厂级数字孪生整体规划

厂级数字孪生整体规划一、现状及问题2021年3月，国务院发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中，明确提出推动产业链数字化转型，包括“实施“上云用数赋智”行动，推动数据赋能全产业链协同转型”。烟草行业作为实体经济的重要组成部分，通过先进的智能制造技术赋能烟草业信息化高质量发展，已成为促进烟草业数字化转型的重要驱动力。工厂是数字化转型的重要载体，对于保障数字化建设的协同性、一致性及有效性具有重要意义，因此，卷烟厂的厂级数字化转型迫在眉睫。当前，中国烟草制造行业迈向全新的市场经济时代，整个行业对卷烟生产的高速度与高品质有极其严苛的要求，如何保证从烟叶、制丝、卷接、包装、装箱、运输的整个生产过程中各个环节保持透明、可控与连续，是某卷烟厂面临的重大挑战。二、厂级数字孪生为解决上述问题，实现整个生产运输过程的透明可控，亟需将大数据、数字孪生等技术引入烟叶、制丝、卷接、包装、成品入库、运输的全过程管理，将现场作业真实数据与仿真数据进行同步，并以3D模型实现动态联动，便于对现场运行情况进行实时监控、预测和调度。针对某卷烟厂的生产特点，构建一套基于数字孪生的厂级生产管理系统，通过以虚拟工厂控制实体工厂，帮助企业及时发现和排除故障，提升设备有效作业率，实现生产信息的全程可追溯，促进生产资源的优化配置，降低生产成本。（1）采集生产数据：以需求为导向，以数字化转型为驱动，充分利用传感器、摄像头等物联网技术，实时采集卷包车间、制丝车间生产过程中产生的数据。（2）通过与车间MES、ESB系统，业务系统数据融合，逐步构建一张完整的数据视图，推进卷烟厂信息化向数字化转型。构建厂级数字孪生平台2.1工厂层面构建覆盖生产、运营、能耗、设备、工艺等多个维度的领导驾驶舱。整合基础空间数据和业务系统数据，利用先进的人机交互方式，建立数据展示、分析、监测等多功能的数字孪生三维可视化驾驶舱，对设备运维、能效管理、经营情况等关键指标分析呈现，实时掌握工厂整体运行态势，辅助全工厂管理决策，实现监测指挥、分析研判、展示汇报等场景应用。生产运营驾驶舱：针对厂级领导、车间领导的驾驶舱。对整个工厂进行数字孪生仿真，方便领导对车间生产及效益进行了解，主要包括计划、产量、质量、设备、人员等相关数据的分析，以及产能、效益、订单量、客户、成本、销售、渠道等数据。帮助领导“一目了然”制丝车间智能产线的情况，支持领导的快速决策，辅助产线智能化落地，推动卷烟厂的高质量发展。能耗管理驾驶舱：对卷烟厂能耗系统进行仿真。针对变配电、照明、空调、给排水、热水机组和重点设备能耗和运行信息进行全面展示，对设备的CO2排放量进行监测，帮助烟厂全面掌握电、水、天然气、热力等能源介质的能源消耗状况，将各种能耗报表、数据曲线、分析结果等展现给企业管理者，帮助企业建立更有依据、更有效的节能体系。设备管理驾驶舱：对卷烟厂重要生产设备进行仿真。提供设备指标分析看板，实时反映设备的运行状态，将设备数据形象化、直观化、具体化，打破设备业务数据隔离，实现指标分析及决策场景落地。工艺管理驾驶舱：对卷烟厂工艺流程进行仿真。对产线上的批次质量、批次质量标准偏差、近30批的质量CPK和质量帕拉图等分析进行展示，让质量管理人员直观、快捷的了解产线、工段和工序的质量情况，及时解决质量问题。2.2车间层面引入图层概念，把不同的业务内容归类到不同的图层中，可以自由的显示和隐藏不同的业务图层，实现分门别类的呈现和操控。做到门类清晰，便于管理。本次建设的主要图层包含生产状态图层，物料流转图层、生产监控图层、虚拟巡检图层、智能排产图层。通过对车间各个产线、各个工段、重要设备、运转流程等管理要素进行全方位还原，对产品生产流程、生产进度等进行可视化监测，完成厂区工序流转的全方面监控管理。数字孪生车间：数字孪生客户端选择生产状态图层。视角拉远，能够看到整个产线车间数字孪生的全貌。功能指标：重要节点的状态提示信息统计图表：各种生产信息的汇总整理，以直观可视化的方式呈现。功能指标：产量趋势统计、质量趋势统计、生产批次统计、产出信息统计、物料统计物料流转模拟：动画示意物料在设备间的流转状态。功能指标：烟包、烟叶、烟丝流动效果；堵料警示效果；缺料警示效果生产过程监控：实时反馈各生产环节的指标数据，能及时预警异常信息。功能指标：显示各单元的批次和牌号；显示各节点的通讯状态；显示各类型的异常告警；生产数据推送：可以实时查阅各种生产运行数据、运维数据，在数据产生的具体位置显示相关信息。功能指标：批次生产工单、配方BOM、投料、产出信息；批次生产过程SOP作业状态；产线虚拟巡检：按正常人工巡检的路线自动或手动的完成产线虚拟巡视，沿路展示各个生产节点的信息，如果有异常告警则高亮显示在具体的位置上。功能指标：包括各单元的批次、牌号，各节点的在线状态，健康状态等信息；高级排产生产仿真对接：和排产仿真对接，根据不同的资源规划方案，建立多个仿真模型评估各种方案。功能指标：排产数据2.3关键设备层面在数字孪生工厂可视化平台中重点设备管理模块围绕设备监控、设备预警等能力进行专项支撑，通过数字孪生，实现设备作业状态、运行指标的实时监控，进行设备运行状态指标预警、故障监测、健康度评价、数字图纸、备件地图等功能。功能功能描述作业状态实时监控实现与实体设备的一对一虚拟映射，实现设备状态远程监控，提升设备管理效能。设备运行指标监控通过数字孪生监控系统智能观测工艺质量，实时跟踪流量、水分、热风温度等关键参数的监控。设备运行情况及时预警通过数字孪生监控系统智能观测设备，第一时间发现设备故障位置和原因，缩短设备维修时间。设备故障预测通过分析设备过去的故障记录、设备状态和运行数据，使用数据挖掘和机器学习技术，对未来可能出现的故障进行预测。设备健康度评价通过分析生产设备的性能、可靠性、可用性和维护情况等因素来确定其健康度。采用数据分析、机器学习、特征提取、模型预测等技术，提高生产设备的效率和稳定性。数字图纸将集成单机设备和产