智能集成制造系统 第三章 智能集成制造系统的建模与优化.ppt

4智能集成制造系统的“数字孪生”数字孪生的概念最早由密歇根大学的MichaelGrieves提出，当时被称为“信息镜像模型”（InformationMirroringModel），后逐渐发展为“数字孪生”这一术语。数字孪生技术充分利用物理模型、传感器数据和运行历史等信息，整合多学科、多尺度的仿真过程。它在虚拟空间中为实体产品提供了一个镜像，反映了相应物理实体产品的全生命周期。

数字孪生模型在设计和制造阶段建立，并在产品的生命周期内不断演进和扩展。它涵盖了从设计、制造、交付、使用到报废回收等物理产品的全生命周期的模型和数据信息，形成了与实体产品及其生产过程相对应的实时数据映射、分析预测和优化流程。4智能集成制造系统的“数字孪生”4.1西门子数字孪生案例西门子公司在市场上提出了“数字孪生”模型概念，这是一种基于模型的虚拟企业与基于自动化技术的现实企业相结合的创新模式。它包括“产品数字孪生”、“生产数字孪生”和“设备数字孪生”三个层面，这三个层面又高度融合成一个统一的数据模型。通过数字化手段，企业能够整合其横向和纵向的价值链，从而提升整体运营效率。

数字孪生技术将不同领域的专业技术整合成一个统一的数据模型，并将产品生命周期管理软件（PLM）、生产运营系统（MOM）以及全集成自动化（TIA）集成在一个统一的数据平台上。此外，根据需求，还可以将供应商纳入该平台，实现价值链数据的整合。业务领域涵盖“产品数字孪生”、“生产数字孪生”和“设备数字孪生”。4智能集成制造系统的“数字孪生”4.1.1产品数字孪生在产品设计阶段，数字孪生技术的应用可以显著提升设计的精确度，并在模拟的真实环境中验证产品的性能。在这一阶段，数字孪生的关键能力包括数字模型设计、模拟和仿真，以确保产品在设计阶段就具备良好的适应性。图3.6展示了汽车仿真在实际应用中的一个实例。

图3-6汽车仿真分析实际应用4智能集成制造系统的“数字孪生”4.1.2生产数字孪生在产品制造阶段，设计、仿真和验证的主要对象是生产系统，这包括制造工艺、制造设备、制造车间以及管理控制系统等。通过应用数字孪生技术，可以加速产品上市的时间，提升产品设计的质量，降低生产成本，并加快产品交付的速度。这一技术的应用不仅优化了生产流程，还提高了整个制造过程的效率和响应速度。

图3-7东方汽车发动机生产线数字孪生系统4智能集成制造系统的“数字孪生”4.1.3设备数字孪生设备数字挛生。作为客户的设备资产,在产品运行过程中，设备数字孪生能够实时将设备运行数据传输至云端，实现对设备运行的优化、可预测性维护与保养。此外，通过分析设备运行数据，还能对产品设计工艺和制造过程进行迭代优化。设备数字李生能帮助用户比以前更快地驱动产品设计,以获得成本更低且更可靠的产品,西门子设备孪生设计如图3.8所示。

图3-8设备孪生流程图4智能集成制造系统的“数字孪生”4.2航天云网数字孪生纵向集成案例航天云网基于INDICS平台从行业-企业-车间的数字孪生集成，对产品需求、制造资源、制造能力进行数字孪生建模，为制造资源进行科学匹配，在各企业的ERP和MES之上进行基于有限资源能力的生产调度计划，开展跨企业有限产能高级排产。在行业级通过跨企业的制造资源最优化配置和柔性化重组，解决企业剩余能力，实现社会制造资源合理均衡的应用；仕企业级头现去库存、降成本和专业单元设备的有效利用，达到企业均衡生产的目的。图3.9为航天云网船舶行业关键工业设备上云应用案例4智能集成制造系统的“数字孪生”4.2航天云网数字孪生纵向集成案例图3-9“船舶云”平台系统架构4智能集成制造系统的“数字孪生”4.2.1对行业或企业联盟工业系统是国家基础设施的重要组成部分，管理着众多关键资源。鉴于其对国家安全的重要性，我们应当致力于培育和激励国内工业互联网领域的发展，尤其是民族企业的力量。在众多国内工业互联网企业中，航天科工旗下的航天云网尤为引人注目，它不仅是我国工业互联网领域的佼佼者，更是一面鲜明的旗帜。航天云网确立了INDICS+CMSS的核心地位，构建了以“平台产品与服务、智能制造、工业大数据、网络与信息安全”四大板块为核心的产业能力。它具备了从设备管理、研发设计、运营管理、生产执行、到产品全生命周期管理、供应链协同、社会化协同制造和创新创业等全方位的应用服务能力，确立了自己作为国家工业互联网领航者的地位。

INDICS平台的出现打破了西方国家在工业互联网平台领域的垄断，全球市场格局因此发生了变化，形成了西门子公司的MindSphere、通用公司的Predix和航天云网的INDICS三足鼎立的局面，这代表了全球工业互联网的三大流派。4智能集成制造系统的“数字孪生”4.2.1对行业或企业联盟德国以工业4.0为基础，