開(kāi)篇引入 在集團(tuán)降本增效的政策引導(dǎo)下，某公司希望通過(guò)孿生技術(shù)賦能車間生產(chǎn)管理，穩(wěn)定提升產(chǎn)線生產(chǎn)能力，確保任務(wù)高效交付。分管公司信息化建設(shè)的李總，曾經(jīng)擔(dān)任過(guò)多個(gè)車間的車間主任，對(duì)車間的生產(chǎn)業(yè)務(wù)非常熟悉，但是說(shuō)到建設(shè)孿生應(yīng)用賦能車間產(chǎn)線，也是一頭霧水。
正好這天數(shù)字化管控專家小智來(lái)公司做匯報(bào)交流，會(huì)后李總邀請(qǐng)小智來(lái)辦公室詳談，希望能獲得一些啟發(fā)。
“李總您真是找對(duì)人了，我們最近剛為某條數(shù)字化智能產(chǎn)線建設(shè)提供了孿生管控應(yīng)用建設(shè)的落地指導(dǎo)，通過(guò)引進(jìn)孿生技術(shù)，讓車間管控更實(shí)時(shí)高效…….”
案例背景 該公司主要負(fù)責(zé)電子設(shè)備整機(jī)及部件的總裝生產(chǎn)，已建成ERP、MES、PDM、WMS等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了車間生產(chǎn)業(yè)務(wù)的線上開(kāi)展執(zhí)行。由于產(chǎn)線任務(wù)多、交期緊，需要對(duì)產(chǎn)線狀態(tài)、任務(wù)進(jìn)度、異常問(wèn)題、設(shè)備效能等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)感知，否則會(huì)進(jìn)一步限制車間的高效協(xié)同作業(yè)，影響任務(wù)交付。另外，該公司的產(chǎn)線改造也是工信部的示范項(xiàng)目，公司希望先從產(chǎn)線的全面自動(dòng)化改造開(kāi)始，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)賦能產(chǎn)線管控升級(jí)，構(gòu)建一體化產(chǎn)線級(jí)管控能力，最終向全公司推廣，邁向全面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
痛點(diǎn)剖析 01產(chǎn)線態(tài)勢(shì)感知不立體 產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)奏快，任務(wù)緊，而傳統(tǒng)的車間產(chǎn)線管理模式中，管理者通過(guò)線下看板、報(bào)表了解產(chǎn)線動(dòng)態(tài)，并開(kāi)展“事后”管理。這些傳統(tǒng)手段，容易導(dǎo)致業(yè)務(wù)進(jìn)展的滯后上報(bào)和關(guān)鍵異常的延遲響應(yīng)，使得管理者對(duì)于產(chǎn)線態(tài)勢(shì)的感知不立體，無(wú)法支撐高效實(shí)時(shí)的生產(chǎn)管控，不能滿足快節(jié)奏的生產(chǎn)交付需求，從而制約了生產(chǎn)運(yùn)行業(yè)務(wù)的高效協(xié)同與快速調(diào)整能力。
02產(chǎn)線異常定位不直觀 傳統(tǒng)的產(chǎn)線管理在應(yīng)對(duì)異常時(shí)，存在定位不直觀，不能對(duì)異常進(jìn)行精確分級(jí)分類標(biāo)記，不能及時(shí)精準(zhǔn)推送相關(guān)人員等問(wèn)題。這主要是由于傳統(tǒng)管理方式依賴于人工監(jiān)控、紙質(zhì)記錄以及非實(shí)時(shí)的信息反饋機(jī)制，導(dǎo)致在異常發(fā)生時(shí)不能及時(shí)、準(zhǔn)確、直觀地定位問(wèn)題所在。這種對(duì)異常事后感知和處理的方式，容易造成問(wèn)題被忽視或誤判，延誤處理時(shí)機(jī)，另外異常信息展示不直觀、不全面，管理層無(wú)法獲得足夠的信息支持，難以快速做出科學(xué)、合理的決策，進(jìn)一步降低了異常問(wèn)題的閉環(huán)效率，容易引發(fā)更大的生產(chǎn)問(wèn)題。
03產(chǎn)線數(shù)據(jù)價(jià)值未變現(xiàn) 在生產(chǎn)過(guò)程中，工控網(wǎng)的數(shù)據(jù)積累了不少，但是未能反向進(jìn)行數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘分析，從而以數(shù)據(jù)支撐業(yè)務(wù)改進(jìn)改善。例如，車間在進(jìn)行新產(chǎn)品試制或設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，主要依靠管理與技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，難以充分分析和使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，工藝參數(shù)靠經(jīng)驗(yàn)，制造過(guò)程難追溯，無(wú)法進(jìn)行制造全周期的數(shù)據(jù)收集分析。數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的缺失限制了數(shù)據(jù)價(jià)值的發(fā)揮，并且舊的數(shù)據(jù)處理和分析工具無(wú)法處理大量的數(shù)據(jù)，無(wú)法提供高效業(yè)務(wù)改善所需的洞察力，導(dǎo)致數(shù)據(jù)分析價(jià)值不能充分發(fā)揮。
04雙網(wǎng)數(shù)據(jù)互聯(lián)不貫通 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，內(nèi)網(wǎng)主要進(jìn)行訂單計(jì)劃編制、設(shè)計(jì)工藝開(kāi)發(fā)、公司運(yùn)營(yíng)管理等工作，工控網(wǎng)進(jìn)行生產(chǎn)制造、裝配及調(diào)試試驗(yàn)等執(zhí)行工作。由于生產(chǎn)活動(dòng)與內(nèi)網(wǎng)以及工控網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的物理隔離設(shè)置，生產(chǎn)業(yè)務(wù)所依賴的關(guān)鍵資料分布于多個(gè)內(nèi)網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之中，存在信息孤島。工控-內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)不通，隔斷了“設(shè)計(jì)端-制造端”、“運(yùn)營(yíng)管理端-生產(chǎn)執(zhí)行端”的信息傳遞，就好比人的大腦無(wú)法感知身體。雙網(wǎng)數(shù)據(jù)互聯(lián)不貫通，制約生產(chǎn)管控與生產(chǎn)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(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)組包與數(shù)據(jù)分析利用，使得設(shè)計(jì)-制造業(yè)務(wù)不能有效協(xié)同，不能為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)測(cè)全過(guò)程管理活動(dòng)提供有效的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用及服務(wù)能力。
解決方案 基于數(shù)據(jù)和模型驅(qū)動(dòng)，建立數(shù)字孿生空間，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理空間的描述、診斷、預(yù)測(cè)、決策。以整體產(chǎn)線為視角，對(duì)整體產(chǎn)線，重點(diǎn)設(shè)備，人員，進(jìn)行建模；通過(guò)對(duì)產(chǎn)線數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用，結(jié)合可視化工具進(jìn)行指標(biāo)的呈現(xiàn)，形成產(chǎn)線綜合計(jì)劃、質(zhì)量、進(jìn)度、負(fù)荷情況綜合展示。構(gòu)建決策分析應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)生產(chǎn)車間電子大屏方式展示現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作進(jìn)度及問(wèn)題，輔助生產(chǎn)管控。
01孿生助力產(chǎn)線立體化感知 數(shù)字孿生技術(shù)通過(guò)構(gòu)建與真實(shí)產(chǎn)線高度一致的數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。傳統(tǒng)的產(chǎn)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(cè)，而通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)產(chǎn)線三維空間內(nèi)各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)參數(shù)的全面感知。通過(guò)構(gòu)建三維數(shù)字模型，管理者可以直觀地看到計(jì)劃信息、執(zhí)行進(jìn)展、問(wèn)題偏差，以及工時(shí)情況、人員生產(chǎn)效率、工位生產(chǎn)情況、產(chǎn)線負(fù)荷等信息，找出影響產(chǎn)線效率的關(guān)鍵點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)線的立體化、精細(xì)化管理。
圖1 車間產(chǎn)線立體感知
02產(chǎn)線異常直觀感知與管理 數(shù)字孿生技術(shù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物理世界的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常情況時(shí)，數(shù)字孿生平臺(tái)能夠自動(dòng)觸發(fā)告警機(jī)制，通過(guò)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(huì)明確指出異常的位置、類型、影響范圍等關(guān)鍵信息，幫助管理人員快速定位問(wèn)題并采取相應(yīng)措施。
在異常處理過(guò)程中，數(shù)字孿生技術(shù)提供了三維空間精準(zhǔn)聯(lián)動(dòng)的能力。當(dāng)異常事件發(fā)生時(shí)，數(shù)字孿生平臺(tái)能夠自動(dòng)定位到三維場(chǎng)景中的具體位置，并展示相關(guān)的設(shè)備、人員、資源等信息。這有助于管理人員快速了解現(xiàn)場(chǎng)情況，制定科學(xué)合理的應(yīng)急響應(yīng)方案，并快速調(diào)動(dòng)相關(guān)資源進(jìn)行處理。同時(shí)，通過(guò)模擬仿真和預(yù)案推演等功能，數(shù)字孿生還能夠?yàn)閼?yīng)急響應(yīng)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(shù)構(gòu)建了產(chǎn)線全景實(shí)時(shí)監(jiān)控的孿生場(chǎng)景，通過(guò)對(duì)設(shè)備、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、獨(dú)立測(cè)試系統(tǒng)、儀器、傳感器、熱臺(tái)、AGV車數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)孿生技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)線生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化實(shí)時(shí)映射復(fù)現(xiàn)。管理人員可以通過(guò)3D產(chǎn)線漫游的方式，進(jìn)行產(chǎn)線快速巡檢，身臨其境地掌握產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)裝配、調(diào)測(cè)、工藝、檢驗(yàn)等核心業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)現(xiàn)狀，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)異常問(wèn)題進(jìn)行高效協(xié)同處置，顯著提升了整體生產(chǎn)管控效率和協(xié)同效率。
04實(shí)時(shí)分析深度釋放數(shù)據(jù)價(jià)值 產(chǎn)線數(shù)字孿生管控場(chǎng)景，不僅可以通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確反映產(chǎn)線運(yùn)行的動(dòng)態(tài)變化，為生產(chǎn)管理側(cè)提供有力支撐，還可以對(duì)關(guān)鍵生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析，例如生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、產(chǎn)品質(zhì)量控制、設(shè)備預(yù)測(cè)維護(hù)、供應(yīng)鏈管理與物流優(yōu)化、產(chǎn)品關(guān)聯(lián)分析等常見(jiàn)的數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用，使產(chǎn)線數(shù)據(jù)價(jià)值得到深度釋放。如圖4所示，在產(chǎn)線質(zhì)量數(shù)據(jù)分析應(yīng)用建成之后，基于數(shù)字孿生系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析螺釘力矩參數(shù)的質(zhì)量態(tài)勢(shì)，技術(shù)質(zhì)量人員可以高效感知螺釘力矩參數(shù)的質(zhì)量異常問(wèn)題，支持異常的快速消除閉環(huán)；另外通過(guò)對(duì)螺釘力矩質(zhì)量數(shù)據(jù)的全面收集和實(shí)時(shí)分析，為質(zhì)量分析、工藝參數(shù)優(yōu)化等技術(shù)質(zhì)量工作，提供了充分的數(shù)據(jù)支撐。
圖2 產(chǎn)線質(zhì)量數(shù)據(jù)分析應(yīng)用建設(shè)
05兩網(wǎng)融合打通數(shù)據(jù)壁壘 通過(guò)兩網(wǎng)智能融合貫通，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要素的全面歸集和高效管理，提升了生產(chǎn)系統(tǒng)的整體效率和智能化水平。系統(tǒng)從業(yè)務(wù)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，將生產(chǎn)任務(wù)指令、生產(chǎn)工藝流程卡、物料清單、裝配圖紙、PBOM、產(chǎn)品規(guī)范等非密數(shù)據(jù)采集并傳遞下發(fā)至工控網(wǎng)業(yè)務(wù)終端，同時(shí)從工控網(wǎng)采集生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)、調(diào)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)傳回內(nèi)網(wǎng)，打通設(shè)計(jì)端-制造端”、“運(yùn)營(yíng)管理端-生產(chǎn)執(zhí)行端”的信息傳遞，為業(yè)務(wù)流程正常開(kāi)展提供保障，最終實(shí)現(xiàn)訂單、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)業(yè)務(wù)協(xié)同管理。
圖3 工控-內(nèi)網(wǎng)融合數(shù)據(jù)交互建設(shè)
“你們建設(shè)的這個(gè)數(shù)字化管控產(chǎn)線還是挺吸引人的，除了現(xiàn)有的這些功能，未來(lái)還有什么發(fā)展前景嗎？”
“未來(lái)，數(shù)字孿生技術(shù)、AI和大數(shù)據(jù)技術(shù)將數(shù)據(jù)價(jià)值發(fā)揮更大化，通過(guò)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(chǎn)產(chǎn)區(qū)的設(shè)備運(yùn)行、故障預(yù)判及遠(yuǎn)程調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。”
“除了這些管理上的提升，在生產(chǎn)技術(shù)上有沒(méi)有什么價(jià)值？”
“基于數(shù)字孿生的數(shù)字仿真生產(chǎn)技術(shù)，也將給科研生產(chǎn)帶來(lái)變革。通過(guò)模擬仿真設(shè)計(jì)，產(chǎn)品研發(fā)的周期和成本大大降低；模擬仿真生產(chǎn)，可以幫助工藝持續(xù)優(yōu)化，穩(wěn)定提高生產(chǎn)工藝成熟度，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定交付?！?br />
“有這么多好的應(yīng)用前景，看來(lái)數(shù)字孿生賦能車間產(chǎn)線的潛在價(jià)值真不小??！”
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