数字孪生工厂

一、前言

近几年“数字孪生”“三维可视化”等新一代技术热词频发，以及结合近期的“元宇宙”概念的大火，各巨头纷纷入局元宇宙，也顺道带火了一波数字孪生。再加之《“十四五”数字经济发展规划》再次重点提及“数字孪生”这一技术，也使得更多的个人以及企业开始关注到这一项技术。另外在规划中也提到重点发展的就是智能制造。其实现在很多智能制造行业的巨头在早些年就已经开始重视以及布局数字孪生工厂的建设。相信有很多制造类的工厂企业对这方面也很感兴趣，那么本文章就给大家分享一下数字孪生工厂的建设方案。

二、数字孪生工厂概述

数字孪生是指以数字化的方式，结合大数据、三维可视化、虚拟仿真、物联网等手段实现对工厂物理对象的虚拟映射，用来描述、模拟、诊断、分析和预测工厂在现实环境中的行为，对产品的设计、制造、工艺，甚至整个工厂进行虚拟仿真，从而实现提高对工厂整体态势的管控能力、分析能力，助于提高产品研发和生产效率，提前预判出错的可能，以此降低事故风险。

三、数字孪生工厂建设方案

3.1、数字孪生工厂底座-三维可视化场景搭建

（一）、工厂环境可视化呈现

实现工厂数字孪生首先是先将工厂的现实环境和状态给描述出来，由于工厂以及对应设备所处于三维空间，园区、厂房、生产设备都是三维物体，生产动作、进度、故障等都是直接反应在三维物体之上，因此常用三维可视化的手段来描述工厂的现实状态。

首先会针对生产范围内相关的物体进行三维建模，包括园区、厂房、生产线所关联的设备进行还原，保持外观、位置、物体之间的关联性一致。

（二）、工厂状态可视化

三维模型用于描述工厂的现实环境，而负责监控工厂或支撑工厂运作的方方面面的系统数据则用来描述工厂现实状态，例如环境温湿度、空气质量、设备状态、生产进度、用料、耗材、人员数量或位置等都属于工厂这个复杂庞大系统中运作的一环。因此将这些监控数据、业务数据、人员数据等信息集成到三维场景中，用来描述工厂的当前状态。在一个三维可视的场景中，使得分散的系统进行集成，以及子系统之间的关联性变得更加直观。便于管理者、决策者能够更快的理解数据和做出决策。

环境监控三维可视化

对于工厂范围内的环境监控系统，例如温度、湿度、浮尘、噪声、风速等数据信息进行集成。首先需要在三维场景内标记对应用于监控环境的智能硬件的位置，以及用对应的三维模型对其进行描述。使用者可以宏观的看到场景内的整体态势，例如温度分布（温度云图），也可以点击某一设备模型进行查看对应的监控数据或实现反向控制。

 2.2、生产状态可视化

不同工厂所涉及的生产流程、生产设备、生产用料或生产周期也会大不一样，用于负责描述工厂生产进展的方式也不一样，一般针对涉及到生产相关流程的人、事、物进行描述。例如实现供应商的信息可视化，运输车辆信息和位置可视化，生产人员信息、位置、工作时间可视化，生产设备状态可视化、仓储状态可视化等用来描述整个生产状态。

 

上述基本实现了数字孪生工厂的第一步，利用了三维可视化技术，使得场景以及数据更加直观，用于描述工厂当前状态，但仅仅只实现状态的可视化这是实现工厂数字孪生的第一步，在对工厂实现数字孪生的过程切勿一蹴而就，每个企业/工厂的实际状况不一样，无论是资金、信息化建设程度、企业/工厂规模或者运作方式都会存在差异，要根据企业自身的状况进行科学的调研和建设规划，才能系统顺利建设。

后续会继续分享关于数字孪生工厂建设的相关内容，包括实现诊断、预测和决策相关的建设方案。