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数字孪生在制造业工厂的应用:数字孪生工厂整体解决方案

发布时间:2023-10-30

编辑人:灵图互动

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数字孪生在制造业工厂的应用目前已涉及到产品生命周期各个阶段,包括产品设计、制造、服务与运维等。通过搭建智能制造的部署、运营、服务、安全的完整体系,促进信息逻辑和工业逻辑相融合,用数字孪生让真实工厂映射到数字世界,汇聚分散在各封闭组织内的数据,从工业大数据中发掘工业机理和规律,从而以虚实之间有效协同缩短研发设计周期,优化重构生产制造流程,提升设备维护效率,加快组织内外协同合作,带来生产力的变革,触发新型设计、生产、服务模式的演进。

数字孪生在制造业工厂的应用

数字孪生工厂整体解决方案详细内容如下:

1. 基于数字孪生的产品设计与仿真

基于数字孪生的产品设计与仿真通过全生命周期的虚实融合,以及高保真的虚拟仿真模型建立等方法,全面提升设计质量和效率。

1.1 面向数字孪生的生产线工艺设计与仿真

以多源CAD模型为数字孪生模型数据源,基于设计任务分配功能实现智能协同设计,实现生产线物理与实物模型的信息实时交互与三维可视化。

1.2 生产线工艺设计与仿真的工艺知识库

构建生产线工艺设计与仿真的工艺知识库,包括实时工艺修正与优化、工艺过程优化、工艺知识提炼与总结、沉浸式工艺设计与仿真,全面有效地挖掘和总结工艺“设计经验”和“设计知识”,结合产品运维阶段的质量状况、使用状况、技术状态等,从产品功能实现的角度对产品研制阶段采用的工艺方法进行评价和比较。

1.3 基于数字孪生的虚拟样机

虚拟样机是建立在数字世界的、可反映物理样机真实性的数字模型,通过多领域的综合仿真和设备的性能衰减仿真,在物理样机制造之前对装备的性能进行测试和评估,改进其设计缺陷,可以缩短其设计改进周期。

2. 基于系统级数字孪生的生产线生产过程建模与控制

通过生产线的数字孪生融合生产核心智能装备(设备层)、生产执行系统MES和企业资源计划ERP(系统层),实现生产自动化与信息化的紧密集合,进而实现生产过程的智能化分析和管控。

2.1 基于数字孪生的车间生产调度优化

通过数字孪生的虚实映射和交互融合,实时获取制造装备状态、生产过程进度以及质量参数控制的第一手信息,传递给管控层,实现车间制造透明化;支持向现场工业计算机、智能终端及制造设备下发过程控制指令,正确、及时地传递设计及工艺意图。

2.2 基于数字孪生的设备故障诊断与远程运维

在数字孪生数据的驱动下,基于物理设备与虚拟设备的同步映射与实时交互以及精准的设备故障诊断服务,实现快速捕捉故障现象,准确定位故障原因,合理设计并验证维修策略。

基于数字孪生的设备故障诊断与远程运维

2.3 基于数字孪生的车间装备虚拟调试

通过各模型软件的API接口可以将设备模型与设备的PLC系统以及数字孪生仿真系统进行集成。在数字孪生仿真系统中对模型进行编程,根据实际需求将逻辑指令写入到仿真系统中,实现虚拟模型的运动设计。再通过OPC技术,将虚拟模型的运动逻辑传递到PLC中,通过设备模型的运动结果判断运动逻辑指令正确与否。

2.4 基于数字孪生的车间人机交互

构建与实际物理车间完全映射的数字孪生虚拟车间,通过工业级通信技术识别操作人员下达的指令,机器能够迅速调整工作计划,以做出能够配合工人生产作业的动作,并实时更新虚拟车间的制造进程。

2.5 基于数字孪生的测试/检测

在数字孪生的虚拟空间中构建高保真度的测试系统及被测对象虚拟模型,借助测试数据实时传输、测试指令传输执行技术,在历史数据和实时数据的驱动下,实现物理被测对象和虚拟被测对象的多学科/多尺度/多物理属性的高逼真度仿真与交互,从而直观、全面地反映生产过程全生命周期状态,有效支撑基于数据和知识的科学决策。

基于数字孪生的测试/检测

3. 基于数字孪生的产品服务系统

基于数字孪生的产品服务系统是在数字孪生的支撑下,通过不同“物理产品和/或服务”组合的智能分析决策、快速个性化产品服务配置和服务过程体验与快速供给等,借助要素间的虚实同步,实现资源的优化配置与融合。建立基于数字孪生模型的产品服务系统,充分利用数字化与信息化系统,有效支持复杂产品与服务生命周期的智能决策提供、快速供给、智能服务、价值与环境分析等。基于数字孪生的产品服务系统使服务管理呈现出新的转变,即响应方式由客户响应向服务商主动服务转变;服务配置与价值分析方式由人为主观配置与评估向实时精确配置与评估转变;服务理念由为自己创造价值转变为与客户一起共同创造价值转变;过程管理由传统服务管理模式向实时化、远程化、集成化的生命周期管理转变。

数字孪生技术在制造业产品设计、制造、服务与运维全生命周期的应用,可有效协同缩短研发设计周期,优化重构生产制造流程,提升设备维护效率,加快组织内外协同合作,进而降低制造成本,提升生产效率。

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