数字孪生数字化基础建设的新基石

数字孪生 数字化基础建设的新基石 深圳华龙讯达信息技术股份有限公司龙小昂 一、数字孪生背景 二、数字孪生技术平台三、数字孪生智能装备四、数字孪生生产车间五、数字孪生应用案例 一、数字孪生背景 数字孪生国内外学术研究现状分析 数字孪生背景 Prof.MichaeW.Grieves美国国家航空航天局美国空军研究室 数字孪生(DigitalTwin)，2003年概念首次出现，2011年左右逐渐进入人们视野 数字孪生背景 1西门子 2PTC 3达索 4ESI 5木星数字孪生平台 PTC 数字孪生背景 1西门子 2PTC 3达索 4ESI 5木星数字孪生平台 达索 数字孪生背景 1西门子 2PTC 3达索 3ESI 4华龙讯达 ESI 数字孪生背景 西门子MindSphere工业互联网平台 1、西门子MindSphere2、特斯拉Gigafactoy3、达索波音数字孪生 4、木星数字孪生平台 数字孪生背景 特斯拉Gigafactoy数字化车间生产线 1、西门子MindSphere2、特斯拉Gigafactoy3、达索波音数字孪生 4、木星数字孪生平台 数字孪生背景 达索数字化车间生产线 1、西门子MindSphere2、特斯拉Gigafactoy3、达索波音数字孪生 4、木星数字孪生平台 数字孪生背景 木星数字孪生车间生产线 1、西门子MindSphere2、特斯拉Gigafactoy3、达索波音数字孪生 4、木星数字孪生平台 二、数字孪生技术平台 数字孪生技术基座—工业互联网平台 企业智能工厂发展遇到的问题 行业供给侧结构性改革全产业链一体化建设经济运行质量和效率 企业智能工厂发展遇到的问题 智能工厂管理平台本质是工业能力与I能力的集成、融合和创新 智能工厂本质 上是工业能力 智能工厂的本质 IT 智能工厂的发展 制造业企业全面数字化、网络化、智能化 与IT能力的集成、融合和创新，制造能力 的平台化是数 能力 集成 能力 OT融合 基础尤其是底层设备设施的数字化，通过构建标识解析体系为工业全要素互联互通提供基础支撑 制造能力的平台化 关键 字工厂管理平台发展的关键。 通过将数据化的制造资源在平台上进行模块化部署，进而实现制造能力的在线交易 人与机器智能的融合创新 核心通过大数据、人工智能等技术加速工业知识的沉淀、复用和迭代创新，提升各创新主体掌握和运用工业知识的能力，大幅降低创新门槛和创新成本 数字工厂管理平台的提出及其战略意义 IT资源广泛互联促进了IT能力软件化、模块化、平台化，IT能力的平台化为制造资源和制造能力按需在线动态配置奠定了基础。 I能力 软件化 模块化 平台化 制造资源 数字化 网络化 硬件软件化 数。字孪生平台应用 解耦 软件 制造能力 模块化 平台化 为制造资源和制造能力的按需 平台在线动态配置奠定基础 I资源广泛互联数字工厂管理平台 数字工厂建设的基础 数字化正在推动工业基础设施、生产方式、创新模式持续变革，关乎数字经济时代我国制造业发展的主动 权和话语权。 智 推动传统生产、经营、管理、服务等活动和 能过程的数字化 推动生产、经营、管理、服务等活动和过程的集成、互联与社会化协同 全面推动组织内、组织间的生产、经营、管理、服务等活动和过程的智能 化和系统性变革 厂 工数字化网络化智能化的 三 个 段 阶：数字化向网络化转型过渡 工业互联网 数字孪生核心关键 数字工厂管理平台的作用机理 数字工厂管理平台的发展首先要实现企业的全面数字化，尤其是底层设备设施的数字化，进而实现企业数据的上下层贯通，OT和IT的融合和创新应用。 数字孪生平台 数字工厂管理平台的发 基础OT与IT融合是基础 研发 OT 设计 展首先要实现企业的全面数字化，尤其是底层设备设施的数字化，进而实现企业数据的上下层贯通，OT和IT的融合和创新应用 生产市场经营 制造营销管理 运营技术 IT 信息技术 底层设备设施数字化 痛点企业全面数字化 基于数字孪生的数字化设计 数字孪生是综合运用感知、计算、建模等信息技术，通过软件定义，对物理空间进行描述、诊断、预测、决策，进而实现物理空间与赛博空间的交互映射。 应用层 人机交互模拟 沉浸式工艺设计 工业设计优化 需求设计验证 模型层 客户深度体验 虚拟制造 客户深度体验 设计协同辅助 生产工程预测 多维动态的数字环境 精确执行的数字模型 同步交付的数 第一性原理物物理几何模型数据 优化迭代 数模验证模型产品数字模型客户 试验仿真模型生产加工模型生产部门 字产品动态数据反馈 数据层 几何数据工艺数据 原理数据材料数据 现场设备数据现场环境数据 历史设计数据历史测试数据 基于数字孪生的智能工厂 数字孪生是综合运用感知、计算、建模等信息技术，通过软件定义，对物理空间进行描述、诊断、预测、决策，进而实现物理空间与赛博空间的交互映射。 应用层 智能计划排产产品质量追踪 物料配给管理协同工艺规划 生产参数优化人员安排管控 库存动态管控生产环境管控 设备维护管理安全可靠保障 故障预测维修能效优化分析 产品设计生产规划生产制造经营管理产品服务 离散行业 设计制造生产管理 设备健康产品增值 制造能力 模型层 协同模型 优化模型 管理模型 服务模型 交易模型 流程行业 生产过程状质量控制模型节能减排模型工艺优化模型故障诊断模型 数据层 多协议兼容+边缘数据采集 员工数据机器数据物料数据规则数据环境数据 数字孪生技术 产品设计数据、实时数据采集、管理数据 01 的融合， 数据帮助工厂构建数据应用平台、制定数据规 范和标准。 . 02 机器端至云端的数据连接，基于规则引擎和产品打通， 连接实现海量设备数据的存储、计算及分 析 03 . 工业互联网平台 计算边缘计算与云计算的无边界服务 04 管理实现机器端与管理端的深度融合 数字孪生技术 工 CPS数字孪生 以市场推动研发以需求推动生产 工商协同  市场感知专卖管理产品追溯智慧营销智慧物流  验真溯源数字店铺客户信任多元收益  找店找烟投诉建议烟民社交  一体化产业链数字孪生 供给侧结构性改革 三品战略 工业企业 商业企业 零售户 消费者 烟草行业 产品数字化—数字化管理架构 制丝生产·卷接生产·包装生产· 成型嘴棒生产· 卷烟制造 ·含梗率、含叶率、含水率、叶丝宽、温度、湿度、质量检测等数据 ·烟丝消耗、嘴棒消耗、水松纸消耗、成品率、废品率、质量检测等数据 ·小包纸消耗、条包纸消耗、条透纸消耗、成品率、废品率、质量检测等数据 ·纤维丝束消耗、吸阻、粘合剂消耗、成品率、废品率、质量检测等数据 物理实体 能源设备·辅助设备· 制丝设备·卷包设备·成型设备· 制造设备 ·设备温度 ·水电气消耗 ·设备状态 ·运行时长 ·停机时长 ·故障报警等数据等工艺数据 数据虚体 配方参数·物料参数·产品参数· 制丝工艺·卷包工艺·成型工艺· 卷烟工艺 卷烟设计 ·烟叶配混、变形加工、加潮干燥、加料加香等工艺数据 ·烟丝配送、烟条成型、烟条分切、刈接、烟刉包装刊小包、条包刋、装刌等工艺数据 ·丝束刍包、丝束刎刏、刐刑刍松、成型纸划刓、卷制、刔刕刖粘合列干、切刘、装则 ·烟丝、刚香料配创等数据 ·包装纸、透刜纸、初刞、嘴棒刟删刡品刢刣判別数据等数据 ·烟刉、小包、条则刟刦宽刧数据、刨利含量等数据 产业数字化—数字化管理架构 消费者应用 扫码溯源验真/支付消费者大数据画像消费者大数据分析 零售户应用 到货确认进销存管理 订单下载商品管理 扫码销售盘存 产商业仓储 营销系统（订单/零售户）分拣系统（送货单） 业商业数字孪生应用 链数 字工业生产数字孪生 孪应用 生 卷烟配送 整理挑选 复复烤加工 烤投入产出 成品交接 品牌管理 生产前模拟仿真 卷 烟生产中实时仿真生 产 生产后回溯仿真 数据中心 设备运行生命周期仿真产品制造生命周期仿真工商物流 工商购销协议 种植合同 基地单元农户及烟田 原料种植、加工数 （电子沙盘）管理 字孪生应用 烟叶收购 原烟收储 原烟调拨原烟工商交接 种子管理 育苗管理 烟叶种植生产管理 初烤管理 数字孪生技术--驱动引擎 业务驱动平台驱动 将制造智能化管理需求和产品制造业务指标、业务对象、业务体系所涉及到的知识、模型、经验进行服务化、复用化。 以统一平台、统一服务、统一数据、统一标准的思维设计整体平台架构，通过多级抽象，提升平台整体稳定性、健壮性、安全性、高效性和扩展性。 标准驱动技术驱动 通过标准推动信息资源全域共享、业务活动协同有序，通过标准规范应用建设，统一安全技术措施，通过标准统一技术要求、业务要求、管理要求，促进系统建设有序、高效开展和运营。 严格按照卷烟制造数字化、智能化技术要求和性能要求，采用云计算、大数据平台、物联网、移动应用、微服务、安全运维等主流技术，来支撑工业应用的开发、运行维护以及生态构建。 技术架构与建设路径 全产业链其它工业领域 平台运维平台安全 应种植、加工数字孪生应用 工业生产数字孪生应 业务运行 项目计划管 物理安全 全工具 理 用用设计生产管理服务 服 链业备 务…消费者应用零售户应用 商业数字孪生应用 应用创新 构建APP生态池 软件交付流程 交付协同 网络安全 主机安全 条微跨 业服行 务务业 建模服务数据孪生服务 数据抽 虚拟仿 支构复 管 公共基础模型设备模型 理产品BOM模型多尺度控制模型 数字孪生模型 物理空间和虚拟空间多维模型关联关系与映射 数据抽取虚拟建模 构建&发布 数据安全 撑建制 服事件驱动模型 人员活动模型 物理空间实体模型虚拟空间多维模型数据转换 特征模拟 ꢀ海能 数量力 务工作流引擎 数据加工 模型驱动 配置管理 应用安全 rFabric 区块链 Hyperledge FISCO BCOS ChainSQL TrustSQL 数字孪生模型 数字孪生模型 数据装载 3D渲染 物理空间和虚物理空间和虚 构建自动化 据 安全监控追 微服务平台移动开发平台关系型数据库服务 容器服务溯 基大数据服务 础 制负载均衡 造 工业物联网套件视频监控服务 NoSQL数据库服务API网关 运维管理 消息队列服务 部署自动化 集成测试 安全策略和监 安全配置管 控 云 计算存储网络资产管理 AI人工智控制层 业务连续性制 边缘数采层能 设备智能控制系统 （工业雾计算）边缘计算 数据路由 边缘设备 现场分布式I/O 智能传感器 PLCIPCMicrollPC-BC80 技术架构与建设路径 雾计算机理模型数字孪生区块链赋能工具 数字孪生技术—工业互联网平台能力 客户端 SaaS 云计 算Pa aS 汇聚层 边集制丝集控 缘控 计 系 算统卷包集控 能源集控 WMS集控… 应MES 用系 统OA ERP MDM… 设 机器控制层 备宝设备智能控制系统 现场分布式I/O 智能传感器 PLCIPCMicrollPC-BC80 数字孪生技术—工业互联网平台 123 探索行业智能制造新模式打造行业工业互联网平台研制行业智能制造系列标准 通过数采、建模、仿真构建数字 基础制造云：总则标准 提供基础的计算、存储等资源，做到资源的按 工厂，实现虚拟制造： 1、生产前虚拟仿真 2、生产中实时仿真 3、生产后回溯仿真 4、产品制造全过程仿真 5、设备运行状态监测仿真 需弹性分配和安全隔离，并提供与基础服务，为工业互联网平台提供运行环境。 工业互联网平台： 在基础制造云平台上，汇集数采、建模、仿真、标准、知识库等功能，提供构建智能工厂通用规范、规则、方法，形成行业开放共享的工业互联网平台。 数采标准 接口标准建模标准仿真标准安全标准 数字孪生技术—工业互联网平台 基于腾讯云的工业互联网平台是面向卷烟生产数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，支撑卷烟制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的众创平台。平台核心组件包括数据采集服务、数据