廠級數(shù)字孿生整體規(guī)劃

廠級數(shù)字孿生整體規(guī)劃一、現(xiàn)狀及問題2021年3月，國務院發(fā)布的《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》中，明確提出推動產業(yè)鏈數(shù)字化轉型，包括“實施“上云用數(shù)賦智”行動，推動數(shù)據(jù)賦能全產業(yè)鏈協(xié)同轉型”。煙草行業(yè)作為實體經濟的重要組成部分，通過先進的智能制造技術賦能煙草業(yè)信息化高質量發(fā)展，已成為促進煙草業(yè)數(shù)字化轉型的重要驅動力。工廠是數(shù)字化轉型的重要載體，對于保障數(shù)字化建設的協(xié)同性、一致性及有效性具有重要意義，因此，卷煙廠的廠級數(shù)字化轉型迫在眉睫。當前，中國煙草制造行業(yè)邁向全新的市場經濟時代，整個行業(yè)對卷煙生產的高速度與高品質有極其嚴苛的要求，如何保證從煙葉、制絲、卷接、包裝、裝箱、運輸?shù)恼麄€生產過程中各個環(huán)節(jié)保持透明、可控與連續(xù)，是某卷煙廠面臨的重大挑戰(zhàn)。二、廠級數(shù)字孿生為解決上述問題，實現(xiàn)整個生產運輸過程的透明可控，亟需將大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等技術引入煙葉、制絲、卷接、包裝、成品入庫、運輸?shù)娜^程管理，將現(xiàn)場作業(yè)真實數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)進行同步，并以3D模型實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)動，便于對現(xiàn)場運行情況進行實時監(jiān)控、預測和調度。針對某卷煙廠的生產特點，構建一套基于數(shù)字孿生的廠級生產管理系統(tǒng)，通過以虛擬工廠控制實體工廠，幫助企業(yè)及時發(fā)現(xiàn)和排除故障，提升設備有效作業(yè)率，實現(xiàn)生產信息的全程可追溯，促進生產資源的優(yōu)化配置，降低生產成本。（1）采集生產數(shù)據(jù)：以需求為導向，以數(shù)字化轉型為驅動，充分利用傳感器、攝像頭等物聯(lián)網技術，實時采集卷包車間、制絲車間生產過程中產生的數(shù)據(jù)。（2）通過與車間MES、ESB系統(tǒng)，業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合，逐步構建一張完整的數(shù)據(jù)視圖，推進卷煙廠信息化向數(shù)字化轉型。構建廠級數(shù)字孿生平臺2.1工廠層面構建覆蓋生產、運營、能耗、設備、工藝等多個維度的領導駕駛艙。整合基礎空間數(shù)據(jù)和業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)，利用先進的人機交互方式，建立數(shù)據(jù)展示、分析、監(jiān)測等多功能的數(shù)字孿生三維可視化駕駛艙，對設備運維、能效管理、經營情況等關鍵指標分析呈現(xiàn)，實時掌握工廠整體運行態(tài)勢，輔助全工廠管理決策，實現(xiàn)監(jiān)測指揮、分析研判、展示匯報等場景應用。生產運營駕駛艙：針對廠級領導、車間領導的駕駛艙。對整個工廠進行數(shù)字孿生仿真，方便領導對車間生產及效益進行了解，主要包括計劃、產量、質量、設備、人員等相關數(shù)據(jù)的分析，以及產能、效益、訂單量、客戶、成本、銷售、渠道等數(shù)據(jù)。幫助領導“一目了然”制絲車間智能產線的情況，支持領導的快速決策，輔助產線智能化落地，推動卷煙廠的高質量發(fā)展。能耗管理駕駛艙：對卷煙廠能耗系統(tǒng)進行仿真。針對變配電、照明、空調、給排水、熱水機組和重點設備能耗和運行信息進行全面展示，對設備的CO2排放量進行監(jiān)測，幫助煙廠全面掌握電、水、天然氣、熱力等能源介質的能源消耗狀況，將各種能耗報表、數(shù)據(jù)曲線、分析結果等展現(xiàn)給企業(yè)管理者，幫助企業(yè)建立更有依據(jù)、更有效的節(jié)能體系。設備管理駕駛艙：對卷煙廠重要生產設備進行仿真。提供設備指標分析看板，實時反映設備的運行狀態(tài)，將設備數(shù)據(jù)形象化、直觀化、具體化，打破設備業(yè)務數(shù)據(jù)隔離，實現(xiàn)指標分析及決策場景落地。工藝管理駕駛艙：對卷煙廠工藝流程進行仿真。對產線上的批次質量、批次質量標準偏差、近30批的質量CPK和質量帕拉圖等分析進行展示，讓質量管理人員直觀、快捷的了解產線、工段和工序的質量情況，及時解決質量問題。2.2車間層面引入圖層概念，把不同的業(yè)務內容歸類到不同的圖層中，可以自由的顯示和隱藏不同的業(yè)務圖層，實現(xiàn)分門別類的呈現(xiàn)和操控。做到門類清晰，便于管理。本次建設的主要圖層包含生產狀態(tài)圖層，物料流轉圖層、生產監(jiān)控圖層、虛擬巡檢圖層、智能排產圖層。通過對車間各個產線、各個工段、重要設備、運轉流程等管理要素進行全方位還原，對產品生產流程、生產進度等進行可視化監(jiān)測，完成廠區(qū)工序流轉的全方面監(jiān)控管理。數(shù)字孿生車間：數(shù)字孿生客戶端選擇生產狀態(tài)圖層。視角拉遠，能夠看到整個產線車間數(shù)字孿生的全貌。功能指標：重要節(jié)點的狀態(tài)提示信息統(tǒng)計圖表：各種生產信息的匯總整理，以直觀可視化的方式呈現(xiàn)。功能指標：產量趨勢統(tǒng)計、質量趨勢統(tǒng)計、生產批次統(tǒng)計、產出信息統(tǒng)計、物料統(tǒng)計物料流轉模擬：動畫示意物料在設備間的流轉狀態(tài)。功能指標：煙包、煙葉、煙絲流動效果；堵料警示效果；缺料警示效果生產過程監(jiān)控：實時反饋各生產環(huán)節(jié)的指標數(shù)據(jù)，能及時預警異常信息。功能指標：顯示各單元的批次和牌號；顯示各節(jié)點的通訊狀態(tài)；顯示各類型的異常告警；生產數(shù)據(jù)推送：可以實時查閱各種生產運行數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)產生的具體位置顯示相關信息。功能指標：批次生產工單、配方BOM、投料、產出信息；批次生產過程SOP作業(yè)狀態(tài)；產線虛擬巡檢：按正常人工巡檢的路線自動或手動的完成產線虛擬巡視，沿路展示各個生產節(jié)點的信息，如果有異常告警則高亮顯示在具體的位置上。功能指標：包括各單元的批次、牌號，各節(jié)點的在線狀態(tài)，健康狀態(tài)等信息；高級排產生產仿真對接：和排產仿真對接，根據(jù)不同的資源規(guī)劃方案，建立多個仿真模型評估各種方案。功能指標：排產數(shù)據(jù)2.3關鍵設備層面在數(shù)字孿生工廠可視化平臺中重點設備管理模塊圍繞設備監(jiān)控、設備預警等能力進行專項支撐，通過數(shù)字孿生，實現(xiàn)設備作業(yè)狀態(tài)、運行指標的實時監(jiān)控，進行設備運行狀態(tài)指標預警、故障監(jiān)測、健康度評價、數(shù)字圖紙、備件地圖等功能。功能功能描述作業(yè)狀態(tài)實時監(jiān)控實現(xiàn)與實體設備的一對一虛擬映射，實現(xiàn)設備狀態(tài)遠程監(jiān)控，提升設備管理效能。設備運行指標監(jiān)控通過數(shù)字孿生監(jiān)控系統(tǒng)智能觀測工藝質量，實時跟蹤流量、水分、熱風溫度等關鍵參數(shù)的監(jiān)控。設備運行情況及時預警通過數(shù)字孿生監(jiān)控系統(tǒng)智能觀測設備，第一時間發(fā)現(xiàn)設備故障位置和原因，縮短設備維修時間。設備故障預測通過分析設備過去的故障記錄、設備狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)，使用數(shù)據(jù)挖掘和機器學習技術，對未來可能出現(xiàn)的故障進行預測。設備健康度評價通過分析生產設備的性能、可靠性、可用性和維護情況等因素來確定其健康度。采用數(shù)據(jù)分析、機器學習、特征提取、模型預測等技術，提高生產設備的效率和穩(wěn)定性。數(shù)字圖紙將集成單機設備和產