制造業(yè)的數(shù)字孿生

完整的數(shù)字孿生支持產(chǎn)品生命周期，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、可生產(chǎn)性、所有車(chē)間活動(dòng)以及使用。制造業(yè)數(shù)字孿生負(fù)責(zé)處理與制造相關(guān)的生命周期部分。對(duì)于數(shù)字孿生來(lái)說(shuō)，要達(dá)到它所能提供的生產(chǎn)效率的潛力，需要對(duì)整個(gè)流程或甚至工廠(chǎng)進(jìn)行建模。這樣就可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定可以改進(jìn)的地方，甚至預(yù)測(cè)將會(huì)發(fā)生什么。從歷史上來(lái)說(shuō)，MES曾提供過(guò)一些這樣的服務(wù)，但人們?nèi)晕磸V泛了解數(shù)字孿生的全部潛力和應(yīng)用。

數(shù)字孿生涵蓋了從傳感器和資產(chǎn)到完整的生產(chǎn)線(xiàn)或工廠(chǎng)，甚至包括多個(gè)工廠(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的所有內(nèi)容。它包含具有不同類(lèi)型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的模型層-包括3D模型、規(guī)格和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。為了使其在整個(gè)生產(chǎn)生命周期中都能正常工作，它需要許多不同利益相關(guān)者的不同看法。例如，維護(hù)人員需要比設(shè)計(jì)人員看到工廠(chǎng)更加不同的一面。

數(shù)字線(xiàn)程

數(shù)字孿生將系統(tǒng)的虛擬部分和實(shí)際部分分開(kāi)。但是為了更好的反映車(chē)間，需要將虛擬和真實(shí)聯(lián)系起來(lái)。這就是是數(shù)字線(xiàn)程的用武之地。

那么問(wèn)題來(lái)了，什么是數(shù)字線(xiàn)程呢？

數(shù)字線(xiàn)程指的是通信框架，實(shí)際上可以把它看成一個(gè)信息結(jié)構(gòu)，它集成并推動(dòng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)、制造和產(chǎn)品支持流程，包括從設(shè)計(jì)工程開(kāi)始并貫穿整個(gè)生產(chǎn)鏈的產(chǎn)品和流程定義。數(shù)據(jù)流包括質(zhì)量需求、合規(guī)性、規(guī)格、測(cè)試結(jié)果、維護(hù)計(jì)劃等，還包括反饋循環(huán)，如經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、計(jì)劃與實(shí)際處理結(jié)果的對(duì)比。在這整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)，它能夠使得相互連接的數(shù)據(jù)相互流動(dòng)，并且整合其中有用的數(shù)據(jù)，這個(gè)概念超越了傳統(tǒng)的孤立觀(guān)點(diǎn)，打破了信息孤島，從而也就實(shí)現(xiàn)了上文所說(shuō)的將真實(shí)和虛擬聯(lián)系起來(lái)。

數(shù)字線(xiàn)程服務(wù)于數(shù)字孿生，有助于維護(hù)其模型并提供有效的數(shù)據(jù)反饋。反過(guò)來(lái)，數(shù)字孿生貫穿于整個(gè)數(shù)字線(xiàn)程，確保數(shù)據(jù)集的組織性，并且符合實(shí)際情境。這些共同構(gòu)成了工業(yè)4.0生產(chǎn)模型所需的結(jié)構(gòu)。

擁抱數(shù)字孿生的好處

對(duì)于制造業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，數(shù)字孿生為生產(chǎn)提供了許多好處。首先，它提供了對(duì)整個(gè)工廠(chǎng)的完整的可見(jiàn)性，使上至管理者、下至基層員工，對(duì)于工廠(chǎng)的性能更有信心。其次，它提供的流程視圖清楚地說(shuō)明了管理者應(yīng)該關(guān)注哪些方面，以及可以在哪些方面進(jìn)行持續(xù)的流程改進(jìn)。最后，它實(shí)現(xiàn)了智能資源的實(shí)時(shí)分配，為虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)提供了完整的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提供了一個(gè)清晰的基礎(chǔ)。

隨著數(shù)字孿生和工業(yè)4.0為企業(yè)提供的不斷改進(jìn)的生產(chǎn)流程和更高的生產(chǎn)效率，企業(yè)自然能夠在市場(chǎng)中更具競(jìng)爭(zhēng)力。此外，它們也被用來(lái)為企業(yè)創(chuàng)建新的業(yè)務(wù)線(xiàn)，提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品以及更快速地推出產(chǎn)品。

從MES到制造業(yè)數(shù)字孿生

制造業(yè)數(shù)字孿生是一組虛擬的信息結(jié)構(gòu)，十分清楚的描述了虛擬或?qū)嶋H的產(chǎn)品。由于近年來(lái)相關(guān)軟硬件的發(fā)展以及IoT（物聯(lián)網(wǎng)）的興起，它已變得越來(lái)越引人注目，而這些不斷發(fā)展的設(shè)備收集信息也越來(lái)越容易。

數(shù)字孿生為操作者提供了所有的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以從對(duì)產(chǎn)品的實(shí)物檢驗(yàn)中獲得，并以數(shù)字形式呈現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)世界中。對(duì)于生產(chǎn)執(zhí)行，它能夠監(jiān)視、分析和控制生產(chǎn)的所有方面。

如果企業(yè)有一個(gè)可以通過(guò)實(shí)時(shí)輸入來(lái)跟蹤和控制生產(chǎn)制造過(guò)程的MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）系統(tǒng)，那么它已經(jīng)有了向數(shù)字孿生轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)。

MES的目的是提高生產(chǎn)能力和降低成本。它確保生產(chǎn)質(zhì)量、對(duì)過(guò)程和過(guò)程步驟的嚴(yán)格控制，并且有足夠高的靈活性，以更快地響應(yīng)市場(chǎng)需求，減少新產(chǎn)品的引進(jìn)時(shí)間。它還能夠跟蹤制造過(guò)程，提高可見(jiàn)性，控制和記載生產(chǎn)過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)更大的生產(chǎn)產(chǎn)能優(yōu)化。

許多公司已經(jīng)有了MES，因此從定義上來(lái)說(shuō)，它們已經(jīng)具有了數(shù)字孿生的某些特性。然而，為了更好的利用工業(yè)4.0和IoT，這些公司還需要一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，一個(gè)用于可視化的數(shù)字孿生體，以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等其他功能。問(wèn)題是，如果不使用通用語(yǔ)言和平臺(tái)進(jìn)行集成，它們就會(huì)成為孤立的解決方案，在集成和維護(hù)需求方面將會(huì)有巨大的開(kāi)銷(xiāo)。

現(xiàn)代MES是一個(gè)數(shù)字孿生平臺(tái)

對(duì)于擁有現(xiàn)代MES解決方案的公司來(lái)說(shuō)，這個(gè)平臺(tái)從一開(kāi)始被設(shè)計(jì)成可以利用物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的潛力，因此可以在這個(gè)平臺(tái)上構(gòu)建一個(gè)數(shù)字孿生的模型。所有制造業(yè)的實(shí)體對(duì)象都具有三個(gè)要素：物理位置；一個(gè)狀態(tài)；和其他參數(shù)。所以MES系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的第一層是x y z坐標(biāo);狀態(tài)模型;和用于存儲(chǔ)參數(shù)值的數(shù)據(jù)集。然后，需要在屏幕上為操作員提供這些信息，并在真實(shí)世界發(fā)生變化時(shí)實(shí)時(shí)更新這些內(nèi)容。第一層是工廠(chǎng)車(chē)間的2D模型，以數(shù)字格式提供操作的簡(jiǎn)單概述，并實(shí)時(shí)收集和更新信息。但是，3D模型為用戶(hù)提供了更大的潛力和真正的交互體驗(yàn)。

創(chuàng)建3D視圖的方法有很多?？梢栽贛ES中創(chuàng)建3D形狀，并將其與真實(shí)世界的對(duì)象(包括設(shè)備、容器、產(chǎn)品甚至人)關(guān)聯(lián)起來(lái)。也可以上傳工廠(chǎng)藍(lán)圖，以提供可以放置3D對(duì)象的布局。與此同時(shí)設(shè)備信息可以從諸如Excel之類(lèi)的包中加載，并與屏幕上的3D實(shí)體快速關(guān)聯(lián)。

為了獲得更引人注目的和真實(shí)的車(chē)間視圖，還可以將CAD模型加載到MES中。設(shè)備表示庫(kù)可以預(yù)先加載，要求用戶(hù)只需選擇設(shè)備類(lèi)型并將其拖放到適當(dāng)位置即可。所有這些意味著數(shù)字孿生可以在幾小時(shí)而不是幾周內(nèi)創(chuàng)建。這使得價(jià)值評(píng)估的時(shí)間非常短，并且隨著車(chē)間的發(fā)展和變更，不再需要昂貴的專(zhuān)業(yè)編程。

3D模型還提供了一條通往虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)場(chǎng)景的路徑，使整個(gè)車(chē)間的虛擬導(dǎo)航、培訓(xùn)和仿真機(jī)會(huì)成為可能。機(jī)器可以用不同的顏色進(jìn)行標(biāo)記，使生產(chǎn)線(xiàn)的狀態(tài)更加清晰和明顯?？梢允褂?a href="http://m.sdkjxy.cn/tags/rfid/" target="_blank">RFID標(biāo)簽和讀取器，WiFi三角測(cè)量系統(tǒng)或圖像識(shí)別解決方案向移動(dòng)資產(chǎn)（例如產(chǎn)品，人員和機(jī)器人）添加實(shí)時(shí)定位坐標(biāo)。

數(shù)字孿生的層次

數(shù)字孿生可以有許多層來(lái)滿(mǎn)足個(gè)人和業(yè)務(wù)需求。在最高層，這可能是多個(gè)工廠(chǎng)的全局視圖。然后，用戶(hù)可以通過(guò)這些層查看各個(gè)工廠(chǎng)、生產(chǎn)線(xiàn)或設(shè)備的各個(gè)部分。商業(yè)智能卡還可以集成到數(shù)字雙屏中，顯示關(guān)鍵性能指標(biāo)，如總體設(shè)備效率(OEE)、平均故障間隔時(shí)間(MTBF)等。

寫(xiě)在最后

制造業(yè)的數(shù)字孿生提供了一定的可視性，可以清楚地看到車(chē)間里正在發(fā)生的事情。這是一個(gè)了解問(wèn)題所在、可以在哪里進(jìn)行改進(jìn)以及如何更好地優(yōu)化生產(chǎn)的窗口?，F(xiàn)代MES提供了一個(gè)平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上可以直接交付數(shù)字孿生，而不需要多個(gè)獨(dú)立的需要持續(xù)的集成和維護(hù)的系統(tǒng)。實(shí)際上，有了真正面向未來(lái)的MES，公司就可以在極短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)和獲得制造業(yè)數(shù)字孿生的好處——為未來(lái)更大的業(yè)務(wù)靈活性、增長(zhǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)造機(jī)會(huì)。

本文正文部分絕大多數(shù)內(nèi)容翻譯自克里斯·帕森斯（Chris Parsons），他是是關(guān)鍵制造全球營(yíng)銷(xiāo)副總裁。在過(guò)去的20年中，他一直在企業(yè)軟件市場(chǎng)中工作，在復(fù)雜的離散制造商的制造運(yùn)營(yíng)和質(zhì)量管理軟件應(yīng)用程序方面獲得了豐富的經(jīng)驗(yàn)，目前專(zhuān)注于工業(yè)4.0和將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的智能制造概念。

effiar是由北京慧星視界科技有限公司研發(fā)的一款工業(yè)AR平臺(tái)。effiar由WorkGuide更名而來(lái)。在AR工業(yè)領(lǐng)域，使用者無(wú)需技術(shù)就可以通過(guò)effiar任務(wù)管理中心使用拖拽等簡(jiǎn)單操作，為特定業(yè)務(wù)場(chǎng)景定制智能眼鏡方案應(yīng)用。該平臺(tái)包括專(zhuān)家AR遠(yuǎn)程協(xié)作、AR巡檢、AR運(yùn)維、工作流、AR培訓(xùn)、AR+iot、多媒體知識(shí)庫(kù)等多個(gè)模塊，使用者可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要自由剪裁或者互相嵌套。

4.0版本支持更多MR眼鏡，以及數(shù)字孿生體驗(yàn)，使工作人員能夠感知工作環(huán)境和設(shè)備，更多內(nèi)容參考開(kāi)發(fā)者。lw （本文由effiar小可愛(ài)整理上傳，在此鳴謝effiar以及effiar小可愛(ài)）