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基于烟草生产的数字孪生智慧工厂解决方案:卷烟工厂数字孪生平台

发布时间:2023-09-25

编辑人:灵图互动

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基于烟草生产的数字孪生智慧工厂解决方案利用三维建模及数字孪生技术对卷烟厂区、车间、生产线、生产设备、设备零部件进行3D可视化建模,结合工艺现场的实时监管需求,构建3D可视化漫游平台,并与生产应用系统进行集成,实现设备操作、故障预警、维保和标准化的应用培训,同时基于数据的深度挖掘与应用,最终实现虚实结合、以虚控实及生产仿真决策优化。

基于烟草生产的数字孪生智慧工厂解决方案主要由数字孪生镜像、三维动态云图、历史数据回溯等三大应用场景组成。

1. 数字孪生镜像

卷烟工厂通过多方位数据采集,从多个层面描述设备的运行状况,卷烟工厂数字孪生平台通过与现场数采系统的对接,将各类型数据接入数字孪生模型,驱动数字孪生体运转状态变化,实现虚实互动实时映射。

数字孪生镜像通过集成设备的外观模型、信息模型、状态驱动模型、数采模型等信息,实现了单体设备的数字孪生体构建,能够在接入数据的前提下镜像映射设备的各类状态,几何外观模型通过数字孪生技术的应用具备了能够映射设备全生命周期的能力,成为具有创新价值的数据资产。卷烟工厂数字孪生平台关联模式与处理环节如下:

卷烟工厂数字孪生平台的数字孪生镜像

1)对数字孪生体的设备类型进行结构化分类:例如振动输送机、链式输送机、润叶加料机等,筛选特定设备下的感兴趣数采点,形成设备关键数据点表。

2)设备数字孪生体运行状态分类:对不同类型的设备数字孪生体,梳理运行状态并加以分类,以驱动不同的可视化效果。

3)设备数字孪生体运行状态接口定义:针对不同可视化数据驱动效果进行接口定义。

4)设备数字孪生体状态运行资源制作:根据设备及相关状态的可视化特征,制作对应的资源,并以接口定义规则进行相关可视化效果驱动设计,形成可加载特效或美术资源。

5)数字孪生体外观模型建设:根据孪生体外观建设标准制作外观模型,1:1还原设备。

6)数字孪生模型仿真资源配置:根据数字孪生镜像中制定的孪生体状态映射规则,对不同分类设备的不同状态配置镜像仿真资源,如运行动画、物料特效、状态特效等。

7)查询可加载车间:启动客户端时查询当前可加载车间信息。

8)加载对应设备:从服务器获取可加载车间的相关设备数字孪生体信息,从系统资源中加载相关孪生体资源。

9)获取对应配置:从数据库中获取相关设备的对应而配置,例如位置信息、设备名称、所属产线工艺段信息、数字孪生驱动数据点等。

10)查询状态接口数据:根据状态接口定义,从实时数据中查询,状态接口数据。

11)驱动状态资源接口:通过对实时数据的解析,驱动状态资源的变化。

12)展示数字孪生镜像效果:在客户端界面实时刷新孪生镜像状态,实现对产线运行状态的实时跟踪,涵盖设备实时运行数采数据,设备启停等运行仿真,输送带物料流转仿真,水电气汽等能源动力仿真、故障报警镜像等。

2. 三维动态云图

针对温度、湿度、虫情等与空间位置有映射关系的数据,卷烟工厂数字孪生平台采用三维数据云图的形式,进行孪生空间模拟,提升数据的可视可感性。通过实时的云图扰动状态,预判生产线整线的温度波动趋势,为产线相关参数的实时调整提供可视依据。详细设计流程如下:

卷烟工厂数字孪生平台的三维动态云图

1)车间编辑。①选择车间:选择需要编辑云图点位的车间。②添加云图数据点位:在编辑场景中添加云图数据点(如温度、湿度传感点、虫情收集点)。③选择实时数据源:在点位配置中输入 OPC 实时数据源的数据名称,完成数据自动关联。④编辑数据源空间位置:在孪生车间内,将该云图数据点位放置到传感器实际位置处,完成点位添加。

2)客户端加载。①查询可加载车间:启动客户端时查询当前可加载车间信息。②加载对应设备:从服务器获取可加载车间的相关设备孪生体信息,从系统资源中加载相关孪生体资源。③获取对应配置:从数据库中获取相关设备的对应而配置,例如位置信息、设备名称、所属产线工艺段信息、孪生驱动数据点等。

3)实时数据添加。①选择数字孪生体:在网页后台,数据中心选择数字孪生体新建数据实例合集。②选择实时数据源:为当前数据实例合集选择 OPC 实时数据服务器。③配置实时数据:为当前数据实例合集添加 OPC 点位数据,编辑点位名称、地址、数据上下限等内容。

3. 历史数据回溯

卷烟工厂数字孪生平台依托完备的生产线历史数据以及低延时的数据读取策略,开发历史数据回溯功能,解决什么时间,什么地点,当前设备处于什么状态的历史问题。在高倍速下重现历史生产过程,为质量事故推演、最佳生产环境确定、人员技能培训提供虚拟沙盘。历史数据回溯具体描述如下。

卷烟工厂数字孪生平台的历史数据回溯

1)实时数据添加。①选择数字孪生体:在系统后台,数据中心选择数字孪生体新建数据实例合集。②选择实时数据源:为当前数据实例合集选择 OPC 实时数据服务器。③配置实时数据:为当前数据实例合集添加 OPC 点位数据,编辑点位名称、地址、数据上下限等内容。

2)客户端加载。①查询可加载车间:启动客户端时查询当前可加载车间信息。②加载对应设备:从服务器获取可加载车间的相关设备孪生体信息,从系统资源中加载相关孪生体资源。③获取对应配置:从数据库中获取相关设备的对应而配置,例如位置信息、设备名称、所属产线工艺段信息、孪生驱动数据点等。④展示孪生效果:获取当前场景内实时数据,驱动各孪生效果运行。⑤进入回溯模式:通过界面交互进入回溯模式,暂停实时数据获取。⑥选取工艺段:选取进入当前场景中的工艺段,作为查询对应工单检索条件。⑦选取日期:选择工单查询日期。⑧获取时间范围:选择查询日期中的工单,系统自动加载工单时间范围。⑨加载历史数据:触发回溯流程,启动时光机回溯功能。⑩播放历史数据:依据历史数据还原历史生产场景。

3)历史数据回溯。①获取时间范围:当客户端启动加载历史数据,将为后台传输时间范围,以便进行历史数据查询。②判断缓存:判断当前查询条件是否有缓存数据,如果存在相同条件查询的缓存数据,则直接向客户端发送数据,返之启动查询路径。③获取 OPC 点位地址:依据客户端发来的请求消息,从数据库中获取需要查询的OPC 地址,取末尾段作为查询依据。④ TDengine 数据查询:通过 TDengine 的 interval 方法查询历史数据。⑤发送历史数据:向客户端和后台缓存区域发送查询到的历史数据。

4)历史回溯数据缓存。①获取当日批次:获取当日批次起始时间数据。②获取 OPC 点位地址:依据场景配置获取 OPC 点位地址。③ TDengine 数据查询:通过TDengine 的 interval 方法查询历史数据。④数据缓存:将查询到的批次数据进行缓存。

基于烟草生产的数字孪生智慧工厂解决方案通过数字孪生镜像、三维动态云图及历史数据回溯等三大应用场景,可以助力管理者实时掌握生产车间状况,透明化产品生产质量,进而达到生产优化的目的。

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