数字孪生车间管理系统

发布时间:2022-07-29

编辑人:灵图互动

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世界各个制造大国提出的制造业国家战略虽然侧重点与背景不尽相同,但其共同目标之一是实现制造业现实世界与信息世界的全面互联与智能融合。在此背景下,数字孪生及数字孪生车间的概念应运而生。

1.数字孪生概念

数字孪生的思想最早由美国密歇根大学 Grieves教授于 2003 年在产品全生命周期管理课程中提出,最初命名为“信息镜像模型”(information mirroring model),而后逐渐演变为“数字孪生”(digital twin)的术语。数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟实体,借助历史数据、实时数据以及算法模型等,模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的技术手段。

数字孪生概念

在此之后,西门子从产品的角度,应用数字孪生这一理念实现了从产品设计到制造执行的产品全生命周期数字化;Aniruddha Gaikwad等研究人员利用数字孪生技术,融合热模拟、温度传感、过程故障监测与分析等,提高 3D 打印水平。

2.数字孪生车间解决方案

数字化车间基于“互联网+智能制造”的理念,建立覆盖整个数字化车间各业务环节大数据信息交互平台。订单排产仿真、生产执行过程精准调度、产品全生命周期管理、设备数字孪生管理和动态目标-绩效管理等各功能模块之间的分工协同运行,有效帮助企业透明化管理生产车间,为企业降本增效。

数字孪生车间解决方案

3.数字孪生车间系统功能

3.1. 订单排产仿真

订单排产仿真是以智能订单管理系统(OMS)为依托,为用户提供一站式定制服务。通过与用户沟通,了解用户对产品的性能、外观、安装和防护等要求,并在大数据库中建立不同客户的需求数据,然后进行综合分析和仿真,制定出最合理的解决方案。经综合分析与仿真,系统可生成正式任务指令,通过与仓储管理系统的信息交互,确定该任务所需原料及半成品的库存状态,自动分解为出库、采购、装配和测试等细分指令,实施统一生产组织调度,完成智能排产。

3.2 生产执行过程精准调度

生产执行过程精准调度是以生产执行管理系统(MES)为依托,可制订、执行生产作业计划,精确生产指挥调度,处理生产过程中突发问题,执行生产过程工艺标准,控制产品的质量,掌握设备运行情况,管理原料、材料、成品的库存,从而达到优化资源配置、降低生产成本、缩短生产周期的目标。

3.3 产品全生命周期管理

产品全生命周期管理是以产品为中心的战略性业务管理模式,通过对最终产品一物一码(二维码)的管理方式,支持产品信息在全企业和产品全生命周期内的创建、管理、分发和使用,集成了流程和信息等众多要素。

3.4 设备数字孪生管理

设备数字孪生管理主要针对生产设备及物料运输设备建立数字模型,并实现设备实时运行过程再虚拟空间的投影。该系统能够实时准确跟踪设备情况,建立清晰、动态的设备数据库,及时掌握设备的损益状态,实现设备管理信息化,为企业有效配置资产、设备和其他资源提供决策依据。

设备数字孪生管理

3.5 动态目标-绩效管理

动态目标-绩效管理是一套有机整合的流程和系统,基于车间现场管理,专注于建立、收集、处理和监控人员工作任务和绩效考核数据。

4.数字孪生车间系统价值

4.1 提高车间运行效率

智能装备核心功能部件生产车间数字化升级之后,生产效率大幅提高,运营成本大幅降低,产品平均设计周期大幅缩短,产品不良率大幅降低,单位产值能耗大幅降低。

数字化车间升级前后运行效率对比

4.2 提升生产能力

随着车间运营效率的提高,生产能力也随之提升。

数字化车间升级前后产能对比

4.3 带动产业链上下游发展

智能装备核心功能部件生产车间数字化升级之后,电主轴、AC 轴以及 BC 轴等核心功能部件产品性能得到大幅提升,部分指标已达国际先进水平,并广泛应用于沈阳机床 M8 系列、宝鸡机床五轴加工中心等高端机床,推动了我国智能装备行业的整体发展与进步。

4.4 升级方案应用至类似制造场景

超同步数字化车间升级方案,全部采用国产智能装备,拥有核心自主知识产权,可快速复制到相近行业中应用。目前已应用至多个汽车制造车间之中。

5.结语

灵图互动以数字孪生车间运行模式与数字化车间构建等理论与实践经验为指导,结合企业战略方向与发展需求,综合运用大数据、工业互联、数字仿真等新一代信息技术,完成以数字运行、协同管理、智能制造、柔性生产以及绿色节能为特色的数字化升级,大幅提升运行效率与生产能力,为制造业数字化升级起到示范作用和参考意义。


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