智能工厂数字孪生与仿真规划

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在现代工业的浪潮中，智能工厂的概念已经成为制造业转型升级的核心。《智能工厂数字挛

生与仿真规划》这份资料为我们提供了一个全面的视角，从工业革命的历史背景、数字挛生

的定义和应用，到智能工厂的规划和实施，详尽地阐述了数字挛生技术在智能工厂中的应用

和价值“

工业革命的历史背景资料首先回顾了工业革命的历史、从18世纪末的蒸汽机时代，到20

世纪初的电力广泛应用，再到1970年代初的自动化、信息化，直至当前的信息物联系统,

每一次工业革命都带来了生产力的飞跃。新一轮技术与管理的迭代发展催生了第四次工业革

命，即工业4.0,它开始应用信息物理融合系统（CPS）,标志着复杂性的增加和智能的提升。

智能制造的背景智能制迨是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设

计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自

适应等功能的新型生产方式。《国家智能制造标准体系建设指南（2018年版）》为智能制造

提供了明确的指导和方向，

数字孳生的定义数字挛生是在虚拟空间中完成物理对象、系统、数据的映射，以反映相对

应的实体的全生命周期过程，挖掘历史规律，监控实时状态，预测未来趋势。它综合运用感

知、计算、建模等信息技术，通过软件定义，对物理空间进行描述、诊断、预测、决策，进

而实现物理空间与虚拟空间的交互映射。

数字享生技术的发展资料提到，数字享生技术正成为全球信息技术发展的新焦点，Gartner

连续三年将数字挛生列为十大战略科技发展趋势。西门子、PTC、达索等跨国企业纷纷布局

数字享生业务，推动了数字挛生技术的发展。

数字李生在智能工厂中的应用在智能工厂中，数字挛生技术可以应用于工厂规划、生产执

行、设备监控等多个方面。它可以在工厂规划/升级阶段，开展车间规划方案的仿真定量评

估和分析,科学地指导车间系统设计调整。在生产执行阶段,建立实时数据驱动的仿真机制，

实现同步仿真运动和三维虚拟监控。

数字李生工厂的预期效果通过数字挛生技术，可以实现虚拟产品（装备）仿真、三维虚拟

工厂规划、产线设计仿真优化、物流设计仿真优化、生产计划可行性评估、在线虚拟监控等

功能。这些应用不仅可以提高生产效率，降低成本，还可以提升产品质量和生产安全性。

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工厂与数字享生

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目

录数字挛生应用

^■Il背景

♦新一轮技术与管理的迭代发展催生第四次工业革命

I4E4.0

I1E3.0开始应用信息物理融合

I1E2.0应用电子信息技术进一系统(CPS)

将人类带入分工明确、步提高生产自动化水平信息物联系统

Ilki.o大枇地生产的流水线模

创造机器工厂的式和“电气时代”自动化、信息化

蒸汽时代”电力广泛应用

蒸汽机

智能

体能

18世纪末20世纪初1970年代初当前时间轴

工厂■背景

♦中国制造2025

制造业大国制造业强国

三十年，三步走中国制造2025中国制造2。35

目标强国之列强国中位

国家溃»?能力电试点小范

耍目鼻年粕立30个蝇目.

效益m*依012晔3万亿美元GDP增盘，企业效我率120%•成太；20%•节能息排I10%,

工厂•背景

♦智能制造：是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等

制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式.智能

制造系统架构从生命周期、系统层级和智能特征三个维度描述智能制造所涉及的活动、装备、特征等

内容.

制造是基础

智能是赋能京・4・

拿帔・0

《国家智能制造标准体系建设指南（2018年版）＞

工厂一背景

智能制造是制造业发展的主攻方向

智能化改数字化车智能制造/

机器换人

造间未来工厂

♦2012年，浙江在全国率先开展“机器换人，

♦2018年，浙江开始实施“机器换人”升级版一智能化改造提升行动.

♦2020年7月浙江省发布浙江发布《“未来工厂”建设导则》团体标准

^■Il工厂

^■h工厂

"未来工厂"：广泛应用数字挛生、物联网、大数据、人工智能、工业互联网等技术，实现数字化设计、

智能化生产、智慧化管理、协同化制造、绿色化制造、安全化管控和社会经济效益大幅提升的现代化工厂.

未来工厂七大核心要素:

命同化制造

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过在策

期品决

周产、

命动测

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数程设数进

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Ill数字李生简介

数字李生正成为全球信息技术发展的新焦点

>2016-2018年，Gartner连续三年将数字字生列为十大战略科技发展趋势。

数字挛生简介

数字卒生1F成为跻国企业业务布局的新方向

数字李生数字季生+数字李生什

西门子公司DigitalTwinDigitalTwinP/P/PComprehensiveDigitalTwin

数字学生8r7学生产赭/生产/缺效综合数字学生

PTC公司DigitalTwEDigitalTwin+KSystemDigitalTwin+AR

数字学生数字季生+知识体系数字学生+增强现实

达索公司VirtualTwinProductlifecycleTwin3DEXPERIENCET^in

虚拟孽生产品全生命周期学生3DEXPERIE、CE学生

ESI公司Physical-BasedVirtualTwinDate-DrivedVirtualTwinHybridTwin

拉J物理的虚拟学生数树.典动的虚拟学生混合学生

^^■Il数字享生简介

数字李生正成为主要国家数字化转型的新抓手

＞美国工业互联网联盟将数字李生作为工业＞德国工业4.0参考架构将数字李生作为重要内容。

互联网落地的核心和关键。

图以数字学生体框架为核心的I.业〃.联MPaas系统

|||数字挛生简介

数字享生历程：历经技术积累、概念提出、应用萌芽、快速发展四个阶段

211什纪之而技彳、枳崇明|2000-20154概会:提出期■20104020年应用助芽期・2020•朱米快速发爬一

CAX软件为数字学生的出现莫定r关国军方机构开始提出数字学生I.业软件巨头纷纷布精数数字学生技术和产业生

技术基础的相大概念字学生业务态都有望迎来爆发期

•139年第一代CAM软件APT问世；•2003年密致根大学MichaelGrieces•西门子2017年正式发布了数•数字事生将加速与AI等新兴

•1969年NASA检出了第一代CA由件教授首次梃出数字字生假念：字字生体应相模受；技术鼓自发展进一步应用.

COSMICNaMran:•2010年美国军力理出数字统程;•PTC2OI7年推出易于数字字•敛字季生广泛应用于工业互联

•1973年第一代CAPP系统AuToPro南世;•20”吓洛克希槿马丁提出数字织锦;生技术的物联M解决方案；河、车联网、智慧城市等新型

•1982年二tft给图近£博工具AutoCAD•2012年NASA发布了包含—心•达读、GE、ESI驿企业开始

问世.的两份技术路线图.宣传和他用数字容生技术.

数字学生因建模仿1'1技术而起、闪传感技术而兴,并将随后新代信息技术鼾体突破和融介发屣而发展壮大.

^^■||工厂数字挛生•功能

♦在工厂规划/升级阶段，开展车间规划方案的仿真定盘评估和分析，科学地指导车间系统设计调整:

♦在生产执行阶段，建立实时数据驱动的仿真机制，实现同步仿真运动和三维虚拟监控.

边tfbfil边鼻方式

t«K同关»SX

|||工厂数字挛生-功能

Ill工厂数字挛生-功能

I:厂规划与工艺验证实时数据驱动的虚拟管控

□产倭评估分析□生产设得远打数M监控□物流航於仿在分析

□。产设修布N□生严执行过程监控□土产1、始仿人分析

□瓶演定位分析□生产片而收警□生产货物仿女分析

□生产物流资源和而设“优化□特殊役%的退界届雄□物流路径仿典分析

□仓库曾存设计□生产过程丈时¥水□APSil划集成仿IX

□物流系收短划设计□教学培训□牛产策略分析

|||数字李生工厂开发一般流程

数字李生工厂预期效果

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S应数字挛生简介

目

录国数字挛生应用

1.虚拟产品（装备）仿真

装备的操作使用和维修采月实装的训练方式普遍存在成本高、难度大、风险高、周期长的缺点，利用虚拟装备

技术将训练的部分内容移标到虚拟装备上,能减少实装损耗、缩短培训周期、提高培训顺收、降低培训成本、提

升培训效率、强化培训深度、降低安全风险。

不受阳副的应用范用

III2.三维虚拟工厂规划

对物理车间进行三维娃懊，包括产线、立库、物流、电于有板、操作人员、中央控制室等，定义设备仿

真交互属性，采用轻量化技术保证大规模场景的流畅显示,从而建立一个与实际环境1：1的虚拟工厂环境：在

三维虚拟工厂环境中，动画噗拟产品从订单接收到产品交付的全套生产流程，并支持：

♦关城工序的细节展示、干涉检验

♦人机交互和虚拟现实漫游

♦全方位展现数字化.智能化技术的应用效果

3.产线设计仿真优化

基于产线工艺设备布局、节拍、故障等数据,构建产线仿真模型，模拟生产与物流过程,计算分析仿

真数据，获得反映年间系统效能指标，定位改善生产瓶颈,从而科学定量分析车间规划方案,并基于仿真试

验和优化算法寻找更优的资源配置和生产策略等方案.

产能仿真评估与分析

瓶颈识别与改善

生产线平衡分析