開篇引入 在集團降本增效的政策引導下，某公司希望通過孿生技術賦能車間生產管理，穩(wěn)定提升產線生產能力，確保任務高效交付。分管公司信息化建設的李總，曾經擔任過多個車間的車間主任，對車間的生產業(yè)務非常熟悉，但是說到建設孿生應用賦能車間產線，也是一頭霧水。
正好這天數(shù)字化管控專家小智來公司做匯報交流，會后李總邀請小智來辦公室詳談，希望能獲得一些啟發(fā)。
“李總您真是找對人了，我們最近剛為某條數(shù)字化智能產線建設提供了孿生管控應用建設的落地指導，通過引進孿生技術，讓車間管控更實時高效…….”
案例背景 該公司主要負責電子設備整機及部件的總裝生產，已建成ERP、MES、PDM、WMS等業(yè)務系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了車間生產業(yè)務的線上開展執(zhí)行。由于產線任務多、交期緊，需要對產線狀態(tài)、任務進度、異常問題、設備效能等指標進行實時感知，否則會進一步限制車間的高效協(xié)同作業(yè)，影響任務交付。另外，該公司的產線改造也是工信部的示范項目，公司希望先從產線的全面自動化改造開始，通過數(shù)字孿生技術賦能產線管控升級，構建一體化產線級管控能力，最終向全公司推廣，邁向全面的數(shù)字化轉型。
痛點剖析 01產線態(tài)勢感知不立體 產線生產節(jié)奏快，任務緊，而傳統(tǒng)的車間產線管理模式中，管理者通過線下看板、報表了解產線動態(tài)，并開展“事后”管理。這些傳統(tǒng)手段，容易導致業(yè)務進展的滯后上報和關鍵異常的延遲響應，使得管理者對于產線態(tài)勢的感知不立體，無法支撐高效實時的生產管控，不能滿足快節(jié)奏的生產交付需求，從而制約了生產運行業(yè)務的高效協(xié)同與快速調整能力。
02產線異常定位不直觀 傳統(tǒng)的產線管理在應對異常時，存在定位不直觀，不能對異常進行精確分級分類標記，不能及時精準推送相關人員等問題。這主要是由于傳統(tǒng)管理方式依賴于人工監(jiān)控、紙質記錄以及非實時的信息反饋機制，導致在異常發(fā)生時不能及時、準確、直觀地定位問題所在。這種對異常事后感知和處理的方式，容易造成問題被忽視或誤判，延誤處理時機，另外異常信息展示不直觀、不全面，管理層無法獲得足夠的信息支持，難以快速做出科學、合理的決策，進一步降低了異常問題的閉環(huán)效率，容易引發(fā)更大的生產問題。
03產線數(shù)據(jù)價值未變現(xiàn) 在生產過程中，工控網的數(shù)據(jù)積累了不少，但是未能反向進行數(shù)據(jù)價值挖掘分析，從而以數(shù)據(jù)支撐業(yè)務改進改善。例如，車間在進行新產品試制或設計優(yōu)化時，主要依靠管理與技術人員的經驗，難以充分分析和使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，工藝參數(shù)靠經驗，制造過程難追溯，無法進行制造全周期的數(shù)據(jù)收集分析。數(shù)據(jù)技術基礎設施的缺失限制了數(shù)據(jù)價值的發(fā)揮，并且舊的數(shù)據(jù)處理和分析工具無法處理大量的數(shù)據(jù)，無法提供高效業(yè)務改善所需的洞察力，導致數(shù)據(jù)分析價值不能充分發(fā)揮。
04雙網數(shù)據(jù)互聯(lián)不貫通 在實際生產過程中，內網主要進行訂單計劃編制、設計工藝開發(fā)、公司運營管理等工作，工控網進行生產制造、裝配及調試試驗等執(zhí)行工作。由于生產活動與內網以及工控網網絡環(huán)境的物理隔離設置，生產業(yè)務所依賴的關鍵資料分布于多個內網業(yè)務系統(tǒng)之中，存在信息孤島。工控-內網數(shù)據(jù)不通，隔斷了“設計端-制造端”、“運營管理端-生產執(zhí)行端”的信息傳遞，就好比人的大腦無法感知身體。雙網數(shù)據(jù)互聯(lián)不貫通，制約生產管控與生產執(zhí)行之間的協(xié)同效率，降低了管控效率；另外，影響了生產過程數(shù)據(jù)組包與數(shù)據(jù)分析利用，使得設計-制造業(yè)務不能有效協(xié)同，不能為設計、生產、調測全過程管理活動提供有效的數(shù)據(jù)分析應用及服務能力。
解決方案 基于數(shù)據(jù)和模型驅動，建立數(shù)字孿生空間，實現(xiàn)對物理空間的描述、診斷、預測、決策。以整體產線為視角，對整體產線，重點設備，人員，進行建模；通過對產線數(shù)據(jù)的分析應用，結合可視化工具進行指標的呈現(xiàn)，形成產線綜合計劃、質量、進度、負荷情況綜合展示。構建決策分析應用場景，通過生產車間電子大屏方式展示現(xiàn)場實際工作進度及問題，輔助生產管控。
01孿生助力產線立體化感知 數(shù)字孿生技術通過構建與真實產線高度一致的數(shù)字模型，實現(xiàn)了對產線運行狀態(tài)的實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。傳統(tǒng)的產線感知往往局限于二維平面或單一維度的數(shù)據(jù)監(jiān)測，而通過數(shù)字孿生技術則能夠實現(xiàn)對產線三維空間內各個環(huán)節(jié)、各個參數(shù)的全面感知。通過構建三維數(shù)字模型，管理者可以直觀地看到計劃信息、執(zhí)行進展、問題偏差，以及工時情況、人員生產效率、工位生產情況、產線負荷等信息，找出影響產線效率的關鍵點，從而實現(xiàn)對產線的立體化、精細化管理。
圖1 車間產線立體感知
02產線異常直觀感知與管理 數(shù)字孿生技術結合物聯(lián)網、云計算等先進技術，實現(xiàn)了對物理世界的實時動態(tài)監(jiān)測。當監(jiān)測到異常情況時，數(shù)字孿生平臺能夠自動觸發(fā)告警機制，通過聲音、圖像、文字等多種形式向管理人員發(fā)出告警信息。告警信息通常會明確指出異常的位置、類型、影響范圍等關鍵信息，幫助管理人員快速定位問題并采取相應措施。
在異常處理過程中，數(shù)字孿生技術提供了三維空間精準聯(lián)動的能力。當異常事件發(fā)生時，數(shù)字孿生平臺能夠自動定位到三維場景中的具體位置，并展示相關的設備、人員、資源等信息。這有助于管理人員快速了解現(xiàn)場情況，制定科學合理的應急響應方案，并快速調動相關資源進行處理。同時，通過模擬仿真和預案推演等功能，數(shù)字孿生還能夠為應急響應提供決策支持。
03全景漫游助力快速巡檢 基于3D建模與數(shù)字孿生技術構建了產線全景實時監(jiān)控的孿生場景，通過對設備、自動測試系統(tǒng)、獨立測試系統(tǒng)、儀器、傳感器、熱臺、AGV車數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)采集，并通過孿生技術進行產線生產過程的數(shù)字化實時映射復現(xiàn)。管理人員可以通過3D產線漫游的方式，進行產線快速巡檢，身臨其境地掌握產線現(xiàn)場裝配、調測、工藝、檢驗等核心業(yè)務環(huán)節(jié)的動態(tài)現(xiàn)狀，并對現(xiàn)場異常問題進行高效協(xié)同處置，顯著提升了整體生產管控效率和協(xié)同效率。
04實時分析深度釋放數(shù)據(jù)價值 產線數(shù)字孿生管控場景，不僅可以通過實時數(shù)據(jù)分析準確反映產線運行的動態(tài)變化，為生產管理側提供有力支撐，還可以對關鍵生產參數(shù)進行實時監(jiān)控與分析，例如生產數(shù)據(jù)監(jiān)控、產品質量控制、設備預測維護、供應鏈管理與物流優(yōu)化、產品關聯(lián)分析等常見的數(shù)據(jù)挖掘應用，使產線數(shù)據(jù)價值得到深度釋放。如圖4所示，在產線質量數(shù)據(jù)分析應用建成之后，基于數(shù)字孿生系統(tǒng)實時監(jiān)控與分析螺釘力矩參數(shù)的質量態(tài)勢，技術質量人員可以高效感知螺釘力矩參數(shù)的質量異常問題，支持異常的快速消除閉環(huán)；另外通過對螺釘力矩質量數(shù)據(jù)的全面收集和實時分析，為質量分析、工藝參數(shù)優(yōu)化等技術質量工作，提供了充分的數(shù)據(jù)支撐。
圖2 產線質量數(shù)據(jù)分析應用建設
05兩網融合打通數(shù)據(jù)壁壘 通過兩網智能融合貫通，實現(xiàn)生產要素的全面歸集和高效管理，提升了生產系統(tǒng)的整體效率和智能化水平。系統(tǒng)從業(yè)務系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，將生產任務指令、生產工藝流程卡、物料清單、裝配圖紙、PBOM、產品規(guī)范等非密數(shù)據(jù)采集并傳遞下發(fā)至工控網業(yè)務終端，同時從工控網采集生產過程數(shù)據(jù)、調測數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)傳回內網，打通設計端-制造端”、“運營管理端-生產執(zhí)行端”的信息傳遞，為業(yè)務流程正常開展提供保障，最終實現(xiàn)訂單、設計、生產業(yè)務協(xié)同管理。
圖3 工控-內網融合數(shù)據(jù)交互建設
“你們建設的這個數(shù)字化管控產線還是挺吸引人的，除了現(xiàn)有的這些功能，未來還有什么發(fā)展前景嗎？”
“未來，數(shù)字孿生技術、AI和大數(shù)據(jù)技術將數(shù)據(jù)價值發(fā)揮更大化，通過三維數(shù)字孿生工廠的管理新模式，管理人員能直觀掌握生產產區(qū)的設備運行、故障預判及遠程調控，從而實現(xiàn)智能化生產?！?br />
“除了這些管理上的提升，在生產技術上有沒有什么價值？”
“基于數(shù)字孿生的數(shù)字仿真生產技術，也將給科研生產帶來變革。通過模擬仿真設計，產品研發(fā)的周期和成本大大降低；模擬仿真生產，可以幫助工藝持續(xù)優(yōu)化，穩(wěn)定提高生產工藝成熟度，降低生產成本，實現(xiàn)穩(wěn)定交付。”
“有這么多好的應用前景，看來數(shù)字孿生賦能車間產線的潛在價值真不小??！”
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