数字化工厂建设及其关键技术的探索研究

数字化工厂建设及其关键技术的探索研究

刘伟

身份证号码：130206197203080320

摘要：全新的工业4.0一词引起了全世界的关注，是继机械化、电气化和信息技术之后的第四次工业革命，以智能制造为核心。“4.0产业”最引人注目的特点是智能工厂的普及。并且智能工厂是在数码工厂的基础上发展起来的，没有数字化就没有智能因此，为了在即将到来的“工业4.0”时代占据第一位，我们应该从现在开始工厂的数字化改造，为建设智能工厂奠定基础。在中国的工业化和现代化进程中，信息是必不可少的途径。目前，互联网+为两种速度的合并指明了方向，特别是云计算、物联网、数据块链和人工智能等相关技术的改进，导致石油化工市场竞争发生了根本变化，并提前进入了加热阶段。

关键词：数字化工厂；关键技术；研究；

引言

数字化工厂是真正意义上将智能设备和信息技术在制造业的完美融合，涵盖了制造的生产、质量、物流等环节，解决了工厂、车间和生产线以及产品的设计到制造实现的转化过程，改变了传统的规划设计理念，代表了先进的制造模式，是未来制造业发展的必然趋势。

1数字化工厂概念及发展趋势

数字车间是产品设计、生产流程、管理、营销和营销部门的员工利用其经验和技能优化产品开发、生产、管理和销售的新模式。该模型必须得到网络技术(互联网、物理网络)的支持，利用传感器和其他设备收集生产经营活动的信息和数据，优化生产活动，促进生产，改善物流，更有效地利用资源，减少生产活动对环境的影响。信息技术是工业化和信息技术的产物。过去生产只是材料的生产，在信息时代出现了新的信息和知识水平，而计算机产业则走向知识和信息的方向，以改善与信息相关的行业、产品和技术的整合。化石燃料行业的数字化已经在建筑、项目设计、生产和市场营销领域得到验证，这些领域的人员具备各种活动的知识和经验，能够建设现代化的数字化设施。

2生产数据采集系统

传统的生产车间存在着生产过程中数据收集不及时和不完整的问题。这使得生产线上的员工很难掌握零件的进度、加工时间和可靠性，也无法保证加工进度和可靠性。数据，如质量检查中的合格率很难及时反馈到生产线上，导致整个产品合格率下降，并在一个环节出现故障时影响交货时间。投入和产出材料更新速度缓慢，无法为生产车间提供准确的数据，可能导致物料短缺、挤压和运行中断。应用数据采集系统可以解决这些问题，推动企业的数字发展。生产数据采集系统是工厂数字化的第一步，是管理层现场生产控制的环节。生产数据采集系统主要用于对内部人员、设备、生产资料等进行实时监控。为生产线上的员工收集数据，设备维护，物料入库和外包，然后以波形图和数据表的形式将收集的数据传递给高级管理层，以提高生产透明度，保持对生产的控制，提高生产进度。该系统能够在制造过程中实时向操作员报告可疑数据，远程控制生产流程，准确管理生产，提高企业对突发事件的反应能力。

3数字化工厂建设的关键技术

3.1数字孪生

数字孪生是利用物理模型、传感器更新及运行历史数据，集成多物理量、多尺度的仿真过程。数字孪生通过构建物理车间与虚拟车间之间的有效映射并实时反馈机制，实现物理车间与虚拟车间之间的互联、互通、互操作，数字孪生建立虚拟车间对物理车间的描述、诊断、预测和决策新体系。运用数字孪生技术，能够在不改变原有设备的情况下，克隆出与之对应的完全相同的虚拟设备，这些设备可以完全映射真实的工作场景。在虚拟设备中，执行设置好的程序，通过模拟和测试可以在早期阶段发现故障点，使现场的调试速度更快，风险更低。同时缩短上市时间，降低成本，提高灵活性和生产力。展现了物理设备运行状态与虚拟孪生模型同步。其中左下角表示设备在物理车间的运行姿态，右侧表示设备在虚拟车间中运行状态，两者之间是虚实同步关系。

3.2建模技术

数字车间最令人印象深刻的功能之一是能够在虚拟空间中开展产品开发和生产活动。在推出新产品之前，公司必须首先创建和测试原型，以确定产品是否具有预期的性能和功能。然后，它被退回给设计者，经过调整和优化。周期长，成本高。借助建模技术的支持，可以直接模拟该过程，以便在虚拟空间中测试、调整新产品，有效缩短开发周期，节省成本，加快新产品上市速度。这对从市场上脱颖而出的公司很有帮助。当然，要实现此效果，您需要基于模型定义技术(MBD)的不同元素创建数字模型。

3.3数字化交付

数字交付内容包括设计项目设计过程中的数字信息，例如例如，模型、文档、工厂对象属性等。在项目设计、采购、施工、调试等各个阶段。生成，并将工厂对象映射到材料文档。数字交付项在出厂时以对象为中心，并根据相应的标准和规范进行收集、组织和包含三维模型、智能P&ID数据、Factory对象属性和文档以映射Factory对象。负责总体设计数字化的单位应建立数字化平台，在该平台上，各单位提交的货物首先加载、验证、验证数据文件的完整性、数据的可编辑性、数据的相关性等。验证并随后将平台上的数据整合打包为数据包(或块)。

3.4虚实同步

使用WebSocket协议实现物理车间与虚拟车间之间的实时数据交互，并使用孪生数据驱动物理车间设备与虚拟车间设备模型进行同步映射。使用基于WebGL开发的three.js三维引擎载入孪生模型文件，通过Web服务，将车间的生产过程三维场景渲染至浏览器上。不需要安装任何插件就能在Web端展示三维模型。

3.5设备工艺仿真

根据设备的三维模型，高度还原设备的外观及复杂的内部结构。设备动作的数据驱动设备模型运行状态，使得设备的外部变化及内部的每一个零部件的工作状态能够在虚拟车间中真实复现。同时能够在设备运行异常时实时报警，辅助管理者直观掌握设备运行状态，及时发现设备安全隐患。

3.6BPM技术

业务流程管理(BPM)应包括建模-实施-监视-管理等流程，这些流程只有在所有必需的服务和工具都存在时才称为BPM。当今信息系统开发方法的缺点是要求不明确，效率低下。这样，流程就固定在一个系统中，使公司无法在业务环境发生变化时快速轻松地更改业务流程。公司外部环境的变化使得公司必须快速应对变化。实时企业可以快速利用最新信息，主动消除管理和执行关键业务流程方面的效率低下现象。BPM旨在解决实时业务流程更改引起的问题，如速度、实时结果评估、资源整合和优化，而传统的OA和工作流技术无法解决这些问题。

结束语

数字化工厂建设是一项庞大的工程，它和企业及其供应链都有紧密的关联。数字化工厂具有互联互通、系统集成、数据信息融合等特征，需要把人、设备、产品、环境等要素全部集成在一起，数字、数据、信息全面融合，为企业的决策和执行提供有力的数据支持。所以这一工程的建设，不但要解决技术方面的难题，同时还面临着组织、文化、流程等方面的压力，最关键的是培养更多综合性信息化人才。

参考文献

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