,从而增强竞争力。

🦋4.8 实时物流规划及配送指导

数字孪生车间管理系统通过对生产物料和成品运输进行物流规划和配送指导,优化物流流程,提高线边存储和运输效率。具体功能如下:

  • 物料与成品建模及监控
    • 系统对物料和产成品进行数字孪生建模,实时监控其状态。
    • 通过对接物料运输设备、生产线、WMS系统等,实现全面的可视化管理。
  • 生产计划与物流优化
    • 根据车间生产计划和物料需求预测,系统模拟加工设备、物料缓存区、物流设备等的运作情况,优化物流流程。
    • 考虑生产线中的物料阻塞、水平节拍不平衡、设备等待等问题,自动规划最优运输路线和方案。
  • 实时监测与调整
    • 实时监测运输设备及其运行状态,自动调整运输计划,确保物料及时到达指定位置,最大化降低运输时间和成本。

通过这一系统,车间物流流程得到有效优化,运输效率显著提升。

🦋4.9 虚拟巡检及远程运维

数字孪生车间中的虚拟巡检功能可以提升巡检效率,减少设备故障和安全隐患,降低实际巡检的体能消耗和安全风险。

  • 虚拟巡检功能
    • 在数字孪生场景中,通过仿真模型进行虚拟巡检,无需停机或实际操作。
    • 可检查不可见部位的设备,查看实时状态数据、环境数据及摄像头视频等。
    • 虚拟巡检有助于发现潜在问题,提升巡检效率,减少危险作业场所的巡检风险。
  • 远程运维服务
    • 系统提供远程运维服务,帮助企业实时监控设备状态,快速响应问题。
    • 运维人员能够通过数字孪生模型进行精准、高效的设备管理,缩短响应时间,提高维护效率。

数字孪生车间的虚拟巡检和远程运维提升了设备管理的智能化和效率,避免了实际操作中的安全隐患。

🦋4.10 虚拟培训

数字孪生车间管理系统通过虚拟培训,帮助从业人员提升操作技能与安全素质,特别适用于高温、高风险的生产环境。

  • 安全生产培训
    • 针对高温铸造、钢铁冶金等复杂生产环境,系统通过虚拟现实技术还原真实生产场景,提供安全操作规程、事故应急处理等培训内容。
    • 利用专家库和知识库,通过数据积累和智能分析,使从业人员迅速掌握安全操作技能,减少事故发生。
  • 技术工程师培训
    • 为新入职的设备管理人员和工厂检修工程师提供仿真训练环境,模拟设备操作、维护和生产安全等工作内容。
    • 通过虚拟操作环境,快速提升工程师的技术能力,确保他们能够顺利进入实际工作状态。

虚拟培训不仅提高了从业人员的技能和安全素质,还为企业节省了现场培训的时间和成本。

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

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      • 🦋2.1 车间对象层次化建模
      • 🦋2.2 基础数据输入与设置
      • 🦋2.3 车间仿真运行逻辑建模
      • 🦋2.4 3D可视化工业建模
    • 🔎3.面向数字孪生的数据采集系统
      • 🦋3.1 数字孪生数据采集
      • 🦋3.2 数字孪生数据采集系统架构
      • 🦋3.3 数据采集系统软件功能
      • 🦋3.4 数据采集系统硬件支撑
    • 🔎4.数字孪生车间管理系统
      • 🦋4.1 车间全要素可视化
      • 🦋4.2 数据联动与查询统计
      • 🦋4.3 生产排程优化
      • 🦋4.4 车间布局规划及优化
      • 🦋4.5 加工工艺仿真
      • 🦋4.6 设备管理
      • 🦋4.7 能耗管理
      • 🦋4.8 实时物流规划及配送指导
      • 🦋4.9 虚拟巡检及远程运维
      • 🦋4.10 虚拟培训
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