工厂数字孪生建模-船舶制造工厂数字孪生建模方法

发布时间:2022-09-23

编辑人:灵图互动

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1. 船舶制造现状与痛点

船舶属于典型的离散型制造行业,数字化、网络化、智能化水平与其他制造行业相比存在较大差距,生产现场仍以劳动力要素投入为主,生产过程产生的核心数据和关键信息并未被充分采集和有效利用,导致现有数据对船舶制造过程所涉及的生产执行、协同优化、生产监控等环节的支撑不够,因此亟需借助新一代信息技术,提升船舶制造车间智能化水平。

2. 数字孪生技术应用于船舶制造工厂

数字孪生作为实现智能制造的重要使能技术与手段,是新一代信息技术的重要组成部分,主要通过数据、模型、软件等不同方式建立物理空间与虚拟空间交互的桥梁,将物理空间中的要素、行为和规则实时映射到虚拟空间中,进而直观有效地对物理空间描述、分析与预测。

数字孪生技术应用于船舶制造,通过数字孪生技术对涉及生产的全要素进行数字化建模,再集成融合现有的多源异构数据,帮助管理人员一方面可实现对制造现场的实时监控、数字化管理和工艺优化及时有效地定位设备故障,调整生产流程;另一方面可基于历史数据及虚拟车间,在产品生产之前进行全流程仿真,及时发现并解决可能遇到的问题,在一定程度上缩短了产品制造时间,加快了车间制造效率,进而提高了企业明对复杂产品制造的竞争力。

数字孪生技术应用于船舶制造工厂

 

3. 船舶制造工厂数字孪生建模

船舶制造工厂数字孪生建模,主要借助数字孪生技术对船舶制造物理车间所包含的生产要素、行为和规则,在虚拟空间中对应构建1:1数字化孪生映射,通过对虚拟环境中的数字孪生体进行相应的操作,进而实现对物理车间快捷优化的目的。船舶数字孪生车间建模内容主要包括生产要素建模、生产计划建模及生产过程建模。

3.1 生产要素建模

生产要素模型是数字孪生技术在船舶制造工厂应用的基础,它是物理产线在孪生空间的完整映射。一方面,可将自身产生的数据传输到虚拟车间,为生产的仿真以及决策的制定提供依据;另一方面,可接收虚拟空间的指令,对现有生产活动进行调整,形成虚实交互联动。

根据船舶制造工厂实际生产情况和用途,将工厂生产要素分为有形生产要素和无形生产要素。

3.1.1 有形生产要素主要包括物料(原材料、零部件、半成品、成品和外购件)、人(管理人员、操作人员)、设备(传感器、监控器、加工设备)及其他涉及车间工位、托盘、地点等。

3.1.2 无形生产要素包括制造过程中所需的领域知识、规则和经验等。

船舶制造工厂数字孪生建模

3.2 生产计划建模

为了提高船舶制造工厂信息化、智能化水平,基于数字孪生技术,还需要对实际生产过程中的计划进行建模仿真处理。船舶制造工厂的生产是以计划为导向,并且生产计划管理是以订单为导向,通过对生产计划进行建模,实现船舶制造工厂生产计划的制定、执行、反馈与改进的信息化操作,进而提高生产部门的生产效益。

生产计划建模内容主要包括里程碑计划建模、工作包计划建模、工单计划建模,实现从计划节点的制定到工单完成的完整闭环。

3.2.1 里程碑计划建模是按订单生成的需求,对重要节点计划进行建模;

3.2.3 工作包计划建模根据导入的业务数据,依托定制化的工作包算法、工时算法等,并借助计划管理的需求时间节点进行建模;

3.2.3 工单计划建模是对具体执行层的建模,依托计划管理或者工作包管理生成工单计划,并对工单的领、派、完、反馈进行建模。

3.3 生产过程建模

在船舶制造工厂中,除了对要素及计划进行建模外,还需要对要素实际行为进行数字孪生建模,而这些行为就是在工厂生产过程中产生的过程数据,主要包括工况数据、工艺数据、生产进度数据等。

船舶制造工厂数字孪生系统生产过程建模

3.3.1 工况数据建模

船舶制造车间在产品生产过程中,需要众多设备的参与,为了能优化产品生产过程,提高生产效率,需要运用数字孪生技术,对车间设备运行产生的工况数据进行建模,并在虚拟车间形成实时的生产过程工况数据映射,通过虚拟车间对物理空间中的制造资源进行管控,实时获取设备的状态信息。

3.3.2 工艺数据建模

船舶制造过程分为船体建造、舾装和涂装3大工艺流程。在船舶制造过程中,不同的工艺流程将会产生不同的数据,针对主要的船舶建造工艺,构建工艺数据模型,对建造过程涉及的每一个工艺属性都进行分类建模存储,形成统一的工艺过程数据模型,满足虚拟空间对工艺加工过程数据流转的需求,为后期工艺流程优化提供支撑。

工艺数据模型将船厂生产制造的全过程分为多个工艺节点数据,工艺节点之间有严格的顺序逻辑关系。工艺节点包含多个工艺流程,工艺流程由多个工序组成。

3.3.3 生产进度数据建模

船舶制造车间中,要想对生产过程进行完整把控与建模,需要对产品的生产进度进行监控,同时对生产进度数据进行建模管理,主要包括对工单领工、工单派工、工单维护、工单反馈、工单统计、计划进度等生产进度数据进行建模。


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