基于數(shù)字孿生技術(shù)與數(shù)字工廠解決方案

數(shù)字孿生技術(shù)與數(shù)字工廠案例什么是數(shù)字孿生技術(shù)（雙胞胎技術(shù)）企業(yè)為什么要數(shù)字孿生技術(shù)數(shù)字孿生常用軟件平臺(tái)數(shù)字孿生技術(shù)案例目

錄1423數(shù)字孿生，英文名叫Digital

Twin（數(shù)字雙胞胎）

，也被稱為數(shù)字映射、數(shù)字

鏡像。數(shù)字孿生，是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多

學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過(guò)程而且，數(shù)字孿生體不是隨便亂“動(dòng)”

。它

“動(dòng)”

的依據(jù)，來(lái)自本體的物理設(shè)計(jì)模型，還有本體上面?zhèn)鞲衅鞣答伒臄?shù)據(jù)，以及本體運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)

1.什么是數(shù)字孿生技術(shù)（雙胞胎技術(shù)）數(shù)字孿生案例-祝融號(hào)火星車項(xiàng)目狀態(tài)監(jiān)控

故障監(jiān)控

1.什么是數(shù)字孿生技術(shù)（雙胞胎技術(shù)）視頻監(jiān)控：

監(jiān)控形態(tài)虛實(shí)同步可實(shí)現(xiàn)：信號(hào)實(shí)時(shí)性

NASA：

數(shù)字孿生是指充分利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬空間中完成映射

,從而反映相對(duì)應(yīng)實(shí)作產(chǎn)品的全生命周期過(guò)程。三、智能制造技術(shù)—數(shù)字孿生生產(chǎn)實(shí)施生產(chǎn)工程生產(chǎn)規(guī)劃三、智能制造技術(shù)—數(shù)字孿生32產(chǎn)品設(shè)計(jì)451服務(wù)現(xiàn)實(shí)世界數(shù)字化世界生產(chǎn)實(shí)施生產(chǎn)工程生產(chǎn)規(guī)劃三、智能制造技術(shù)—數(shù)字孿生32產(chǎn)品設(shè)計(jì)451服務(wù)設(shè)計(jì)模型三維工藝

數(shù)字化機(jī)床

虛擬裝配模型數(shù)字化虛擬車間現(xiàn)

實(shí)裝配實(shí)體生產(chǎn)實(shí)施生產(chǎn)工程生產(chǎn)規(guī)劃三、智能制造技術(shù)—數(shù)字孿生32字化世界生產(chǎn)車間工藝資源智能機(jī)床世

界產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)451服務(wù)數(shù)字孿生60三、智能制造技術(shù)—數(shù)字孿生工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)CADCPS云計(jì)算物理實(shí)體數(shù)字線索智能制造PLM1、數(shù)字孿生的八大關(guān)系0102030405060807CAD模型1、數(shù)字孿生與CAD模型裝配關(guān)系數(shù)據(jù)功能性能數(shù)據(jù)

……61√數(shù)字模型

√關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)□身份識(shí)別□實(shí)時(shí)檢測(cè)

□

……三、智能制造技術(shù)—數(shù)字孿生制造信息數(shù)據(jù)

健康檢測(cè)數(shù)據(jù)物理世界62三、智能制造技術(shù)—數(shù)字孿生不受個(gè)體數(shù)量限制不受地域分布限制不受時(shí)間環(huán)境限制2、數(shù)字孿生與物理實(shí)體大數(shù)據(jù)分析與決策數(shù)字化映射增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)63三、智能制造技術(shù)—數(shù)字孿生3、數(shù)字孿生與PLM數(shù)字孿生—是數(shù)字模型共有特性和物理實(shí)體獨(dú)有個(gè)性實(shí)時(shí)融合的全生命周期共同體。66三、智能制造技術(shù)—數(shù)字孿生

2.企業(yè)為什么要數(shù)字孿生技術(shù)智能工廠

2.企業(yè)為什么要數(shù)字孿生技術(shù)誰(shuí)用？怎么用？行業(yè)痛點(diǎn)：缺乏數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)困難生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理不透明

2.企業(yè)為什么要數(shù)字孿生技術(shù)質(zhì)量問(wèn)題無(wú)法既時(shí)預(yù)警

行業(yè)痛點(diǎn)：

3.數(shù)字孿生技術(shù)案例

3.數(shù)字孿生技術(shù)案例

3.數(shù)字孿生技術(shù)案例智能裝配工藝設(shè)計(jì)軟件原型系統(tǒng)?三維裝配工藝設(shè)計(jì)與仿真優(yōu)化

模塊

——基于零件實(shí)測(cè)模型?三維裝配工藝現(xiàn)場(chǎng)演示應(yīng)用模

塊

——基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物驅(qū)動(dòng)?裝配精度分析與可裝配性預(yù)測(cè)

模塊

——基于數(shù)字孿生模型>

面向信息物理融合的裝配現(xiàn)場(chǎng)硬

件系統(tǒng)?

大型顯示屏幕?

激光投影儀?

三坐標(biāo)掃描測(cè)量機(jī)?

激光跟蹤儀?

三坐標(biāo)銑削測(cè)量機(jī)……四、智能制造關(guān)鍵技術(shù)—數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)智能裝配128總體方案：>

實(shí)

現(xiàn)

基

于

信

息

物

理融合的三維裝

配工藝設(shè)計(jì)

、

仿

真優(yōu)化

、

硬件測(cè)

量與現(xiàn)場(chǎng)演示于

一體的車間裝配

現(xiàn)場(chǎng)解決方案>

可

縮

短

裝

配

周

期

,

減

少

裝

配

出

錯(cuò)

率。四、智能制造關(guān)鍵技術(shù)—數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)智能裝配129基于信息物理融合的產(chǎn)品裝配現(xiàn)場(chǎng)解決方案數(shù)字孿生裝配模型是對(duì)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)裝配物理世界的虛擬映射，可通過(guò)對(duì)數(shù)字孿生裝配模型的分析，

用于指導(dǎo)車間現(xiàn)場(chǎng)的裝配過(guò)程。四、智能制造關(guān)鍵技術(shù)—數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)智能裝配130>

基于信息物理融合的數(shù)字孿生裝配模型創(chuàng)建技術(shù)數(shù)字孿生裝配模型遞進(jìn)式生成方法四、智能制造關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)智能裝配>

基于裝配現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物驅(qū)動(dòng)>

的三維裝配工藝展示技

術(shù)?

零件信息編碼與識(shí)

別?

三維裝配工藝文件

輕量化?

三維裝配工藝現(xiàn)場(chǎng)

展示?

激光投影裝配工藝

信息131>

多源異構(gòu)輔助裝配硬件測(cè)量系統(tǒng)解決裝配過(guò)程中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源的

問(wèn)題；>

建立基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的三維數(shù)字孿

生裝配模型是實(shí)

現(xiàn)產(chǎn)品裝配物理

過(guò)程與信息融合

的關(guān)鍵。四、智能制造關(guān)鍵技術(shù)—數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)智能裝配132產(chǎn)品數(shù)字化裝配與現(xiàn)場(chǎng)裝配過(guò)程信息物理融

工裝定位誤差

臥立轉(zhuǎn)換誤差

裝配變形誤差

人機(jī)工程

裝夾方案

裝夾方式

定位形式四、智能制造關(guān)鍵技術(shù)—數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)智能裝配133

1）分析薄壁件鉚接

裝配工藝參數(shù)；

2）建立局部結(jié)構(gòu)有

限元分析模型，完成

計(jì)算，得到鉚釘孔周

應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)；

3）建立薄壁件整體

有限元模型，集成三

維彈性裝配偏差分析

方法；

4）運(yùn)用空間插值技術(shù)，定量計(jì)算在裝配

間隙、鉚接變形、結(jié)

構(gòu)自重影響下的薄壁

件裝配尺寸偏差。四、智能制造關(guān)鍵技術(shù)—數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)智能裝配134

根據(jù)薄壁件的虛擬裝夾和制造環(huán)境，將接合工藝定位至鉚接工藝；

將設(shè)計(jì)對(duì)象定位至相鄰筋板的局部鉚接次序、和不同筋板的鉚接次序；

確定出使天線輪廓偏差最小的一組鉚接裝配次序、方向等。四、智能制造關(guān)鍵技術(shù)—數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)智能裝配135136四、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)仿真快速智能裝配智能設(shè)計(jì)虛擬工廠三維工藝137四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠138四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠品種1000多種變型共線4000多種變型共線（2000年豐田Coronas裝配線）效率3.5分鐘/輛（江淮商務(wù)車）48秒/輛（日本本田轎車、商務(wù)車共線）質(zhì)量224個(gè)PP100（每百輛新車問(wèn)題數(shù)）135個(gè)PP100（每百輛新車問(wèn)題數(shù)）——2010年J.D.

Power亞太公司中國(guó)新車質(zhì)量研究報(bào)告

2010年，

國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心《汽車產(chǎn)業(yè)藍(lán)皮書》發(fā)布比較結(jié)果：

日本汽車工業(yè)91.62分，中國(guó)汽車工業(yè)54.33分自主品牌

汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家139四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠設(shè)備能力在設(shè)備能力逐步提升的情況下，

制造環(huán)節(jié)的數(shù)字化管控與優(yōu)化能力不足更顯突出，已成為我國(guó)汽車工業(yè)與國(guó)外差距的主要原因之一。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，

設(shè)備的智能化水平和生產(chǎn)過(guò)程管控與優(yōu)化的能力缺一不可140四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠生產(chǎn)過(guò)程管控與優(yōu)化能力低成本高質(zhì)量高效率多品種應(yīng)用車型實(shí)施前生產(chǎn)節(jié)拍實(shí)施后生產(chǎn)節(jié)拍瑞風(fēng)商務(wù)車3.5分鐘/輛2.5分鐘/輛賓悅轎車120秒/輛88秒/輛重汽卡車7.8分鐘/輛5.9分鐘/輛

因上游車間供應(yīng)不足引起的停線次數(shù)減少26%

因下游車間能力不足引起的停線次數(shù)減少29%設(shè)備短缺故障供應(yīng)能力不足

不足負(fù)荷141四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠技術(shù)指標(biāo)對(duì)比：

實(shí)際工程應(yīng)用前后對(duì)比次數(shù)454035302520151050

優(yōu)化前

優(yōu)化后上游

下游超限物料企業(yè)指標(biāo)實(shí)施前實(shí)施后奇瑞汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配出錯(cuò)率0.5‰0.03‰江淮汽車整車交驗(yàn)合格率91.57%93.73%一汽海馬汽車總裝線設(shè)備綜合效率77%83%典型案例：汽車行業(yè)用于奇瑞、江淮、

一汽海馬等自主品牌汽車生產(chǎn)142四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠axUniMax

PCTUniMMMSUniMMESaxMESUniMTLCaxTLCneraxUniMUIDUniMaxestSmartNestnerIntegraNet143四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠其他信息系統(tǒng)集成硬件接口XplanxXplaUniMa數(shù)據(jù)采集識(shí)別生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集車身識(shí)別缸蓋3D掃描物料搬運(yùn)物料精準(zhǔn)配送

智能料架

物料匹配生產(chǎn)

執(zhí)行

控制涂裝路由控制PBS路由控制中央控制工藝過(guò)程優(yōu)化多車間生產(chǎn)排序涂膠工藝切換裝置缸體工裝快速

切換裝置四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠144在制品跟蹤與生產(chǎn)過(guò)程可視化監(jiān)控系統(tǒng)145四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠自主品牌汽車生產(chǎn)企業(yè)（江淮、奇瑞、海馬、江鈴、中國(guó)重汽、萬(wàn)山等）發(fā)動(dòng)機(jī)加工/裝配車間

混合型生產(chǎn)焊裝-涂裝-總裝車間

流水型生產(chǎn)車身路由

控制器配色驗(yàn)證

控制器物料匹配裝置智能料架工藝序列優(yōu)先的

混合排程沖壓車間

作業(yè)型生產(chǎn)硬件裝置

與軟件系統(tǒng)車間信息采

集終端解決方案

與應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)

與算法加工/裝配物料配送多車間關(guān)聯(lián)優(yōu)化汽車整車生產(chǎn)四大工藝146四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠

主要工作之一：建立了車間實(shí)時(shí)信息采集與處理平臺(tái)涂

裝807060504030201001周次23147

優(yōu)化前

優(yōu)化后7166394237四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠焊裝-涂裝-總裝

關(guān)聯(lián)優(yōu)化排序涂裝車間配色規(guī)劃1401201008060402004000600

ANGA-OPT

ANGA-AVG

GA-AVG

GA-OPT效果：提高關(guān)鍵

件相似度20%以

上總裝車間混流排序主要工作之二：

生產(chǎn)運(yùn)作優(yōu)化沖壓車間高級(jí)排程焊

接沖

壓總

裝噴槍顏色更換次數(shù)

67沖壓件考慮焊裝需求拉動(dòng)和經(jīng)濟(jì)批量，

降低安全庫(kù)存發(fā)動(dòng)機(jī)加工/裝配協(xié)同，減

少在制品庫(kù)存和儲(chǔ)運(yùn)成本“焊裝-涂裝-總裝”在制車身自動(dòng)

路由技術(shù)，

減少物流成本總裝車間物料需求實(shí)時(shí)按

需發(fā)布，大幅減少物料短

缺導(dǎo)致的停線148四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠

主要工作之三：物流執(zhí)行優(yōu)化主要工作實(shí)施MES之前實(shí)施MES之后實(shí)現(xiàn)軟硬件

信息集成存在各種管理系統(tǒng)，

操作復(fù)雜，

種類繁多，

無(wú)法進(jìn)行有效數(shù)據(jù)交換(ERP、離線條碼掃描、焊裝打碼機(jī)、總裝打碼機(jī)、VIN碼打印機(jī)、大洋軟件、RFID數(shù)據(jù)

采集系統(tǒng)…).自動(dòng)獲取ERP數(shù)據(jù).集成焊裝、總裝車間的三類打

碼機(jī).集成RFID系統(tǒng).VIN碼生成及打印.取代大洋軟件等遺留系統(tǒng)149設(shè)備控制層四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠

主要工作之四：集成已有軟硬件平臺(tái)，消除信息孤島監(jiān)控系統(tǒng)(VIN打碼機(jī)，條碼打印機(jī)，

PLC等)MESERP實(shí)施前后的對(duì)比實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)

執(zhí)行情況信息上下線、完工信息物料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃批次數(shù)據(jù)集成適配器

BOM數(shù)據(jù)銘牌信息車體信息生產(chǎn)訂單數(shù)據(jù)集成適配器數(shù)據(jù)集成適配器數(shù)據(jù)集成適配器MES端

CAPP應(yīng)用PDM應(yīng)用MES應(yīng)用ERP應(yīng)用ERP端?

實(shí)施效果–沖壓在制品庫(kù)存降低30%–商務(wù)車生產(chǎn)節(jié)拍從3.5分鐘縮短至2.5分鐘，轎

車生產(chǎn)節(jié)拍從96秒縮短至88秒–基本消除了因?yàn)槲锪隙倘睂?dǎo)致的非正常停線150四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠實(shí)施前實(shí)施后布局建模

仿真分析狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)控分析?

組件參數(shù)化建模?

組件位置調(diào)整?

外部文件導(dǎo)入?

生成二維圖151四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠車間布局總覽?組件參數(shù)化建模>傳送帶>荷載>立體倉(cāng)庫(kù)貨架>車輛>機(jī)器人>機(jī)床152四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠數(shù)控分析狀態(tài)監(jiān)控仿真分析布局建模>通過(guò)不同組件相互聯(lián)系

組建物流系統(tǒng)>設(shè)置自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)動(dòng)參

數(shù)與運(yùn)動(dòng)邏輯>通過(guò)載荷生成器控制載

荷生成與消失>設(shè)置仿真速度布局建模

仿真分析狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)控分析153四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠布局建模

仿真分析狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)控分析?物流系統(tǒng)建模?物理特性建模?視頻文件生成154四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠物流建模>將摩擦力、重力、碰撞等物理效果根據(jù)實(shí)際情況施加在仿真過(guò)程中>設(shè)置各組件材質(zhì)及相對(duì)摩擦系數(shù)控制摩擦力布局建模

仿真分析狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)控分析155四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠布局建模

仿真分析狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)控分析156四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠>車間現(xiàn)場(chǎng)加工仿真>將自動(dòng)化設(shè)備同SCADA或MES系統(tǒng)數(shù)

據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)，通

過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)

動(dòng)自動(dòng)化設(shè)備

模型運(yùn)動(dòng)布局建模仿真分析狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)控分析157四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠布局建模仿真分析狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)控分析>將自動(dòng)化設(shè)備同PLC信號(hào)關(guān)

聯(lián)，實(shí)時(shí)采集

PLC信號(hào)驅(qū)動(dòng)

自動(dòng)化設(shè)備模

型運(yùn)動(dòng)158四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠布局建模仿真分析狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)控分析?設(shè)備PLC信號(hào)采集?數(shù)據(jù)庫(kù)采集?

狀態(tài)監(jiān)控159四、智能制造案例分析—數(shù)字工廠>通過(guò)三維場(chǎng)景

中設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)

動(dòng)，監(jiān)控車間

運(yùn)行狀態(tài)>及時(shí)發(fā)現(xiàn)車間

運(yùn)行中