智能工厂数字孪生解决方案（24页 PPT）

微信扫码，打开到小程序

数字孪生工厂解决方案 02 数字孪生 目 录 CO N T E N T S 01 工厂简介 03 数字孪生应用 时间轴 18 世纪末 20 世纪初 蒸汽机 1970 年代初 当前 电力广泛应用 自动化、信息化 信息物联系统 工业 1.0 创造机器工厂的“蒸 汽时代” 工业 2.0 将人类带入分工明确、 大批量生产的流水线模 式和“电气时代” 工业 3.0 应用电子信息技术进一 步提高生产自动化水平 工业 4.0 开始应用信息物理融合 系统 (CPS) 复 杂 性 背景 新一轮技术与管理的迭代发展催生第四次工业革命 体能 智能 工厂 数字孪生应用 智能化生产 智慧化管理 协同化制造 绿色化制造 安全化管控和 社会经济效益 “ 未来工厂”：广泛应用数字孪生、物联网、大数据、人工智能、工业互联网等技术，实现数字化设计、智 能化生产、智慧化管理、协同化制造、绿色化制造、安全化管控和社会经济效益大幅提升的现代化工厂。 未来工厂七大核心要素： 02 数字孪生简介 目 录 CO N T E N T S 01 工厂简介 03 数字孪生应用 数字孪生简介  数字孪生简单说就是在虚拟空间中完成物理对象、系统、数据的映射，以反映相对应的实体的全生命周期 过程，挖掘历史规律，监控实时状态，预测未来趋势。将数字孪生技术应用于物理工厂中，将大幅推动产 品在设计、生产、管理及维护等环节的变革。  数字孪生是综合运用感知、计算、建模等信息技术，通过软件定义，对物理空间进行描述、诊断、预测、决策， 进而实现物理空间与虚拟空间的交互映射。  2016-2018 年， Gartner 连续三年将数字孪生列为十大战略科技发展趋势。  2019 年， Gartner 认为数字孪生处于期望膨胀期顶峰，将在未来 5 年将产生破坏性创 新。 数字孪生技术 数字孪生简介 数字孪生正成为全球信息技术发展的新焦点 数字孪生 数字孪生 + 数字孪生 ++ 西门子公司 Digital Twin 数字孪生 Digital Twin P/P/P 数字孪生 产品 / 生产 / 绩效 Comprehensive Digital Twin 综合数字孪生 PTC 公司 Digital Twin 数字孪生 Digital Twin +K System 数字孪生 + 知识体系 Digital Twin+AR 数字孪生 + 增强现实 达索公司 Virtual Twin 虚拟孪生 Product lifecycle Twin 产品全生命周期孪生 3DEXPERIENCE Twin 3DEXPERIENCE 孪生 ESI 公司 Physical-Based Virtual Twin 基于物理的虚拟孪生 Date-Drived Virtual Twin 数据驱动的虚拟孪生 Hybrid Twin 混合孪生 数字孪生简介 数字孪生正成为跨国企业业务布局的新方向 数字世界 物理世界 数字孪 生空间 传感器、驱动器 集成层 网络、协议 通信层 数据、模型 （数字孪生实现） 信息层 资产功能 功能层 组织和业务流程 业务层 资产层 物（设备 / 机器 / 产品等） 德国工业 4.0 参考架构  应用平台  数字孪生空间  模型平台  数据平台 图 以数字孪生体框架为核心的工业互联网 Paas 系 统 数字孪生正成为主要国家数字化转型的新抓手  美国工业互联网联盟将数字孪生作为工业 互联网落地的核心和关键。  德国工业 4.0 参考架构将数字孪生作为重要内容。 数字孪生简介 CAx 软件为数字孪生的出现奠定 了 技术基础  1949 年第一代 CAM 软件 APT 问世；  1969 年 NASA 推出了第一代 CAE 软件 COSMIC Nastran ；  1973 年第一代 CAPP 系统 AuToPros 问世；  1982 年二维绘图标志性工具 AutoCAD 问世。 …… 21 世纪之前 技术积累期 2000-2015 年 概念提出期 美国军方机构开始提出数字孪生 的相关概念  2003 年密歇根大学 Michael Grieces 教授首次提出数字孪生概念；  2010 年美国军方提出数字线程；  2011 年洛克希德 · 马丁提出数字织锦；  2012 年 NASA 发布了包含数字孪生 的两份技术路线图。 …… 2020- 未来 快速发展期 数字孪生技术和产业生 态都有望迎来爆发期 数字孪生将加速与 AI 等新 兴技术融合发展进一步应用。 数字孪生广泛应用于工业互 联网、车联网、智慧城市等新 型场景。 …… 2015-2020 年 应用萌芽期 工业软件巨头纷纷布局数 字孪生业务 西门子 2017 年正式发布了 数 字孪生体应用模型；  PTC2017 年推出基于数字孪 生技术的物联网解决方案； 达索、 GE 、 ESI 等企业开 始 宣传和使用数字孪生技术。 …… 数字孪生因建模仿真技术而起、因传感技术而兴，并将随着新一代信息技术群体突破和融合发展而发展壮大。 数字孪生历程：历经技术积累、概念提出、应用萌芽、快速发展四个阶段 数字孪生简介 工厂数字孪生 - 功能  在工厂规划 / 升级阶段，开展车间规划方案的仿真定量评估和分析，科学地指导车间系统设计调整；  在生产执行阶段，建立实时数据驱动的仿真机制，实现同步仿真运动和三维虚拟监控。 工厂数字孪生 - 功能 工厂数字孪生平台 基于离散事件理论的工厂仿真分析 与优化 基于三维的工厂建模 与仿真 侧重于产线 性能量化分 析与优化 侧重于三维 建模、物流 与虚实映射 1 、产线建 模 2 、布局规 划 3 、节拍分 析 4 、物流设 计 工厂规划与工艺验证  产能评估分析  生产设施布局  瓶颈定位分析  生产物流资源配置设计优化  仓库暂存设计  物流系统规划设计 实时数据驱动的虚拟管控 生产可执行性验证与优化  生产设备运行数据监控  生产执行过程监控  生产异常预警  特殊设备的远程运维  生产过程实时显示  教学培训  物流瓶颈仿真分析  生产节拍仿真分析  生产资源仿真分析  物流路径仿真分析  APS 计划集成仿 真  生产策略分析 工厂数字孪生 - 功能 数字孪生工厂开发一般流程 数字孪生万物互联 数字孪生工厂预期效果 02 数字孪生简介 目 录 CO N T E N T S 01 工厂简介 03 数字孪生应用 1. 虚拟产品（装备）仿真 装备的操作使用和维修采用实装的训练方式普遍存在成本高、难度大、风险高、周期长的缺点，利用虚拟装备 技术将训练的部分内容移植到虚拟装备上，能减少实装损耗、缩短培训周期、提高培训质量、降低培训成本、提 升培训效率、强化培训深度、降低安全风险。 对物理车间进行三维建模，包括产线、立库、物流、电子看板、操作人员、中央控制室等，定义设备仿 真交互属性，采用轻量化技术保证大规模场景的流畅显示，从而建立一个与实际环境 1:1 的虚拟工厂环境。 在 三维虚拟工厂环境中，动画模拟产品从订单接收到产品交付的全套生产流程，并支持：  关键工序的细节展示、干涉检验  人机交互和虚拟现实漫游  全方位展现数字化、智能化技术的应用效果 2. 三维虚拟工厂规划 基于产线工艺设备布局、节拍、故障等数据，构建产线仿真模型，模拟生产与物流过程，计算分析仿 真数据，获得反映车间系统效能指标，定位改善生产瓶颈，从而科学定量分析车间规划方案，并基于仿真试 验和优化算法寻找更优的资源配置和生产策略等方案。  产能仿真评估与分析  瓶颈识别与改善  生产线平衡分析  关键资源利用率分析  产线策略对比分析  工位暂存区容量分析 3. 产线设计仿真优化 在物流系统规划或调整升级阶段，通过物流仿真设计，一方面，直观呈现未来系统建设方案和效果，便 于方案沟通与评审，统一企业思想；另一方面，综合考虑实际复杂因素，实现物流系统能力、资源配置、系 统参数的定量评估和仿真优化；最终实现基于经验的规划向基于仿真的设计的转变，大大缩短物流系统规划 建设周期。 仓库暂存规划 配送物流设计  线边的暂存区应该设置多大？  需要扩建多大面积的仓库？  仓库储存能力和备货能力？  仓库位置以及仓储内物料布局？  堆垛机效率？  托盘等容器数量配置？  复杂业务流程的梳理？  合理的物流设施配置和布局  物流路径路径规划，发生拥塞、 干涉、交叉频率？  引进何种、多大性能设备？  物流系统能力评估优化 4. 物流设计仿真优化 5. 生产计划可行性评估 有了虚拟工厂模型，就可提前对生产订单进行仿真，基于实时数据还原车间实时状态，基于历史数据提取 车间关键特征值和运行规律，预演未来可能发生的情况，实现生产订单和计划的可行性评估等决策支持。 产线 设备 基于三维虚拟模型，通过与 MES 、设备监控系统集成，建立数据驱动仿真机制，实现实时生产数据驱动 的 三维虚拟可视化监控，并实现虚拟工厂与物理工厂融合，即通过在三维虚拟工厂漫游，查看生产计划执行状 态、 设备状态、质量状态、工艺参数、生产历史、生产绩效等生产实况和生产实绩。 6. 在线虚拟监控 7. 实时数据驱动的数字孪生车间 现场生产状态 三维虚拟仿真 指令下发： • 生产与物料指令、工艺数据、 质检标准等 下发至设备 实时上传： • 数控机床、机器人、 RFID 料盘、 AGV 、 RGV 等各种设备数据，物料 数据及生产状态数据。 虚实 融合 感谢，敬请指导！ 46