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基于数字孪生的离散制造车间可视化实时监

控方法

一、概述

随着制造业的快速发展，离散制造车间作为制造业的重要组成部

分，其生产效率、产品质量以及管理水平的提升日益受到关注。传统

的制造车间监控方法往往存在信息获取不及时、数据处理能力不足、

可视化程度不高等问题，难以满足现代制造车间的实际需求。

为了解决上述问题，本文提出了一种基于数字孪生的离散制造车

间可视化实时监控方法。该方法通过构建数字孪生模型，实现对制造

车间生产过程的实时模拟和监控，为制造车间的生产调度、设备维护

以及质量控制等提供有力支持。

数字孪生技术是一种将物理世界与虚拟世界相结合的技术，通过

构建与实际制造车间相对应的虚拟模型，实现对制造车间生产过程的

全面感知和深度分析。基于数字孪生的实时监控方法，不仅能够实时

获取制造车间的生产数据，还能够对数据进行高效处理和分析，为管

理者提供直观、准确的生产状态信息。

可视化技术在本方法中扮演着重要角色。通过可视化技术，将数

字孪生模型中的生产数据以图形、动画等形式展示出来，使得管理者

能够更加直观地了解制造车间的生产情况，及时发现生产过程中的问

题并进行调整。

基于数字孪生的离散制造车间可视化实时监控方法是一种具有

创新性和实用性的方法，它将为离散制造车间的智能化、高效化生产

提供有力支持。

1.离散制造车间的特点与挑战

离散制造车间，作为现代制造业的重要组成部分，具有一系列显

著的特点和面临的挑战。离散制造车间的生产过程复杂多变，产品种

类繁多，这使得生产工艺路线和设备配置极具灵活性。这种灵活性也

带来了管理上的困难，如临时插单现象频发，零部件种类繁多，导致

生产计划和调度变得复杂且难以预测。

离散制造车间的制造效率普遍不高。由于生产过程中存在大量的

等待时间和生产辅助时间，单元设备的利用率往往较低。这既影响了

车间的整体产能，也增加了制造成本。原材料利用率低也是离散制造

车间面临的一个重要问题。原材料的加工、制造利用率以及回收再利

用率低，不仅浪费了资源，也增加了环境负担。

离散制造车间的能源消耗和碳排放问题也不容忽视。由于能源消

耗分散且总量巨大，能源利用率低，导致二氧化碳排放量高。在全球

推动低碳经济的背景下，离散制造车间面临着巨大的减排压力。

除了上述特点外，离散制造车间还面临着实时监控困难、调控能

力差、管理不透明等挑战。传统的监控和管理方式往往依赖于人工巡

检和经验判断，效率低下且容易出错。如何实现离散制造车间的可视

化实时监控，提高生产过程的透明度和可控性，成为了当前亟待解决

的问题。

2.数字孪生技术在制造领域的应用现状

随着新一轮科技革命和产业变革的深入推进，数字孪生技术已逐

渐成为制造领域实现智能化、高效化的关键手段。在离散制造车间中，

数字孪生技术的应用更是呈现出蓬勃发展的态势。

数字孪生技术已在多个制造环节中发挥重要作用。在产品设计阶

段，数字孪生模型能够模拟产品的各项性能，帮助设计师提前发现并

修正潜在的设计缺陷，从而优化产品设计，减少后期更改成本。在生

产阶段，数字孪生技术通过实时采集生产数据，构建生产过程的虚拟

映射，使管理者能够实时监控生产状态，及时调整生产参数，确保生

产过程的稳定与高效。在质量检测、设备维护等方面，数字孪生技术

同样发挥着不可替代的作用。

尽管数字孪生技术在制造领域的应用已取得显著成效，但仍面临

诸多挑战。数字孪生模型的构建需要大量的数据支持，如何有效采集、

处理和应用这些数据，成为制约技术应用的瓶颈。数字孪生技术的实

施需要跨学科的知识融合，对人才的要求较高，当前市场上相关人才

储备尚显不足。数字孪生技术的推广与应用还需要与现有制造系统的

深度融合，这需要企业在技术、管理等多个层面进行创新与改进。

尽管面临挑战，但数字孪生技术在制造领域的应用前景依然广阔。

随着技术的不断进步和市场的日益成熟，数字孪生技术将在制造领域

发挥更加重要的作用，推动制造业向智能化、高效化方向持续发展。

3.实时监控对离散制造车间的重要性

在离散制造车间中，实时监控扮演着至关重要的角色。离散制造

车间往往涉及复杂的生产流程、多样的机械设备和众多的操作工人，

这些因素共同构成了制造过程中多变且难以预测的环境。通过实时监

控，企业能够实现对生产现场的全面掌控，确保生产过程的顺利进行。