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基于数字孪生技术的智能产线设计与实现

文|裴兴林

摘要：本文基于酒泉职业技术数字智能制造产线建设，介绍了基于数字孪生技术的总体架构，并展开说明了数字孪生

关键技术及其工业数据采集和处理方法、智能产线的总体运行流程等，最后重点展示了该系统的实际运行场景和运行

效果。

关键词：智能制造；数字孪生；数据采集

当前，全球制造业正发生着深刻的变革，制造强国布局，各单元间由AGV小车负责物料流转。每个单元

战略以“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、都配有一块数据展示大屏，用于展示单元运行数据，方

人才为本”为基本方针，选择智能制造作为主攻方向，便操作员查看。总控区配有总控台、数据展示大屏及数

新模式对制造业的管理理念、运营模式、支撑技术、人字孪生展示区，在对产线进行柔性化+可视化管理的同

才梯队等提出了更高的要求。时，也可体验数字孪生等先进技术，增加学生的学习兴

以智能装备、个性化定制、网络协同、电子商务趣、提高对前沿技术的掌握与了解。

等为代表的新一代智能制造模式已层出不穷，并还在快基于数字孪生技术的产教融合型智能产线采用单元

速发展和演变着。2019年5月，中国机械工程学会荣模块化建设方案，包括车铣复合加工单元、3D打印单元、

誉理事长周济院士在第七届智能制造国际会议上介绍了自动化检测打标单元、组装单元、仓储物流单元五个单

面向新一代智能制造的人－信息－物理系统（HCPS）元以及一个生产综合控制室。每个生产单元作为一个独

新概念[1]。这种制造新模式在2021年浙江等地开展的立、完整的系统，可自运行、自管控。其中，车铣复合

“未来制造”应用示范项目中已经开始落地实践。随着单元参照全国智能制造应用技术技能大赛建设模式进行

CPS、工业互联网、5G等技术的普及使用，智能制造将建设，既可融入产线加工产线工件，也可以作为智能制

会以更快的速度进行发展和演变，为制造模式带来更高造大赛系统独立运行，进行备赛训练。

的效率。产线通过MES系统，对订单计划、生产进度、质

智能制造人才短缺一直是当前制约智能制造发展的量控制、库存计划、人员权限等进行统一管理。同时，

一个突出因素。酒泉职业技术学院充分认识到这一点，通过数据采集系统，采集车间生产数据，生成可视化综

紧抓历史发展机遇，以数字孪生为重点，围绕自动化加合看板。最终，通过云平台，对车间控制及所有数据的

工、仓储物流、3D打印、自动化检测、人工智能等多云端交互，实现远程运维。

个方向进行智能工厂的建设，致力于打造一个具有先进建立产线对应的三维模型，并通过数据采集模块实

代表性的智能制造综合实训中心。为了实现智能制造的时感知设备运行参数，在三维模型中同步展示设备运行

优化、提高智能制造水平，酒泉职业技术学院综合应用状态，实时动态监控。反过来，通过数字模型也可以控

5G、物联网、云计算等先进科技，进行数据自动采集和制真实设备，实现协同生产，从而建立虚实对应的数字

分析，打通数据流，消除信息孤岛，对人、信息、物料孪生系统。

系统进行结合，并在更高的层次将生产所涉及的离散信该制造实训单元集成了机械、电气、计算机、物联网、

息连接起来，从而实现智能化、数字化制造。该中心的人工智能、云计算等多个学科和专业技术，是一个高度

建成，不仅推动了大量人才的培养和技能的提升，也充