FFT数字化双胞胎解决方案创新平台助力智能工厂

文章来源:AI 汽车制造业 发布时间:2021-07-07
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FFT面向智能工厂的数字化双胞胎解决方案创新平台是一个以设备为基础、数据为核心、业务为导向、服务为保障、技术为手段,创新、融合、互连、可视的生产管理运行平台和生产工艺流程的数字化双胞胎系统。

1.顺应时代

随着国家级制造业数字化、智能制造等方面行动纲领的颁发,传统制造企业开始拥抱数字化、网络化、智能化。



在当今激烈的市场竞争中,制造企业已经意识到他们正在面临着巨大的时间、成本、质量的压力,而在设计部门,CAD和PDM系统的应用获得了巨大的成功,但是在解决“如何制造→工艺设计”的关键环节上,大部分的国内企业还没有实现有效的计算机辅助管理机制,“数字化双胞胎”技术则是企业迎接21世纪挑战的有效手段。



FFT面向智能工厂的数字化双胞胎解决方案创新平台是一个以设备为基础、数据为核心、业务为导向、服务为保障、技术为手段,创新、融合、互连、可视的生产管理运行平台和生产工艺流程的数字化双胞胎系统∶打通目前现有各个管理系统,共享基础业务数据和设备实际运行数据,以适应汽车生产行业对于以设备为核心的运行、维护、维修的业务管理及产品生产工艺流程的规划为主要实现的功能包括以下几个方面:



· 平台硬件系统——轻量化载体

· 简化产品线上对于产品的修改过程——数字孪生系统

· 透明化的生产系统——数字镜变系统

· 更加专业的数据统计——数据分析系统

· 故障设备的提前预知——预测性维护系统



2.独树一帜

碳纤维金属复合材料框架制作的搬运设备或者定位设备的重量仅仅是传统的金属框架制作的设备重量的1/4,同时强度增加了4-5倍,从这个意义上来说,复合材料框架的应用符合未来智能工厂轻量化、节能降耗的大趋势。以下附图可以对比符合材料框架的轻量化优势:

 

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碳纤维金属复合材料框架≈500kg

传统金属框架=2300kg

图1 轻量化载体

 

平台中的数字孪生系统则是以数字化手段将真实生产系统映射到虚拟生产系统。实现PLC以及机器人程序可以自由地进行双向导入和导出。用于确保生产系统中任何产品的修改,工艺流程的优化所带来的变化时,能够确保所有的更改预先在数字孪生平台得到充分测试。确保整个工艺顺序,变更的硬件设备及产品能够以最短时间在生产系统得到切换,为客户赢得市场提供最佳服务。



数字孪生不但持续发生在物理孪生体全生命周期中,而且数字孪生体会超越物理孪生体生命周期,在数字空间持久存续。充分利用数字孪生可在智能制造中孕育出大量新技术和新模式。


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图2 数字孪生系统

 

随着制造业的转型升级,机器人自动化生产线应用越来越普遍。在使用数字孪生技术之前,我们面临有时间周期紧,错误率高,产品缺陷多,返工成本高等困境。在数字化的环境中开发和优化新产品,规范和优化生产流程,大幅缩减了工程时间、提高了生产效率、降低了返工成本、并为项目开发和后期升级维护带来了极大的便利。



基于此实现的数字镜变监控/实时信息系统,则是基于服务器的物联网架构,结合5G、云技术可实现生产系统数据全球可视化。在该系统中,通过实时采集PLC、机器人、工艺设备、传感器的实时信号、报警信号、故障信号实现工位的3D 可视化、显示工位状态可见、机器人安全区域可见、单个硬件状态可见、复杂的零件缓冲区状态可见、完整的传输系统可见、同时可以基于网页的用户界面流数据推送,实现全工厂数据3D 可视化,给予生产系统更高的透明度。



此系统的核心价值在于,可以实时地监控3D数字工位,远程流媒体可视化,工位信息和相关数据远程可视化,并且能24 小时不间断录制线体运行状态。并且,我们也能利用该系统进行高速,多样的数据连接处理,同时能保证数据的实时性和有效性。包括虚拟平台上的技能培训也因此成为了现实。

 

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图3 数字镜变系统

 

除此之外,平台集成的数据分析和预测性维护系统能够帮助我们进行:



· 数据预处理、云计算

· 数据统计分析、深度学习

· 生产分许,含节拍、人机工程等



云计算助力数据分析,使得企业不需要关注数据的存储和计算等资源,可以把更多的精力投放到数据分析和业务的优化上,以获得更多有价值的信息、提高企业的竞争力。



而预测性维护可以有效地预测设备的故障概率和使用寿命,通过整合系统的相关数据,以此优化生产过程中的方方面面,还可以洞悉哪些组件最常发生故障,从而帮您从被动式维修提升为主动式维修。


3.降本增效

项目经验告诉我们,虚拟调试常常可以带来接近一半的调试时间节省,而且在虚拟调试的过程中,通常会发现实际的硬件选型错误,如此问题在现场发现,那么势必会因为重新购买,采购周期的因素影响项目的节点。如缺少关键部分,势必会给项目带来不可预估的损失。



同时虚拟调试作为一道从设计到安装调试阶段交付的质量门,也能有效帮助我们:



1)在设计人员完成后,能够及时发现设计和仿真以及硬件设计中所存在的问题和错误。通过人为第二次重复检查,降低各环节中出现差错的概率;



2)减少现场调试工作的压力,保证了各部门工作的质量。把实际工作在虚拟的环境中提前完成,为项目的进行争取宝贵的时间。



更进一步,由于虚拟调试所需现场安装调试人员的减少也能够为项目节省大量的差旅和人员费用,有效的降低因现场调试人员所造成的设备损坏风险,以及解决在调试过程中才能发现的设计问题而导致的返工,降低了错误成本。



FFT的数字化双胞胎解决方案创新平台立足先进柔性制造系统的智能化建设,以虚拟现实理论为基础,参考国内外相关领域方法和实践,融合大数据分析、数字化双胞胎、云计算等技术并实现了自主创新。并且首创了数字化双胞胎技术体系,通过数据的不断迭代,模型的不断优化,构建“虚拟-现实”一比一的还原,开展系统的集成、验证和故障预测等,实现系统的健康管理,进而优化了生产效率,降低了故障率,提高了生产力,在技术的建设和应用上迈出了坚实的一大步。


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