智能制造数字双胞胎车间技术要求

智能制造数字双胞胎车间技术要求

1范围

本标准规定了智能制造数字双胞胎的术语和定义、数字双胞胎综述、数字双胞胎车间主要系统构成及要求、车间关键技术、车间的运行机制与实现方法、数字双胞胎在产品全生命周期的应用要求、车间信息交互要求、数字模型要求、数字交互要求、制造运行管理要求等方面的规则。

本标准适用于制造业和过程工业等智能制造领域。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T26099.1—2010机械产品三维建模通用规则第1部分：通用要求

GB/T26099.2—2010机械产品三维建模通用规则第2部分：零件建模

GB/T26099.3—2010机械产品三维建模通用规则第3部分：装配建模

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

智能制造intelligent manufacturing

智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备智能化，是信息技术、智能技术与装备制造技术的深度融合与集成。

3.2

虚拟仿真virtual reality

虚拟仿真就是用一个系统模仿另一个真实系统的技术，实际上是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统。

3.3

数字双胞胎digital twins

数字双胞胎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。

4数字双胞胎综述

4.1结构模型

数字双胞胎的五维结构模型见图1。

图1数字双胞胎五维结构模型与应用准则

4.2应用准则

数字双胞胎的应用准则为：

a)信息物理融合是基石；

b)多维虚拟模型是引擎；

c)双胞胎数据是驱动；

d)动态实时交互连接是动脉；

e)服务应用是目的；

f)全要素物理实体是载体。

4.3包含内容

数字双胞胎应包含软件/硬件、机械装置、电子、自动化和人机界面、安全性和安保、维护、图形信息、标识/身份、状态信息、发布信息、接口等信息内容，见图2。

图2数字双胞胎包含内容

4.4数字双胞胎车间的目的

数字车间是智能制造活动的执行基础，实现车间物理世界和信息世界的交互与共融是发展先进制造模式，实现智能制造的迫切需求。

数字双胞胎车间基于新一代信息技术和制造技术，通过物理车间与虚拟车间的双向真实映射与实时交互，实现车间全要素、全流程、全业务数据的集成和融合，在车间双胞胎数据的驱动下，实现车间生产要素管理、生产活动计划、生产过程控制等在物理车间、虚拟车间、车间服务系统间的迭代运行，从而在满足特定目标和约束前提下，达到车间生产和管控最优。

5数字双胞胎车间主要系统构成及要求

5.1系统构成框架

面向数字双胞胎车间的系统构成框架见图3。

图3系统构成框架

5.2物理车间

5.2.1物理车间是车间客观存在的实体集合，主要负责接收生产任务，并严格按照虚拟车间仿真优化后的生产指令组织生产活动。

5.2.2车间资源构成了真实的物理车间。物理车间的资源层应包括：

a)人员：车间操作人员；

b)机器：智能机器人、智能传送带、智能码垛机等；

c)物品：物料、产品、电脑等；

d)环境：车间的温湿度、粉尘度等；

5.2.3应通过感知设备感知车间数据及状态和事件的发生。物理车间的感知层应包括：

a)RFID设备、温湿度传感器、压力传感器、光电传感器等多种传感器；

b)工业摄像头及PLC采集设备等。

5.2.4应通过网络设备将感知的数据进行有效传输和互相交换。物理车间的网络层应包括车间网络相关设备，如以太网、路由器等。

5.2.5物理车间最重要的是，应实现车间信息的互联互通和数据共享，通过互联网、局域网、无线等传输方式，将感知设备感知到的人员、物品、机器、环境等各要素连接起来。

5.2.6物理车间的复杂性带来了车间数据的多源异构性，应对物理车间各要素信息进行统一标准化，以实现数据的统一采集与访问，以免造成车间数据共享障碍。

5.3虚拟车间

5.3.1虚拟车间是物理车间的忠实数字化镜像，它对生产计划、活动、指令等进行仿真、评估及优化，并对生产过程进行实时监测、调控与预测。

5.3.2虚拟车间本质上是模型的集合，它不断积累物理车间的实时数据与知识，在对物理车间高度保真的前提下，对其运行过程进行连续的优化。

5.3.3在生产前，应通过虚拟模型对生产任务进行仿真分析，模拟生产过程，生成初始车间调度指令。

5.3.4在生产中，应通过车间生产数据达到与物理车间的生产同步，使用逼真的三维可视化效果展示出来并与用户进行交互。

5.3.5应基于数据驱动来进行实时仿真分析，得到动态调度策略或者优化方案，并将调度策略下发给物理车间形成闭环，实现与物理车间的交互融合。

5.4车间服务系统

5.4.1车间服务系统应包括SCM、CRM、PLM、ERP、PDM、MES、PHM等各类服务系统。

5.4.2在车间双胞胎数据的驱动下，为车间的智能化管控提供支持。车间服务的业务服务层应实现订单分析、生产计划服务、生产数据统计、控制指令下发、产品质量控制、效能评估、故障预测与车间调度等功能。

5.5车间双胞胎数据

5.5.1车间双胞胎数据是物理车间数据、虚拟车间数据、车间服务系统数据以及三者在综合、统计、关联、聚类、演化、回归及泛化等操作下衍生的融合数据，它为数字双胞胎车间双胞胎数据的共享、集成与融合提供平台。

5.5.2数字双胞胎数据应包括三维模型库、物料库、订单库、故障库、动态行为库、调度策略库等。

6车间关键技术

6.1物理车间“人-机-物-环境”互联与共融技术

应包括：