数字孪生技术与数字工厂案例

1、,数字孪生技,术,与数字工厂案例,什么是数字孪生技术（双,胞胎技术）,企业为什么要数字孪生技术,数字孪生常用软件平,台,数字孪生技术案例,目,录,1,4,2,3,数字孪生，英文名叫,Digital,Twin,（数字双胞胎,）,，,也被称为数字映射、数字,镜像。,数字孪生，是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史,等数据，集成多,学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从 而反映相对应的实体装备的全生命周期过程,而且，数字孪生体不是随便乱,“,动,”,。它,“,动,”,的依据，来自本体的物理,设,计模型，还有本体上面传感器反馈的数据，以及本体运行的历史数据,1.,什么是数字孪生技术（双胞胎技术,）,数字孪生案例,-,祝融号火星车项目,状态监控,故障监控,1.,什么是数字孪生技术（双胞胎技术,）,视频监控：,监控形态,虚实同步可实现：,信号实时性,NASA：,数字孪生是指充分利用物理模型、传感器,、运行历史等数据，集,成多学科、多物理量、多尺度、,多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应实作产品的全,生命周期过程。,三、智能制造技术,数字孪生,生产实施

2、,生产工程,生产规划,三、智能制造技术,数字孪生,3,2,产品设计,4,5,1,服务,现实世界,数字化世界,生产实施,生产工程,生产规划,三、智能制造技术,数字孪生,3,2,产品设计,4,5,1,服务,设计模型,三维工艺,数字化,机床,虚拟装配模型,数字化虚拟车间,现,实,装配实体,生产实施,生产工程,生产规划,三、智能制造技术,数字孪生,3,2,字化世界,生产车间,工艺资源,智能机床,世,界,产品设计,数,4,5,1,服务,数字孪生,60,三、智能制造技术,数字孪生,工业物联网,CAD,CPS,云计算,物理实体,数字线索,智能制造,PLM,1、数字孪生的八大关系,01,02,03,04,05,06,08,07,CAD,模型,1、数字孪生与CAD模型,装配关系数据,功能性能数据,61,数字模型,关联数据,身份识别,实时检测,三、智能制造技术,数字孪生,制造信息数据,健康检测数据,物理世界,62,三、智能制造技术,数字孪生,不受个体数量限制,不受地域分布限制,不受时间环境限制,2、数字孪生与物理实体,大数据分析与决策,数字化映射,增强现实,63,三、智能制造技术,数字孪生,3、数字孪生与

3、PLM,数字孪生,是数字模型共有特性和物理实,体独有个性实时融合的全生命周 期共同体,。,66,三、智能制造技术,数字孪生,2.,企业为什么要数字孪生技,术,智能工厂,2.,企业为什么要数字孪生技,术,谁用？,怎么用？,行业痛点：,缺乏数据基础设备联网困,难,生产数据管理不透明,2.,企业为什么要数字孪生技,术,质量问题无法既时预警,行业痛点：,3.,数字孪生技术案例,3.,数字孪生技术案例,3.,数字孪生技术案例,智能装配工艺设计软,件原型系统,三维装配工,艺设计与仿真优化,模块,基于零件实测,模型,三维装配工,艺现场演示应用模,块,基于现场实物驱动,装配精度分,析与可装配性预测,模块,基于数字孪生,模型,面向信息物理融合的装配现场硬,件系统,大型显示屏幕,激光投影仪,三坐标扫描测量机,激光跟踪仪,三坐标铣削测量机,四、智能制造关键技术数字孪生驱动智能装配,128,总体方案：,实,现,基,于,信,息,物,理融合的,三维装,配工艺设计,、,仿,真优化,、,硬件测,量,与,现场演示,于,一体的车间装配,现场解决方案,可,缩,短,装,配,周,期,减,少,装,配,出,错,率。,四、智能制造关

4、键技术数字孪生驱动智能装配,129,基于信息物理融合的产品装配现场解决方案,数字孪生装配模型是对产品现场装配物理世界的虚拟映射，可通,过对数,字孪生装配模型的分析，,用于指导车间现场的装配过程。,四、智能制造关键技术数字孪生驱动智能装配,130,基于信息物理融合的数字孪生装配模型创建技术,数字孪生装配模型递进式生成方法,四、智能制造关键技术,数字孪生驱动智能装配,基于装配现场实物驱动,的三维装配工艺展示,技,术,零件信息编码与识,别,三维装配工艺文件,轻量化,三维装配工艺现场,展示,激光投影装配工艺,信息,131,多源异构辅助装,配硬件测量系统,解决装配过程中,实测数据来源的,问题；,建立,基于实测数,据的三维数字孪,生装配模型,是实,现产品装配物理,过程与信息融合,的关键。,四、智能制造关键技术数字孪生驱动智能装配,132,产品数字化装配与现场装配过程信息物理融,工装定位误差,卧立转换误差,装配变形误差,人机工程,装夹方案,装夹方式,定位形式,四、智能制造关键技术数字孪生驱动智能装配,133,1）分析薄壁件铆接,装配工艺参数；,2）建立局部结构有,限元分析模型，完成,计算，得到铆钉孔

5、周,应力应变场；,3）建立薄壁件整体,有限元模型，集成三,维弹性装配偏差分析,方法；,4）运用空间插值技,术，定量计算在装配,间隙、铆接变形、结,构自重影响下的薄壁,件装配尺寸偏差。,四、智能制造关键技术数字孪生驱动智能装配,134,根据薄壁件的虚拟装夹和制造环境，将接合工艺定位至铆接工艺；,将设计对象定位至相邻筋板的局部铆接次序,、和不同筋板的铆接次序；,确定出使天线轮廓偏差最小的一组,铆接装配次序、方向等。,四、智能制造关键技术数字孪生驱动智能装配,135,136,四、数字化设计与制造技术,仿真,快速,智能,装配,智能,设计,虚拟,工厂,三维,工艺,137,四、智能制造案例分析数字工,厂,138,四、智能制造案例分析数字工,厂,品种,1000多种变型共线,4000多种变型共线,（2000年丰田Coronas装,配线）,效率,3.5分钟/辆,（江淮商务车）,48秒/辆,（日本本田轿车、商务车共线）,质量,224个PP100,（每百辆新车问题数）,135个PP100,（每百辆新车问题数）,2010年J.D.,Power,亚太公司中国,新车质量研究报告,2010年，,国务院发展研究中心汽

6、车产业蓝,皮书发布比较结,果：,日本汽车工业,91.6,2,分，中国汽车工业,54.33,分,自主品牌,汽车工业发达国家,139,四、智能制造案例分析数字工,厂,设备能力,在设备能力逐步提升的情况下，,制造环节的数字化管控与优化能力不足更显,突出，已成为我国汽车工业与国外差距的主,要原因之一。,要实现上述目标，,设备的智能化水平和生产过程管控与优化的能力缺一不可,140,四、智能制造案例分析数字工,厂,生产过程管控与优化能力,低成本,高质量,高效率,多品种,应用车型,实施前,生产节拍,实施后,生产节拍,瑞风商务车,3.5分钟/辆,2.5,分钟/辆,宾悦轿车,120秒/辆,88,秒/辆,重汽卡车,7.8分钟/辆,5.9,分钟/辆,因上游车间供应不足引起,的停线次数减少26%,因下游车间能力不足引起,的停线次数减少29%,设备,短缺,故障,供应,能力,不足,不足,负荷,141,四、智能制造案例分析数字工,厂,技术指标对比：,实际工程应用前后对比,次数,45,40,35,30,25,20,15,10,5,0,优化前,优化后,上游,下游,超限,物料,企业,指标,实施前,实施后,奇瑞汽车,发动机

7、装配出错率,0.5,0.03,江淮汽车,整车交验合格率,91.57%,93.73%,一汽海马汽车,总装线设备综合效率,77%,83%,典型案例：汽车行业,用于奇瑞、江淮、,一汽海马,等自主品牌汽车生产,142,四、智能制造案例分析数字工,厂,ax,UniMax,PCT,UniM,MMS,UniM,MES,ax,MES,UniM,TLC,ax,TLC,ner,ax,UniM,UID,UniMax,est,SmartN,est,ner,IntegraNet,143,四、智能制造案例分析数字工,厂,其他信息系统集成,硬件接口,Xplan,x,Xpla,UniMa,数据,采集,识别,生产数据采集,车身识别,缸盖,3D,扫描,物料搬运,物料精准配送,智能料架,物料匹配,生产,执行,控制,涂装路由控制,PBS,路由控制,中央控制,工艺过程优化,多车间生产排序,涂胶工艺切换装置,缸体工装快速,切换装置,四、智能制造案例分析数字工,厂,144,在制品跟踪与生产过程可视化,监控系统,145,四、智能制造案例分析数字工,厂,自主品牌汽车生产企业（江淮、奇瑞、海马、江铃、中国重汽、万山,等）,发动机加工/装

8、配车间,混合型生产,焊装-涂装-总装车间,流水型生产,车身路由,控制器,配色验证,控制器,物料匹配,装置,智能料架,工艺序列优先的,混合排程,冲压车间,作业型生产,硬件装置,与软件系统,车间信息采,集终端,解决方案,与应用,优化技术,与算法,加工/装配物料配送,多车间关联优化,汽车整车生产四大工艺,146,四、智能制造案例分析数字工,厂,主要工作之一：建立了车间实时信息采集与处理平台,涂,装,80,70,60,50,40,30,20,10,0,1,周次,2,3,147,优化前,优化后,71,66,39,42,37,四、智能制造案例分析数字工,厂,焊装-涂装-总装,关联优化排序,涂装车间,配色规划,140,120,100,80,60,40,200,400,0,600,ANGA-OPT,ANGA-AVG,GA-AVG,GA-OPT,效果：,提高关键,件相似度,20%,以,上,总装车间,混流排序,主要工作之二：,生产运作优化,冲压车间,高级排程,焊,接,冲,压,总,装,喷枪颜色更换次数,67,冲压件考虑焊装需求拉动和,经济批量，,降低安全库存,发动机加工,/,装配协同，减,少在制品库存和储运

9、成本,“,焊装,-,涂装,-,总装”在制车身自动,路由技术，,减少物流成本,总装车间物料需求实时按,需发布，大幅减少物料短,缺导致的停线,148,四、智能制造案例分析数字工,厂,主要工作之三：物流执行优化,主要工作,实施MES之前,实施MES之后,实现软硬件,信息集成,存在各种管理系统，,操,作复杂，,种类繁多，,无法进行有效数据,交换(,ERP,、离线条码扫描、焊,装打码机、总装打码机、VIN码,打印机、大洋软件、,RFID,数据,采集系统),.,自动获取ERP数据,.,集成焊装、总装车间的三类打,码机,.,集成RFID系统,.,VIN码生成及打印,.,取代大洋软件等遗留系,统,149,设备控制层,四、智能制造案例分析数字工,厂,主要工作之四：集成已,有软硬件平台，消除信息孤岛,监控系统,(VIN,打码机，条码打,印机，,PLC,等,),MES,ERP,实施前后的对比,实时采集数据,执行情况信息,上下线、完工信息,物料基础数据,生产计划批次,数据集成适配器,BOM,数据,铭牌信息,车体信息,生产订单,数据集成适配器,数据集成适配器,数据集成适配器,MES端,CAP,P,应用,PDM,

10、应用,MES应用,ERP应用,ERP端,实施效果,冲压在制品库存降低30%,商务车生产节拍,从3.5分钟缩短至2.5分钟，轿,车生产节拍从96秒缩短至88秒,基本消除了因为物料短缺导致的非正,常停线,150,四、智能制造案例分析数字工,厂,实施前,实施后,布局建模,仿真分析 状态监控 数控分析,组件参数化建模,组件位置调整,外部文件导入,生成二维图,151,四、智能制造案例分析数字工,厂,车间布局总览,组件参数化建模,传送带,荷载,立体仓库货架,车辆,机器人,机床,152,四、智能制造案例分析数字工,厂,数控分析,状态监控,仿真分析,布局建模,通过不同组件相互联系,组建物流系统,设置自动化设备运动参,数与运动逻辑,通过载荷生成器控制载,荷生成与消失,设置仿真速度,布局建模,仿真分析 状态监控 数控分析,153,四、智能制造案例分析数字工,厂,布局建模,仿真分析 状态监控 数控分析,物流系统建模,物理特性建模,视频文件生成,154,四、智能制造案例分析数字工,厂,物流建模,将摩擦力、重力、碰撞等物,理效果根据实际情况施 加在仿真过程中,设置各组件材质及相,对摩擦系数控制摩擦力,布局建模,

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