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数字工厂虚实互联系统解决方案

日期: 2017-01-04
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1 背景与需求

在当今激烈的市场竞争中,制造业已经意识到正面临着巨大的时间、成本质量等压力。在设计部门,CAD&PDM系统的应用获得了成功,同样在生产部门,ERP等相关信息系统也获得了巨大的成功,但在解决“如何制造-工艺设计-工厂布局”这一关键环节上,大部分国内企业还没有实现有效的计算机辅助管理机制,数字工厂技术则是企业迎接新挑战的有效手段。

数字工厂技术与系统作为新型的制造系统,为制造商及其供应商提供了一个制造工艺信息平台,使企业能够对整个制造过程进行流程仿真、工厂布局和评估、工具和夹具设计、工厂的能效仿真到BIM(建筑信息模型),数字工厂解决方案可为完整的工作流程提供支持,并将制造信息及时地与相关部门、供应商共享,从而实现虚拟制造和并行工程,保障生产的顺利进行。

数字工厂的规划系统可以通过详细的规划设计和验证预见所有的制造任务,在提高质量的同时减少设计时间,从而加速产品开发周期,并且还可以消除浪费,减少了完成某项任务所需的资源数量等。


数字工厂虚实互联系统解决方案

 


2 建设目标

基于“虚实互联”的理念,和物理工厂建设同步完成虚拟数字化工厂的建立,通过虚拟工厂提前仿真、模拟、展示物理工厂运作,同时通过虚实结合,实现虚拟工厂对物理工厂的实时展示和监控。

实现对车间、生产线、设备等的展示和漫游, 实现对制造过程中关键设备、物流等的动态模拟展示。

集成PDM系统、MES系统、 WMS系统、CCTV系统等,获取实时生产和物流数据,驱动模型进行真实实时动态展示。


3 建设内容与方案

3.1工厂的布局展示和漫游

建立厂房、设备、 基础设施等的完整三维模型,在三维场景中实现对整个厂房内部分区、生产线、设备的漫游浏览。可以通过以下方式进行:1、演示模式:按照预定的演示路线和内容在场景内漫游;2、自由模式:通过用户控制,在三维场景内自由移动和浏览;3、选择模式:在浏览过程中可以选择特定的设备或场景热点,通过企业数字化系统获取该设备或场景的实时数据并展示。其中,第3种浏览方式可获取实时信息模式是“虚实互联”数字工厂的核心。

3.2智能设备的网络连接展示

车间内部署大量智能化生产设备、物流设备,它们通过物理网络与SCADA/MES/WMS等软件系统连接,实现生产现场的各种信息数据的获取和指令的接受,完成高度智能化和自动化的生产过程。各种智能设备的连接,可以获取其连接拓扑,在三维场景中以三维悬浮的形式展示,同时弱化其余图层的透明度,以此展示智能工厂的信息流动。示意图如下(将拓扑图映射到三维场景中,同时展现 WMS、 MES系统等的数据流动)。


数字工厂虚实互联系统解决方案

 

3.3生产物流智能组织的模拟展示

外协件投料过程:在三维可视环境中动态模拟展示来料入库事件,通过RFID采集到物料通过传感器的状态,当有物料通过传感器设置点时,可根据需求在三维场景的相应位置显示物料通过信息。在三维场景中动态模拟展示外协件从库存暂放区到生产线边的过程,包括:1、库投和集配不同的指令方式配货过程;2、根据实际生产线边供货模式, AGV小车将物料运输到生产线边的过程。

自制件投料过程:在三维场景中动态模拟展示自制件内发(单件管理)和内投(批量管理)指令下通过AGV运送到生产线的过程,以及运送链的运行状态。另外,可以动态展示不同生产节拍下的物料运行状态。另外, 在三维场景中动态模拟展示生产线上在制品的运行状态。

3.4智能设备实时状态显示

生产现场的智能生产设备和检测设备由MES系统管理,通过系统集成和信息获取,将设备的当前运行状态在三维场景中对应的设备上进行展示。可根据具体需求确定展示的信息项目。示意图如下。


数字工厂虚实互联系统解决方案


3.5车间CCTV实时监控

通过企业监控系统与车间可视化系统的集成,在三维场景中标记已集成的监控点,通过点选在场景中打开现场的实时监控视频。效果示意如下图。


数字工厂虚实互联系统解决方案 


3.6 AGV小车的动态展示

根据上线、下线采集到的生产进展和生产线链的移动实况,计算配送车辆AGV小车到达基准工位的预计时间,这种计算是动态的。并在三维可视化环境中予以展示。根据AGV小车到达工位的时间(用料时间),加上适当的提前期,计算出需要的备料、投料等相关时间。并在三维可视化环境中予以展示。


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3.7线边物料状态及预警展示

根据MES系统中提供的线边物料状态,以不同颜色进行信息展示和预警:正常状态/质量缺件/供货不及时。示意图如下。


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3.8库存暂放区和成品立体库的实时信息展示

库存暂放区通过WMS系统管理。通过系统集成与实时信息的获取,将用户指定的关键数据在三维场景中显示。成品立体库实现了全自动无人管理,通过WMS系统管理。通过系统集成与实时信息的获取,将库存比例等关键数据在三维场景中显示。

3.9关键绩效指标数据展示

通过获取WMS和MES系统中的数据,根据用户需求,将车间级别/生产线级别/设备级别的关键绩效指标数据进行展示,包括:库存周转率,生产周期,当天完成率,设备开动率等。企业运营者可以直观获取当前车间、生产线或设备的运行状态,为调整和优化生产决策提供支撑。相关绩效数据由通过企业信息化系统( WMS,MES)接口获取。

 3.10系统基础平台

系统底层主要由T5平台和工厂设计套件组成,完成数据总线的集成、数据汇集整理和可视化业务驱动。T5平台是一个全过程、全透明、全专业、数据可追溯的数字化制造平台,主要分为定制工具集,业务组件,T5引擎,数据层等组成部分。定制工具集可根据企业的业务需求对平台进行建模和定制,实现符合企业实际需求的业务流程和数据定制;业务组件主要面向最终用户,包括公用的基础业务组件和根据企业具体需求进行开发的应用插件两类;T5引擎根据创建的模型驱动业务流程并实现数据管理;底层数据层则是实现企业数据和文件在数据库中存储管理的基础。该项目中 T5 平台作为数据总线集成、数据收集和处理的平台。


数字工厂虚实互联系统解决方案

 

欧特克工厂设计套件是一款可互操作的二维与三维工厂布局及优化解决方案。利用逼真的高质量三维渲染和可视化,更出色地完成工厂设计并提高沟通效率。可以在布局中添加任意 CAD 格式的供应商模型,对模型进行收缩包围并去除不必要的细节,并利用交互式三维虚拟漫游和飞行动画来探索数字化工厂模型,从而减小安装风险。该项目中用于驱动厂区、车间、设备、物流的可视化业务。


数字工厂虚实互联系统解决方案

 

4 技术团队保障

天河智造项目开发和实施团队,具备丰富的制造企业数字化系统和三维展示、交互系统的开发、集成和实施经验,保障项目顺利有序开展:项目组具有设备、传感器、及一些智能硬件实时数据可视化项目制作经验。项目组具有丰富的集成开发项目经验,能在此类项目中接入其它系统的实时数据(包括MES、WMS 系统、RFID、模块商系统视频监控画面等)。项目组具有处理各种工业设计软件(如 CATIA、UG、Pro/E、SolidWorks 等)模型数据的项目经验。下图为团队已完成的类似项目系统界面。


数字工厂虚实互联系统解决方案

 

 

数字工厂虚实互联系统解决方案

 

5 预期实施效果

厂区总布局展示中展示了企业总体概况及园区总体规划的合理性。

车间及生产线展示和漫游以动态形式详细展示了生产制造过程成的关键流程和设备、物流的运行情况,展示出工厂的高度智能化和自动化。

以企业信息化系统的实时数据驱动智能设备和智慧物流部分的展示,为管理者浏览生产现场真实运行状况,调节和处理异常情况,优化生产过程等提供了平台。

通过预留开发和应用接口, 该系统在“可视化”的基础上将进一步向“虚实结合、智能互联”的方向建设,成为数字化工厂闭环中的重要环节。


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