某公司基于國(guó)家戰(zhàn)略方向，結(jié)合企業(yè)自身發(fā)展需要，以最新前沿技術(shù)理論為指導(dǎo)，成功探索出數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)之路，在行業(yè)中具有較強(qiáng)的示范作用。本文根據(jù)數(shù)字化車間升級(jí)的理論與實(shí)踐，具體闡述基于數(shù)字孿生運(yùn)行模式的數(shù)字化車間的升級(jí)方案與具體實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)理論成果概述

01 數(shù)字孿生車間運(yùn)行模式

世界各個(gè)制造大國(guó)提出的制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略雖然側(cè)重點(diǎn)與背景不盡相同，但其共同目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)現(xiàn)實(shí)世界與信息世界的全面互聯(lián)與智能融合。在此背景下，數(shù)字孿生及數(shù)字孿生車間的概念應(yīng)運(yùn)而生。

數(shù)字孿生的思想最早由美國(guó)密歇根大學(xué) Grieves教授于 2003 年在產(chǎn)品全生命周期管理課程中提出，最初命名為“信息鏡像模型”（information mirroring model），而后逐漸演變?yōu)椤皵?shù)字孿生”（digital twin）的術(shù)語(yǔ)。在此之后，西門子從產(chǎn)品的角度，應(yīng)用數(shù)字孿生這一理念實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造執(zhí)行的產(chǎn)品全生命周期數(shù)字化；Aniruddha Gaikwad等研究人員利用數(shù)字孿生技術(shù)，融合熱模擬、溫度傳感、過(guò)程故障監(jiān)測(cè)與分析等，提高 3D 打印水平。

02 數(shù)字化車間構(gòu)建理論

自工業(yè)革命以來(lái)，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步不斷推動(dòng)生產(chǎn)制造方式及管理思想的不斷發(fā)展，加工制造業(yè)大致經(jīng)歷了單機(jī)器生產(chǎn)、流水線規(guī)模化生產(chǎn)和信息化輔助生產(chǎn)等階段，目前處于信息化與工業(yè)化相互融合的發(fā)展階段。在新一代信息技術(shù)的推動(dòng)之下，數(shù)字化車間的概念及建設(shè)理念被更加廣泛、更加深入地應(yīng)用于現(xiàn)代制造業(yè)，加工制造水平得到大幅提升。

數(shù)字化車間是基于生產(chǎn)設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備等生產(chǎn)相關(guān)的硬件設(shè)施，以節(jié)支降本、提質(zhì)增效和快速響應(yīng)市場(chǎng)為目的，通過(guò)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等手段，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)“人?機(jī)?物?環(huán) 境”等生產(chǎn)資源與生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)、管理、仿真、優(yōu)化以及可視化等工作，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝流程、生產(chǎn)組織和過(guò)程控制等環(huán)節(jié)進(jìn)行精細(xì)、精準(zhǔn)、敏捷、高效地管理。它改變了傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)理念，將設(shè)計(jì)規(guī)劃從經(jīng)驗(yàn)和手工方式，轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)輔助數(shù)字仿真與優(yōu)化的精確可靠的規(guī)劃設(shè)計(jì)，以達(dá)成節(jié)支降本、提質(zhì)增效和協(xié)同高效的管理目的。

數(shù)字化車間升級(jí)方案及實(shí)現(xiàn)

隨著我國(guó)裝備制造業(yè)的不斷發(fā)展，宏觀市場(chǎng)對(duì)于產(chǎn)品性能、運(yùn)行效率、市場(chǎng)響應(yīng)和節(jié)能減排等方面均提出了更高要求。同時(shí)，“中國(guó)制造 2025”等國(guó)家宏觀戰(zhàn)略對(duì)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)指明了方向。為此，公司結(jié)合國(guó)家戰(zhàn)略要求及自身發(fā)展要求，以數(shù)字孿生車間運(yùn)行模式、數(shù)字化車間構(gòu)建等技術(shù)理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為指導(dǎo)，對(duì)智能裝備核心功能部件生產(chǎn)車間進(jìn)行基于數(shù)字孿生運(yùn)行模式的數(shù)字化升級(jí)。

智能裝備核心功能部件生產(chǎn)車間，總占地面積 18000 ㎡，主要生產(chǎn)智能伺服系統(tǒng)、核心功能部件、高端智能裝備等產(chǎn)品，是公司核心產(chǎn)品生產(chǎn)車間之一。數(shù)字化車間的升級(jí)成功將對(duì)公司進(jìn)一步發(fā)展和行業(yè)影響力提升具有重要作用。

數(shù)字化車間總體設(shè)計(jì)方案

數(shù)字化車間整體升級(jí)方案為：以大數(shù)據(jù)信息交互平臺(tái)為核心，建立 8 大協(xié)同、高效運(yùn)行的數(shù)字化管理模塊，實(shí)現(xiàn) 5 類核心工業(yè)裝備與信息化深度融合，施行 4 大產(chǎn)品線規(guī)模化、柔性化的智能制造新模式。整體架構(gòu)如圖 1 所示。