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當前位置:首頁 數字化制造 正文
數字孿生打造“透明工廠”
轉載 :  zaoche168.com   2023年04月04日

環顧全球,數字孿生智慧工廠正成為諸多汽車廠商熱捧的“香餑餑”。

當前,寶馬、通用汽車、奔馳等跨國車企都在與英偉達合作,利用其Omniverse平臺打造數字孿生工廠。近日,寶馬宣布,會將英偉達元宇宙數字孿生方案陸續拓展至全球范圍的工廠中,并計劃在2025年正式運營數字版本的工廠;而雷諾正在利用西門子和達索公司的技術創建實體工廠的數字孿生版本,以便為新的生產線建模,包括為機器人編程和在虛擬世界中進行安全檢查。


車企熱捧數字孿生    

在工業化領域,數字孿生指的是通過將工廠設備、生產流程等物理實體建模成數字形式,并進行仿真優化來提高生產效率和降低成本。“數字孿生是物理世界與數字空間的交互體系?!惫I4.0研究院院長、數字孿生體聯盟理事長胡權在接受記者采訪時表示,數字孿生在汽車行業的應用非常廣泛,涉及汽車及零部件研發、制造和個性化服務等多個環節,在汽車企業研發及制造環節的應用方興未艾。

數字孿生工廠,即通過數字技術、3D建模技術等,將實體工廠的產品生產流程、運行狀態、生產進度等實時映射在虛擬世界中,方便管理和監測。近年來,數字孿生技術在汽車行業得到廣泛應用,尤其在汽車生產的智能制造領域,成為特斯拉、大眾、通用汽車、現代、領克等多家國內外車企布局的重點。

去年6月開業的華晨寶馬生產基地大規模升級項目(里達工廠),是寶馬集團第一座全面采用虛擬仿真數字孿生技術的工廠,從設計之初就完全在虛擬空間進行規劃和模擬,包括廠區布局、建筑設計、生產線規劃以及設備測試,都實現了數字孿生虛擬化,堪稱全球汽車制造業的元宇宙工廠。虛擬世界和現實世界的融合,不僅縮短了規劃時間,還實現了遠程維護和實時協作。

10年前甚至5年前,‘數字孿生’還是一個相對陌生、拗口的詞匯,但伴隨著數字孿生工廠迅速升溫,它逐漸成為一個‘潮詞’?!北狈酱髷祿c人工智能研究院研究員曾文翔在接受記者采訪時談道,全球車企之所以熱捧數字孿生技術,是因為數字化可以極大地提升工廠的生產效率和管理水平,達到事半功倍之效。


助力打造可視化工廠    

沖壓、焊接、噴涂、總裝……現代化汽車工廠的自動化、智能化程度越來越高,各類系統的部署、軟硬件的綜合應用,使得工廠管理的重要性更加凸顯,而無論是人工巡視還是通過攝像頭監控,都存在效率不高、統籌費勁的問題。

“數字孿生及工業互聯網平臺,是破解這一難題的利器?!比A南理工智能感知與控制工程研究中心研究員張睿林向記者介紹,數字孿生技術可將儲存的數字模型與工廠內部的攝像頭、傳感器等實時數據,以及運營管理數據相結合,讓管理人員能從計算機大屏上實時掌握生產現場的生產進度,計劃、目標落實情況,以及生產的人員、設備、物料、質量等相關信息,使得整個生產現場完全透明化,不僅可以讓工廠隨時補充相關物料,而且可以全面優化生產工藝流程??梢哉f,隨著工業生產的自動化和數字化程度不斷提高,數字孿生應用于智慧工廠是大勢所趨。

目前,奔馳已為德國拉斯塔特工廠創建了虛擬的數字孿生版本,該工廠計劃從2024年開始在奔馳MMA平臺上生產純電動車型。通過使用數字孿生技術,奔馳可以在不影響現有生產的情況下對MMA平臺進行全面測試,以提升效率;寶馬也為其德國雷根斯堡工廠構建了數字孿生工廠iFactory,寶馬生產系統負責人米歇爾·梅爾奇奧雷對此表示:“數字孿生工廠減少了規劃工作和成本,能確保生產流程更高效、更穩定?!?/FONT>

3D可視化”、“透明工廠”是數字孿生工廠的直觀特征?!耙黄陆ǖ男履茉雌嚬S占地面積78萬平方米,相當于105個足球場。應用1:1的數字孿生工廠實現了高效管理,節省了大量的人力、物力、財力?!卑⒗镌破囆袠I架構師黃錚介紹,一輛汽車由上千類、數萬個零部件組成,該新能源汽車工廠生產過程有200多種生產工藝,每個車間的設備完全不同。與其他行業相比,汽車制造更加考驗企業的管理能力。在數字孿生工廠中,從整個廠區、車間到每臺設備、每個操作的動作,都可以實時映射在數字孿生系統上,體現了數字孿生對復雜生產系統的掌控力。


降本增效的“神器”    

目前,在汽車產業加速變革的大背景下,數字孿生正以前所未有的速度走進汽車及零部件制造領域。“幾乎所有汽車及零部件企業都在逐步應用數字孿生技術,以提升研發效率、產品制造水平?!北本┮斫j數字技術有限公司技術總監劉繼業在接受記者采訪時表示,數字孿生擁有開放架構,在汽車零部件設計制造中,很容易導入相關技術并實現融合,因為每個環節都可與數字孿生進行整體數據交互,助其更好地實現智能化,從而在產品全鏈條甚至產業全鏈條上實現優化。從這個意義上說,數字孿生具有很強的實用價值。

而車企更為看重的是數字孿生技術帶來的降本增效成果。雷諾相關人士介紹,通過數據收集和標準化工作,數字孿生工廠能在平板電腦上將車間實時數據可視化,并連接制造設備的可編程邏輯控制器、制造機器人和其他設備中的實時數據,實現工廠的可視、可控。目前,整個雷諾集團有1萬多臺機器人,每天接受的數據就有10億組。雷諾預計,通過數字孿生搭建工業元宇宙,到2025年可節約3.2億歐元(目前1歐元約合人民幣7.33元)成本,車輛交付時間縮短60%,設備維修費用節省60%。

“利用數字孿生技術,汽車制造商可以高效將一個內燃機工廠改造成電動汽車工廠,并在虛擬工廠中試裝新設備、培訓工人適應新工藝,并實時對工藝做出修改,以提高生產效率、節約成本?!痹南枵f。

幾乎所有跨國車企都在建設數字孿生工廠,國內車企也都在追趕這一潮流。“我們計劃打造一個無處不在的數字技術賦能平臺,在未來數年內將其發展成全行業數字化服務的世界級工業互聯網平臺,而數字孿生正是其中的基礎?!奔嚰瘓F高級副總裁、廣域銘島數字科技有限公司董事長劉向陽對記者說,汽車行業正從傳統賽道進入到數字化“高速公路”,利用工業互聯網和數字孿生技術,助力C2M(用戶直連制造)柔性定制,為汽車制造的個性化、定制化提供了基礎支撐。


碳中和的“好幫手”    

“雙碳”目標已經成為經濟社會發展的大勢所趨,而汽車產業是達成這一目標的重要一極。

“提升汽車產業制造過程的效率,就意味著節能降碳?!痹南枵劦?,數字孿生工廠打通了從研發、制造到產品、運營和資產管理的各個環節,實現汽車制造的全生命周期管理,讓數據實現了“可視、可管、可控、可用”,促進了整個產業鏈的協同管理和全程優化,從而在較大幅度節約時間、提質增效的同時,也實現了節能降碳。有研報顯示,在汽車制造行業,數字孿生可以將生產效率和產品上市時間縮短20%~30%,將節能減排效率提高40%。雷諾此前曾公布,在啟用數字孿生工廠后,其制造領域的二氧化碳排放量將減少50%。

目前,中國一汽在大制造領域,以業務體系數智化為基礎,以制造運營數智化轉型為載體,以人員能力數智化轉型為助力,打造“一汽制造數字孿生體”:對車輛、設備、生產線和工廠等核心要素的數字孿生,構建數字孿生工廠與數字化車間,對整個制造過程實時映射、動態感知和分析優化,以數據驅動管理和決策,實現卓越制造和效能增長,節能減排。

“博世、西門子等國外汽車零部件企業也在通過數字孿生技術構建低碳工廠、零碳工廠?!睆堫A纸榻B道,例如,西門子通過數字孿生,從數據中挖掘優化路徑并驗證節能減排路線圖及具體方案。在云端對產品、物流、工藝等孿生模型進行迭代優化,看流程調整后工廠的碳足跡會發生怎樣的變化,以此得出優化結果并反饋到工廠車間的執行端,以達到節能減排的目的。

“一切皆可數字孿生,數字孿生是通向零碳工廠的捷徑?!睆堫A肿詈罂偨Y道,包括數字孿生在內的數字化轉型,是汽車產業高質量發展的方向。

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