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、所有車間活動以及使用。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。對于數(shù)字孿生來說，要達(dá)到它所能提供的生產(chǎn)效率的潛力，需要對整個流程或甚至工廠進(jìn)行建模。這樣就可以對整個生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定可以改進(jìn)的地方，甚至預(yù)測將會發(fā)生什么。從歷史上來說，MES曾提供過一些這樣的服務(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)線或工廠，甚至包括多個工廠的網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的所有內(nèi)容。它包含具有不同類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的模型層-包括3D模型、規(guī)格和實(shí)時數(shù)據(jù)。為了使其在整個生產(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)人員看到工廠更加不同的一面。

數(shù)字線程

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

那么問題來了，什么是數(shù)字線程呢？

數(shù)字線程指的是通信框架，實(shí)際上可以把它看成一個信息結(jié)構(gòu)，它集成并推動現(xiàn)代設(shè)計(jì)、制造和產(chǎn)品支持流程，包括從設(shè)計(jì)工程開始并貫穿整個生產(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)果的對比。在這整個產(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，并且整合其中有用的數(shù)據(jù)，這個概念超越了傳統(tǒng)的孤立觀點(diǎn)，打破了信息孤島，從而也就實(shí)現(xiàn)了上文所說的將真實(shí)和虛擬聯(lián)系起來。

數(shù)字線程服務(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。反過來，數(shù)字孿生貫穿于整個數(shù)字線程，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

對于制造業(yè)企業(yè)來說，數(shù)字孿生為生產(chǎn)提供了許多好處。首先，它提供了對整個工廠的完整的可見性，使上至管理者、下至基層員工，對于工廠的性能更有信心。其次，它提供的流程視圖清楚地說明了管理者應(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)時數(shù)據(jù)，提供了一個清晰的基礎(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)自然能夠在市場中更具競爭力。此外，它們也被用來為企業(yè)創(chuàng)建新的業(yè)務(wù)線，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，它已變得越來越引人注目，而這些不斷發(fā)展的設(shè)備收集信息也越來越容易。

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)有一個可以通過實(shí)時輸入來跟蹤和控制生產(chǎn)制造過程的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、對過程和過程步驟的嚴(yán)格控制，并且有足夠高的靈活性，以更快地響應(yīng)市場需求，減少新產(chǎn)品的引進(jìn)時間。它還能夠跟蹤制造過程，提高可見性，控制和記載生產(chǎn)過程，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，因此從定義上來說，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物聯(lián)網(wǎng)平臺，一個用于可視化的數(shù)字孿生體，以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等其他功能。問題是，如果不使用通用語言和平臺進(jìn)行集成，它們就會成為孤立的解決方案，在集成和維護(hù)需求方面將會有巨大的開銷。

現(xiàn)代MES是一個數(shù)字孿生平臺

對于擁有現(xiàn)代MES解決方案的公司來說，這個平臺從一開始被設(shè)計(jì)成可以利用物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的潛力，因此可以在這個平臺上構(gòu)建一個數(shù)字孿生的模型。所有制造業(yè)的實(shí)體對象都具有三個要素：物理位置；一個狀態(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)生變化時實(shí)時更新這些內(nèi)容。第一層是工廠車間的2D模型，以數(shù)字格式提供操作的簡單概述，并實(shí)時收集和更新信息。但是，3D模型為用戶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。可以在MES中創(chuàng)建3D形狀，并將其與真實(shí)世界的對象(包括設(shè)備、容器、產(chǎn)品甚至人)關(guān)聯(lián)起來。也可以上傳工廠藍(lán)圖，以提供可以放置3D對象的布局。與此同時設(shè)備信息可以從諸如Excel之類的包中加載，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)的車間視圖，還可以將CAD模型加載到MES中。設(shè)備表示庫可以預(yù)先加載，要求用戶只需選擇設(shè)備類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而不是幾周內(nèi)創(chuàng)建。這使得價值評估的時間非常短，并且隨著車間的發(fā)展和變更，不再需要昂貴的專業(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)場景的路徑，使整個車間的虛擬導(dǎo)航、培訓(xùn)和仿真機(jī)會成為可能。機(jī)器可以用不同的顏色進(jìn)行標(biāo)記，使生產(chǎn)線的狀態(tài)更加清晰和明顯。可以使用RFID標(biāo)簽和讀取器，WiFi三角測量系統(tǒng)或圖像識別解決方案向移動資產(chǎn)（例如產(chǎn)品，人員和機(jī)器人）添加實(shí)時定位坐標(biāo)。

數(shù)字孿生的層次

數(shù)字孿生可以有許多層來滿足個人和業(yè)務(wù)需求。在最高層，這可能是多個工廠的全局視圖。然后，用戶可以通過這些層查看各個工廠、生產(chǎn)線或設(shè)備的各個部分。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)、平均故障間隔時間(MTBF)等。

寫在最后

制造業(yè)的數(shù)字孿生提供了一定的可視性，可以清楚地看到車間里正在發(fā)生的事情。這是一個了解問題所在、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。現(xiàn)代MES提供了一個平臺，在這個平臺上可以直接交付數(shù)字孿生，而不需要多個獨(dú)立的需要持續(xù)的集成和維護(hù)的系統(tǒng)。實(shí)際上，有了真正面向未來的MES，公司就可以在極短的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)和獲得制造業(yè)數(shù)字孿生的好處——為未來更大的業(yè)務(wù)靈活性、增長和創(chuàng)新創(chuàng)造機(jī)會。

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)鍵制造全球營銷副總裁。在過去的20年中，他一直在企業(yè)軟件市場中工作，在復(fù)雜的離散制造商的制造運(yùn)營和質(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。effiar由WorkGuide更名而來。在AR工業(yè)領(lǐng)域，使用者無需技術(shù)就可以通過effiar任務(wù)管理中心使用拖拽等簡單操作，為特定業(yè)務(wù)場景定制智能眼鏡方案應(yīng)用。該平臺包括專家AR遠(yuǎn)程協(xié)作、AR巡檢、AR運(yùn)維、工作流、AR培訓(xùn)、AR+iot、多媒體知識庫等多個模塊，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)容參考開發(fā)者。lw （本文由effiar小可愛整理上傳，在此鳴謝effiar以及effiar小可愛）