智能制造生产线数字孪生系统解决方案

发布时间:2022-08-01

编辑人:灵图互动

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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。

数字孪生-产线错误暴露

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。

数字孪生-数据采集及分析

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。

机器人仿真

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。


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创建于2022-05-31
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