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制澳门十大娱乐网站是多少造企业在MBD全三维数字化环境中定义与验证

澳门十大娱乐网站是多少过程是设计和制造之间的纽带;在数字化工厂中,结构化流程是中枢神经系统,定义和驱动着数字化工厂的高效运作。在 MBD 全 3D 数字环境中,制造企业定义和验证结构化流程,将一次性准确的流程信息传递给现场生产系统中的人和机器,最终支持智能制造。本文将围绕当前数字化工厂规划(大流程)技术和结构化流程设计与仿真技术,以及数字孪生的能力现状,重点探讨如何进一步发展制造业的数字孪生构建。

制造数字孪生的定义

1 数字孪生的官方定义

澳门十大娱乐网站是多少根据官方定义,Digital Twin:是一个综合多学科、多物理、多尺度、多概率的仿真过程,充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,完成在虚拟空间中进行映射,从而反映相应物理设备的整个生命周期过程。数字孪生是一个超越现实的概念,可以被视为一个或多个重要的、相互依赖的设备系统的数字映射系统。对于制造企业来说,设备系统不仅可以指企业交付给客户的产品,还可以指企业的生产工厂,甚至整个企业。

在工信部2020年最新编制的《信息物理体系建设指南(2020年)》中,对数字孪生的构成进行了详细定义机械设备组装 环评,如下图所示:

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澳门十大娱乐网站是多少数字孪生包括:

2 西门子数字孪生总体定义

西门子的总体愿景是为制造企业打造数字孪生,覆盖整个企业的整个业务流程和产品生命周期。鉴于制造企业的复杂性和数字孪生技术的现状,西门子首先从产品、生产、运维三个阶段构建数字孪生,然后通过数据线程(Digital Thread)将这些数字孪生连接起来。成熟构建制造企业综合一体化数字孪生。

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3 西门子生产数字孪生定义

在生产数字孪生的系统中,主要包括制造产品、制造过程、制造工厂三要素进行物理和虚拟对应。

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如前文所述,MBD技术的发展,使得制造产品、制造工艺、制造工厂的数字化虚拟表达技术日趋成熟;数字化工厂的发展使生产制造系统的物理硬件更加数字化;物理对象更容易以数字方式表达和相互交流。与数字虚拟身体互动。由真实和虚拟的“制造产品、制造过程、制造工厂”组成的制造系统数字孪生,进行虚拟生产和真实生产,以及相互引导和反馈优化,提高制造能力、效率和制造能力。数字化工厂的质量。

4 西门子的闭环数字孪生

在数字孪生开发的早期阶段机械设备组装 环评,物理世界和虚拟世界往往只是镜像或相互参照。随着各种产品和制造设备/仪器的数字化、智能化发展,物理与虚拟产品/流程/工厂的互联更多是实时连接甚至直接交互,可以说是一个闭环的数字孪生。

西门子在传统全集成自动化(TIA)技术的基础上,进一步拓展物联网技术的发展,逐步将西门子的开环产品/生产/运维数字孪生构建为闭环数字孪生(=虚拟模型) *物理资产数据*虚拟-真实互连)。如下所示。

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因此,本文将从开环和闭环两个层面来解释生产数字孪生。开环数字孪生侧重于生成数字孪生(Digital Twins,即虚拟部分)的应用和能力,即单独考虑基于生成数字孪生的仿真分析技术;闭环数字孪生更多是关于虚拟与真实结合后的数字孪生(Digital Twin,即虚实结合)的应用和能力,即基于数字孪生的软硬件结合的相关技术。物联网。最后,想象一下整个制造企业对基于虚拟和真实工厂的直连制造生产模式的支持。

生产数字孪生

在大多数制造企业中,生产制造系统的管理和使用仍然采用传统方式,不透明、不精细、不优化。具体表现在以下几个方面:

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基于数字孪生生产的仿真分析技术可以很大程度上解决上述制造企业面临的问题。

1 工厂 3D 建模和可视化

有人还在质疑,建一个工厂的3D模型有意义吗?没有像游戏或电影制作工具那样清晰美观。事实上,制造企业的工厂3D建模环境已经趋于成熟:一方面,企业的需求越来越明显,另一方面,数字化建模技术和应用也越来越丰富。 .

您可能已经观察到,有些企业在采购生产设备时,要求设备供应商提供一套带有3D模型的数字化设备,不仅是3D建模,还有能力参数说明手册等相关内容。现在生产线集成商正在为企业提供交钥匙工程,以及一套数字化生产线,以便企业在未来可持续使用。

行业内的产线设计/工厂建模工具已经成熟,如西门子NX Line Designer,可以利用丰富且可扩展的产线资源库,快速设计基于参数化的定制化产线;不仅实现产线3D可视化,还显示相关信息;同时,3D模型可以输出工程图,用于生产线的生产。

利用点云技术实现历史资产的快速3D可视化:除了从零开始为每个工厂建立新模型,还可以快速扫描和建模现有工厂,可用于工厂整体直接可视化,以及也可以为未来生产线的逐步调整和优化,为逐步建模提供背景;在 NX Line Designer 中,可以将新创建​​的 3D 模型和点云扫描模型结合在一起;随着工厂的不断优化和改造,这些点云模型逐渐被新的3D模型所取代。.

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工厂的3D模型,一方面实现了全球资产的数字化管理,任何人都可以从任何地方查看企业工厂的情况;另一方面,这些模型可以直接为工厂模拟/工艺模拟提供模型基础,也是数字孪生生产的基础;甚至可以基于工业物联网或生产现场系统集成获取实时数据,实现全球分布工厂的实时信息触手可及,实时巡查;通过静态描述与实时动态相结合,实现了生产制造系统全方位、多层次的透明化。

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例如:福特汽车和西门子已经开始为全球多家工厂建立数字模型,与MOM进行沟通,逐步采用物联网技术将生产设备信息放入Mindsphere平台进行管理分析,最终集成到Intosite平台中节目。Intosite 是一种可视化全球工厂的工具,例如 Google 地球。

总之,工厂的3D建模和可视化技术可以很大程度上解决“生产系统不透明”的问题。

2 工厂价值流分析与仿真验证

数字化工厂不是简单地用自动化、数字化设备取代原有的生产硬件,而是追求更精益、高效、灵活的制造工厂。在规划建设数字化工厂时,必须在数字化环境中进行全面的分析和验证。数字化工厂仿真工具,例如西门子的 Plant Simulation,可以帮助企业以低成本实现这一目标。

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价值流分析:可以帮助制造企业进行精益价值流分析,绘制当前价值流图,在企业层面,对信息流和物理物流进行分析,发现价值中不给客户增值的潜在浪费- 产品活动的整个价值链的附加过程,并制定改进策略并形成新的价值流图。价值流分析不仅可以根据现有工厂的产能或交付准确性优化策略,还可以在新工厂引入新产品时辅助决策,并选择使该工厂生产的整体价值最大化的产品组合。

产能优化:工厂模拟工具可以对生产资源进行量化管理(如每种资源的量化产能信息),对产品流程(顺序/工时/人员/设备/资源需求等)进行逻辑量化表达,结合相应的可实现工厂虚拟运行(周期可长可短,快可慢),快速了解产能和产能瓶颈;并通过优化生产工艺组合或调整产能瓶颈,最终满足产能需求或实现产能提升。

在模拟优化时,可以考虑很多生产因素进行优化组合以提高产能:人员要求和设备;生产线的机智和利用;生产能力、性能;工作时间和轮班模式;瓶颈、系统故障;布局安排、计划和顺序。这涉及到制造企业的生产控制策略和加工原则的设定,例如:产能优先、交货精度优先等。

对于复杂的组合,工厂仿真工具提供了多种优化能力:实验设计;遗传算法;特征值因子分析;神经网络。通过这些优化策略,主动搜索最优组合方案。

物流及产线布局优化:工厂模拟工具不仅分析关键设备的产能需求,还计算重要资源(工具/托盘/AGV小车/仓储货舱)的具体数量需求;可以检查和优化车间/工厂的整体物流系统和生产线布局。通过调整生产线或物流布局,可以减少物流不平衡、瓶颈、浪费等;即使通过合理的物流和布局,也可以实现最大的生产能力。或精益等目标。

结合工厂的3D模型,还可以干扰各种资源的位置和通行性;这不仅考虑静态条件下的空间干扰,还包括移动设备在运动状态下的干扰,或者设备与门开关状态的干扰。,通过性。

绿色降本:并通过工厂的虚拟运营成本信息和能耗信息,可以快速计算产品/生产成本(折旧+原材料+生产+停工+...),甚至工厂能耗信息,为工厂的精益成本控制和绿色节能运营提供决策支持。

总之,工厂模拟验证技术可以很大程度上解决“产能无意识”和“生产布局不优化”的问题。

3 过程模拟与验证

如前几章所述,工匠在设计流程时,很难完全理解由设备/工具组成的复杂生产现场环境对流程的影响。过于注重为工人编制工艺规范卡,缺乏确保工艺正确性的能力。

基于MBD的结构化过程,以BOP为核心,有效组织3D产品模型、工厂模型、资源模型等,为过程仿真验证工具提供3D仿真环境和结构化过程信息基础。工艺的模拟和验证工具让技术人员在与生产现场条件完全相似的虚拟环境中,进行工艺的设计思考、试错、验证和调整,就像经历过的一样多次试制,满足现场需求。一次性正确的过程。

以装配维修过程为例,工艺的仿真和验证工具(例如:Siemens Process simulation)在虚拟环境中验证装配/维修过程,是否会有干扰,工装对加工的影响装配过程在动态使用过程中机械设备组装 环评,为了确定最佳装配顺序和工装的使用。即使在复杂的装配环境中,它也会独立向工匠推荐最可行的安装路径。这种模拟最有利于更复杂的产品和更复杂的生产/服务环境。

同时,基于仿真验证后的最优装配维护流程,可形成可视化视频和交互作业指导,甚至结合AR进行应用,让操作人员更准确地了解流程,更正确地执行流程,提高生产效率和质量。

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总之,工艺模拟与验证技术可以最大程度地解决“工艺与车间现场分离”的问题。

4 机器人编程和虚拟调试

生产中使用机器人的场景越来越多,但是企业在采购机器人时,都是采购厂家提供的PLC程序。未来它们无法根据生产任务的调整来优化或改变PLC程序,成为固化的自动化设备。

在数字化工厂环境下,多品种的切换或新品种的引进都需要对机器人的PLC程序进行切换、调整和优化。机器人仿真和虚拟调试工具(如西门子PS Robot)可以快速满足这一需求,使机器人真正成为一种高度灵活的自动化设备。

机器人仿真和虚拟调试工具不仅仅是简单的离线编程;更重要的是,在复杂的工作条件、多机器人协作,甚至是人机协作的环境中,保证机器人和人的安全;同时可自动识别工件表面,优化机器人的最佳工作姿势、节能等相关因素。

机器人仿真和虚拟调试工具可以对包括机器人在内的合作或生产系统进行虚拟调试。可在虚拟环境中提前进行全方位调试,验证机械操作顺序,检查PLC控制代码、机器人控制程序和HMI,测试安全交互。在硬件到位之前,锁定设备、执行系统诊断测试等,以获得正确的 PLC、控制策略等。最终提高机器人协同效率,减少生产系统调试准备时间,保证一次正确。

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总之,机器人编程和虚拟调试技术终于可以消除“机器人不是柔性设备”的现象。

5 人因工程分析

数字化工厂的工人是最宝贵的、高度灵活的设备,工人必须能够稳定健康地工作;如何设计流程,如何设计工位,如何清楚了解工人的劳动强度是非常重要的。人因工程分析与流程、工作站相结合可以有效解决这一问题。

Siemens PS Human 可提供三维环境,合理分析工人在操作过程中的身体状态(结合人机交互评估、工作站布局模拟、人机交互可行性、人体操作姿势、人体受力,并对人体的可见性和可达性进行评估,从而充分模拟产品、资源(设备、工装、工具等)与人体的协同作用。),分析当前的站点设计和流程方法 人为因素的影响;通过优化工艺方法(可操作性/可达性等)或优化工位布局/工装结构等,确保工作更高效、安全、健康。

Siemens PS Human拥有最丰富、最标准的人体模型库;同时可与各种动作捕捉设备结合,快速定义人体操作动作,提高整个仿真分析的效率。

人因工程分析对工艺调整优化、站位布局优化等有很大帮助。

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总之,人因分析技术彻底消除了“工人只是高度灵活的设备”的问题。

闭环生产数字孪生(Digital Twin)

1 基于实际工厂数据的仿真验证

西门子一直在深入研究闭环数字孪生的价值应用,并构建了“基于工厂实际数据的仿真验证”场景,验证其商业价值和可行性。

主要场景是通过物联网边缘(IOT)将大量感兴趣的数据实时上传到工业物联网平台(Mindsphere),然后将这些数据传输到Plant Simulation进行分析验证,并支持决策,然后对实际工厂采取行动。.

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基于以上场景,可以进行以下业务增值活动:

总之,基于Mindsphere云平台实时/历史数据,导入Plant Simulation进行仿真,再现分析实时/历史业务,针对关键历史事件优化校准数字孪生,挖掘更多行业数据价值.

2 基于物联网的生产闭环控制

基于物联网技术,将生产现场数据反馈到三维工厂模型,可进行基于虚拟工厂的生产系统巡检,实现生产的高效安全生产巡检每个车间的经理。同时,结合物联网数据和AR技术,实现基于3D增强现实的生产检测。巡检数据:生产线3D模型、订单数据、工艺数据、环境数据、设备运行数据、预警数据、故障数据、负责人数据。

构建基于物联网实时数据的生产数字孪生,结合预测性维护、人工智能、远程控制、AR等各种先进技术,也可以在更多场景中发挥巨大价值。这里有一些例子。

第一个例子是基于物联网状态监测和效率/质量数据的综合分析积累经验:分析质量或效率最好的物联网,获取机床工作状态信息,总结经验;否则机械设备组装 环评,吸取教训。结合AI的深度学习和对设备的实时自动控制,设备可以自动调整工作状态参数以达到最佳效果。下图的例子是一家汽车公司,利用机器视觉对生产线上的每一个钣金产品进行监控,然后将数据上传到Mindsphere平台进行AI质量分析,得到生产线的各项参数。产品质量是最好的。地位,最后对生产线进行实时调整和监控,使其始终处于最佳工作状态。几个关键点是:

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第二个例子是某企业采用物联网技术监控工厂内共享工具/资源的位置和状态,并使用移动客户端工业APP进行展示和搜索,可以大大节省工人的时间浪费在复杂的工厂环境中寻找材料。同时,在材料下料车间,对剩余材料进行再次搜索和优化(例如机械设备组装 环评,片材的优化排列和利用/棒材的综合利用)。

第三个例子是传统污水处理行业的数字化转型之路:利用物联网技术实现关键设备(鼓风机)的稳定运行、远程诊断和复位;基于AR/VR的远程设备维护与指导;动态调整关键设备的工艺参数,在保证出水质量的同时实现节能;通过对海量运行数据的研究,发现隐藏在数据背后的工艺参数“密码”。

基于双工厂的用户直接制造(C2M)

C2M是英文Customer-to-Manufacturer的缩写;C2M模式是指用户直接连接制造商,即消费者直接连接工厂,强调制造商和消费者的连接。这是很多制造企业所追求的模式。企业与用户紧密相连,企业可以准确把握需求和订单,用户可以清晰地制造属于自己的个性化产品。

按照C2M的思路,西门子综合运用西门子的各种数字化技术,尤其是数字孪生技术,搭建了一个类似于九工阁的孪生工厂(实际工厂是通过几台PLC等进行简化模拟)来模拟C2M的运行情况设想。下图为仿真场景中工厂的虚拟模型。

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下图是基于孪生工厂的数字化系统,实现了从用户查看产品、定制订单、到公司接到订单后执行一系列业务活动、再到审核的闭环流程客户收到产品后。下面简述几个关键流程的操作:

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澳门十大娱乐网站是多少基于双工厂技术,不仅为用户实现直联制造,提升用户的极致体验,还实现了基于虚拟工厂和真实工厂的联合制造,实现双保险的安全生产,提高了产品的透明度和可预见性。生产。

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