随着中国人口红利的逐渐消失 ,传统人员密集型生产企业人员成本越来越高，升级为高效率、低人力、高质量的自动化产线已经是企业亟待解决的问题，甚至已经成为部分企业未来发展的重要战略规划之一，国务院印发的《中国制造 2025》将智能化工厂、工业自动化提升至国家战略层面。自动化与信息化的融合 ,将为中国制造业转型升级带来新的机会。

1. 企业数字化智能产线建设目标

众所周知，生产车间是制造型企业的生存根本，车间智能化，则企业智能化，对于传统生产企业来说，数字化转型是企业发展势不可挡的趋势，以推广智能制造为切入点，提升工业基础生产能力，提高综合集成水平，拉动企业达到自动化、数字化乃至智能化的目标。

自动化：以机床、各种工艺设备、物流设备、测量设备等设备为自动化升级基础，实现生产过程精准化执行，数字化信息采集，这是整个智能工厂的基础。

数字化：以制造管理系统为中心的管控系统，实现对计划调度管理、生产物料与产品均衡配比、工艺执行情况、过程质量监控、设备状态管理等生产环节各要素的精细化管控。

智能化：以设备物联网为基础桥梁，连接信息化系统和物理设备，实现产线数字孪生，将虚拟数字世界和现实生产场景进行真正的有机融合，相互作用。

最后，以精益生产为核心要素，引领整个数字化车间建设，贯穿整个数字化建设体系的始终。

2.传统产线设计规划方式的痛点

传统三维软件建立的产线布局模式只具备静态展示和查看功能，无法对生产过程中多因素动态信息进行计算模拟的能力，产线布局仅仅依靠设计工程师传统经验，而仅依靠人员计算，无法对产线建设过程中的多种因素进行通盘考虑，从而无法暴露在产线实际建设之前的潜在问题，而且由于传统设计软件的局限性，会在设计实施过程中产生很多问题，具体如下：

2.1 设备工艺动作、机器人工作及多机器人协作等工作流程、干涉情况仅仅通过工程师个人经验判断，容易出现纰漏；

2.2 产线物流运转过程无法直观表示，复杂产线产品生产运输过程交流成本较高；

2.3 对于复杂产线节拍计算较为困难；

2.4 在建线结束后，产线数模就无法产生任何作用，通过产线仿真软件可以将数模与实际产线进行数据打通，对真实生产进行合理管控并不断优化。

 3. 智能制造数字化生产线数字孪生系统解决方案

设计建设自动化生产线是一项庞大的系统工程，与数字化相结合可以对整个制造生产流程进行有效的控制与管理，以及对内外部各种资料进行合理规划与应用配置，设计前期进行详实的数字化布局与仿真模拟能有效的提升设计效率，而传统三维设计方式仅仅在前期规划、设备模型设计阶段采用数字化手段，在产线建成后，相关数据资料作为档案资料封存，无法对后期生产、调试、产线优化产生作用，造成了资源浪费。

采用制造领域的数字孪生技术，连接虚拟与现实，将产线数模应用于贯通整个产线建设生产流程，即贯通规划、建设、调试、生产、优化、监控整个流程，实现产线智能化，更直观和简单的监控整个生产过程，从而极大的提升产线设计工作效率及后期数据应用率。

产线仿真偏重于产线布局、工艺流程、物流等方向，在数字孪生环境中对其进行仿真优化，其价值主要包括以下内容：

3.1 产线错误暴露

对新工厂新产线的布局建设或现有车间改造，将企业产品发展战略规划与三维产线进行模拟验证，在产品生命周期早期发现错误，产线设计错误暴露越早，修订所需的成本越低，问题发现的越晚，其综合损失将成指数型上涨。

3.2 产线设计建设演示

在工厂早期阶段，通过二维模型快速设计，不断修改，提高设计效率，随着项目进行，在规划阶段，切换为三维模型，更直观的进行设计，在二维及三维模式下，都可以通过仿真数据实时动态模拟工厂特性，反应设备利用率、工作节拍、物流顺序等。

3.3 减小投资成本

在确保产能的情况下，尽可能的减少投资成本，提高生产设备能力；

3.4 均衡生产库存

计算库存物料及生产产品储存量，最大化利用生产资源；

3.5 优化物流线路

通过不断运行仿真模型，进行物流密度及方向分析，从而提升产能，降低物流搬运距离。

3.6 数据采集及分析

进行生产数据分析，预测未来实际生产效果，比对预期规划目标，通过布局优化。

3.7 能耗分析

通过能耗分析，提升设备协调性，减少设备开支，通过仿真结果，统计优化后能源节约开销。

3.8 瓶颈工位分析

计算产线节拍，并通过相关功能查找瓶颈工位并进行分析，同时统计分析消除该瓶颈工位后能获得多大收益，对比消除瓶颈工位成本是否合算。

4. 需要进行仿真模拟的场景

产线仿真对产线的建设流程带来了非常大的提升，将产线建设从传统设计模式改变为规划、设计、仿真、验证、调试、生产运营一体化的建设流程，打通了数据与现实生产的壁垒，虚拟数据与实际产线相互结合，互相反馈修正，从而改变了设计流程，真正的让数据用了起来，极大的提升了设计效率及规划收益。其应用范围主要包含以下几个方面：

4.1 工艺仿真

仿真模拟设备加工、制造、装配、包装的过程中，对设备生产方式进行模拟，比较典型的是NC加工过程模拟，反应工件加工情况，防止加工欠切，过切，刀具使用状况，并对刀具加工工艺进行优化处理。

4.2 机器人仿真

根据机器人及机器人末端工装真实模拟，验证机器人工作范围、空间干预、利用率、尤其是多台机器人联合加工生产等方面，有效提升后期上线成功率，减少错误几率。

4.3 人机工程仿真

经过仿真对需要人员辅助操作的工作进行分析，对工作流程，人员操作可行性，装配运动过程，操作安全性等进行输出指导。

4.4 工厂规划阶段

在新建工厂或进行厂房产线扩建时，需要计算厂房面积、设备数量及设备效率、工人数量、布局方式等时期。

4.5 工厂效率优化

产线效率不足，需要进行优化调整，在最小投入的情况下最大化提升产线效率；有生产产品变动，在当前产线上，修改产品工艺，增删产品种类。

4.6 日常运营

在产品种类及数量比较多的情况下，通过产线模拟排列组合产品生产方式，优化订单生产组合策略。

 5. 结束语

数字孪生技术已被应用于产品设计、产线运维、产线规划中，开发数字孪生系统有助于企业加速新品上市时间，优化产线运营效率、改善生产不足，开发新的经营模式，进而提高收益。

在产线设计之处，将数字孪生仿真技术与产线规划设计良好的结合在一起，能极大的提升产线设计建设的效率和成功率；

在产线建设完成后，整合多源数据集成的制造管理系统，采用先进的控制、总线、通讯和信息技术，协调各个物流设备及工艺设备运转，采集工艺生产信息，按照企业的需求完成指定货物的有序、快速、准确、高效的物流运转作业，从而提升企业的自动化程度，使用产线真正的做到自动化、数字化乃至智能化。