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基于数字孪生的数字化车间升级方案

某公司基于国家战略方向,结合企业自身发展需要,以最新前沿技术理论为指导,成功探索出数字化转型升级之路,在行业中具有较强的示范作用。本文根据数字化车间升级的理论与实践,具体阐述基于数字孪生运行模式的数字化车间的升级方案与具体实现。


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技术理论成果概述
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01 数字孪生车间运行模式


世界各个制造大国提出的制造业国家战略虽然侧重点与背景不尽相同,但其共同目标之一是实现制造业现实世界与信息世界的全面互联与智能融合。在此背景下,数字孪生及数字孪生车间的概念应运而生。


数字孪生的思想最早由美国密歇根大学 Grieves教授于 2003 年在产品全生命周期管理课程中提出,最初命名为“信息镜像模型”(information mirroring model),而后逐渐演变为“数字孪生”(digital twin)的术语。在此之后,西门子从产品的角度,应用数字孪生这一理念实现了从产品设计到制造执行的产品全生命周期数字化;Aniruddha Gaikwad等研究人员利用数字孪生技术,融合热模拟、温度传感、过程故障监测与分析等,提高 3D 打印水平。


02 数字化车间构建理论


自工业革命以来,科学技术的进步不断推动生产制造方式及管理思想的不断发展,加工制造业大致经历了单机器生产、流水线规模化生产和信息化辅助生产等阶段,目前处于信息化与工业化相互融合的发展阶段。在新一代信息技术的推动之下,数字化车间的概念及建设理念被更加广泛、更加深入地应用于现代制造业,加工制造水平得到大幅提升。


数字化车间是基于生产设备、检测设备等生产相关的硬件设施,以节支降本、提质增效和快速响应市场为目的,通过数字化、网络化、智能化等手段,在计算机虚拟环境中,对“人−机−物−环 境”等生产资源与生产过程进行设计、管理、仿真、优化以及可视化等工作,对产品设计、工艺流程、生产组织和过程控制等环节进行精细、精准、敏捷、高效地管理。它改变了传统的规划设计理念,将设计规划从经验和手工方式,转化为计算机辅助数字仿真与优化的精确可靠的规划设计,以达成节支降本、提质增效和协同高效的管理目的。


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数字化车间升级方案及实现
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随着我国装备制造业的不断发展,宏观市场对于产品性能、运行效率、市场响应和节能减排等方面均提出了更高要求。同时,“中国制造 2025”等国家宏观战略对制造业转型升级指明了方向。为此,公司结合国家战略要求及自身发展要求,以数字孪生车间运行模式、数字化车间构建等技术理论与实践经验为指导,对智能装备核心功能部件生产车间进行基于数字孪生运行模式的数字化升级。


智能装备核心功能部件生产车间,总占地面积 18000 ㎡,主要生产智能伺服系统、核心功能部件、高端智能装备等产品,是公司核心产品生产车间之一。数字化车间的升级成功将对公司进一步发展和行业影响力提升具有重要作用。


数字化车间总体设计方案


数字化车间整体升级方案为:以大数据信息交互平台为核心,建立 8 大协同、高效运行的数字化管理模块,实现 5 类核心工业装备与信息化深度融合,施行 4 大产品线规模化、柔性化的智能制造新模式。整体架构如图 1 所示。


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