数字孪生工厂与信息集成

原文引自：智造苑，智造讲堂：数字孪生工厂与信息集成

《制造系统中的信息集成技术》（主编：张智海、杨建新，副主编：朱峰、李璠、黄毅、孙林、马俊杰）

虚拟工厂是将实体工厂映射过来，具备仿真、管理和控制实体工厂关键要素功能的模型化平台。数字孪生技术将虚拟工厂的概念不断深入，利用物联网技术和监控技术加强信息管理服务，通过合理计划排程，提高生产过程可控性、减少生产环节的人工干预，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的智能化工厂。

数字孪生工厂整体解决方案主要围绕制造业务链展开，包括研发设计环节的三维仿真验证、虚拟调试与装配，产线装备的故障监测分析、预测性维护、健康性诊断等，生产过程环节的调度优化、质量分析、在线统计、生产控制，以及车间与工厂的供应链优化、人员管理、能耗监测等，通过数字孪生与数据智能，整体实现自动化装备、数字化车间、智能化工厂。

「 1. 工厂级数字孪生平台理念与架构 」

为构建具有“全面感知，设备互联，数字集成，智能预测”等特征的智能工厂运行体系,以实际市面上工厂级数字孪生平台为例，介绍平台架构与设计理念。针对传统工厂/车间管控系统缺乏智能决策等问题,实现基于数字孪生的智能工厂总体架构和虚实集成的信息系统实时监测集成模型。创建基于数字孪生的工厂管控系统在物理工厂的实时监测、高度自动化等功能,实现数字孪生系统与物理工厂两方面虚实集成,结合虚拟仿真系统和工业物联网等技术在数字孪生系统中的应用，逐步实现数字孪生系统的信息集成框架，集成接口等解决方案。最后通过个性化定制的模型车总装车间数字孪生应用案例，实现基于数字孪生的虚拟生产系统具有可视化、实时性、可操作性及可协作性等功能。

为积极推进数字孪生技术研究、标准制定、应用创新、建设推广等相关工作，工业4.0研究院牵头发起数字孪生体联盟，加快数字孪生技术在制造业领域的快速发展。其中以孪数科技自主研发的Twinverse数字孪生技术平台为例（架构如图1所示），对数字孪生平台的原生架构进行介绍。

图1 数字孪生平台架构

Twinverse是数字孪生PaaS平台，架构分成了3层，其中设备信息的接入、视频流的接入、多源系统的接入、系统数据的采集与传输等，构成了平台的边缘采集层，为平台提供数据整合治理服务；多源异构数据处理、二三维数据库搭建、空间内容服务、三维可视化渲染等技术为平台层提供数据交换机制以及孪生体服务，其中平台层分两层，上层是各数字孪生相关的技术，下层以K8s资源纳管/编排为核心的云原生技术组件；而应用层包含了当前主流的人机交互技术，包括电脑、平板、VR/AR、手机小程序等，让用户不需要去到工厂现场，也能通过人机交互设备一览整个工厂的运行状态以及工厂工艺和设备的细节。