参观未来工厂后做点数字孪生的学习笔记

　　上周五去萧山区参观学习了城市智治中心的相关建设情况，而后去参观了一个未来工厂：紫光恒越。去工厂前我也在思考：未来工厂这个“未来”到底会体现在哪些方面？去了之后，我有了自己的答案：一是人工智能机器人，二是数字孪生。关于后者，想做点学习笔记。对于未来工厂，数字孪生的作用到底是什么？网上搜了些资料用于辅助学习理解。

　　未来工厂（或者说智慧工厂）是一种基于先进的数字技术和数据驱动的生产模式，旨在实现生产过程的智能化、自动化和高效化。数字孪生作为一种先进的数字技术，正在广泛应用于未来工厂中，为制造业带来了革命性的变革。

　　在未来工厂中，数字孪生可以用来创建虚拟的工厂模型，包括生产线、设备、物料和生产流程等，以实现生产过程的全面监控、优化和预测。数字孪生可以基于实时的传感器数据、生产数据和环境数据，生成虚拟的工厂模型，并通过数据分析、模拟和优化算法，提供实时的生产指导和决策支持。

　　1.生产过程优化。通过数字孪生可以实现对生产过程的实时监控和优化。生产线上的传感器可以实时采集生产数据，数字孪生可以对这些数据进行实时处理和分析，识别生产过程中的潜在问题，并提供相应的优化建议。例如，数字孪生可以根据实时的生产数据，自动调整生产线的参数，优化生产速度和质量，降低能耗和资源消耗。

　　2.故障预测与维护。数字孪生可以通过模拟和分析设备的运行状态，实现对设备的故障预测和维护计划的优化。数字孪生可以模拟设备在不同工况下的运行状态，并通过分析历史数据和实时数据，识别设备的潜在故障和性能下降趋势，提前预测设备的故障发生，并生成相应的维护计划，避免生产中断和维修成本的增加。

　　3.生产仿真和优化。数字孪生可以通过对生产过程的仿真和优化，提供生产方案的评估和优化建议。数字孪生可以在虚拟环境中对生产线的不同方案进行仿真，包括生产线的布局、设备配置、物料流动和生产流程等。

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　　某种程度上说，你可能在各处都能见到实时监控数据的大屏幕，那就是种简单的数字孪生；而苹果近年大力推进AR，其中一个应用，就是让普通消费者用手机上的激光雷达，扫描所在的房间与家具，将结构和尺寸录入手机软件，就可以生成你的房间的数字孪生——当然，精度不是很高。

　　数字孪生技术迅速成为工业生产的宠儿，自然是因为它有助于生产。中国工程院院士谭建荣曾在2020年指出，数字孪生应用于工业领域，能够实现资源调配、智能化生产，显著提高生产效率。

利用数字孪生技术把工厂搬到虚拟空间里，到底有什么用？

　　对于车间的管理人员或者工程人员来说，偌大工厂的管理和生产安排变得没那么困难了。一汽新能源汽车工厂占地面积78万平方米，什么概念？相当于105个足球场那么大。

　　好在，数字孪生虚拟出来的工厂，与真实的生产环境1：1对应，人在办公室，就能看到生产现场一举一动。在数字孪生的应用中，管理人员能够看到每一个车间的工作情况，通过搜索定位、“拖拉拽”等简单交互，就能定位到生产线的每一个细节。此外，数字孪生也降低了工人看懂数据的门槛。“它不需要你有什么CAD的经验、也不需要有太多专业知识。” 阿里云工业大脑数字孪生产品经理伍剑向放大灯介绍，就算拧螺丝的工人也看得懂。除了实时性，“回放”也是数字孪生的重要功能。生产监管因此变得一目了然：借助数字孪生，工程师们可以快速追溯生产数据，甚至细化到当时螺丝的力矩，更容易分析故障的原因；在车辆交付给消费者后， “回放”仍然可以在售后服务中发挥作用。

　　但想让这一切科幻感的事情在工厂里发生，并不容易。传感器、通信模组、数采软件、算法等软硬件，它们是数字孪生的基础。

　　一个完整的数字孪生工厂，涉及至少三个领域的技术。

　　首先是数字孪生的载体平台。无论是设备的运行状况，还是生产线的生产数据，都需要运行的载体。这是整个数字孪生中最复杂、最关键的一套系统。

　　其次是三维技术。孪生世界要与物理世界完成“一一对应”，就意味着工程师要用大量三维技术还原工厂设备。“数字孪生”成为工业设计大奖的常客，就不奇怪了。

　　搭建好的三维模型，还要接入工厂的生产数据，才能把它们驱动起来。换句话说，这些三维模型不是用来观赏的，它要实实在在反映、指导生产动作。这需要特别精准、高性能的数据采集和处理技术。

　　如果回到原点，第一个环节就是对数据采集与监控系统的改造，排头兵就是异常复杂的连接设备传感器和PLC可编程逻辑控制器。

　　随着工厂自动化设备越来越多，设备接入点位和十年前相比，可能增加了二、三十倍。这些数据包括但不仅限于：工厂的物流、仓储、内部控制环节产生的管理类数据；温湿度计、机械臂等IoT类传感器产生的数据；在进行安全管理、质量检查时，工厂还会借助视频手段，这些视频又是一类数据。

　　这些数据如何采集、监控并为生产提供参考，成了所有工厂跨越简单自动化的切入点。

　　当然，对企业来说，数采的手段并不重要，重要的是数据拿到手之后，如何用起来。

　　数字孪生对数据的完整性提出了事无巨细的要求，让车企“自主掌握数据”成为一个基本要求。归根结底，一座数字孪生工厂，就是整个工厂的所有数据的集合。使用羚号工厂新一代数字化生产管理平台，显著提升部门协同执行力，端到端数字化生产，进度透明，帮助您建设真正的数字孪生工厂。