来源：《制造业自动化》

针对实际车间管理人员受限于合理及定制化的技术和工具的及时支撑，被迫采用传统管理方式，管理效率低；企业管理层缺乏全面、全量、统一的决策支撑技术和工具，大部分解决方案不成熟、难落地，精准决策难等问题，设计了基于数字孪生智能车间的体系架构。

图1 基于数字孪生的智能车间体系架构

如图1所示，基于数字孪生的智能车间是由物理车间、虚拟车间、车间服务、车间孪生数据等几个部分组成。物理车间是车间现有物理实体的集合，涵盖人、工厂、产线、设备、传感器、边缘计算设备等；虚拟车间是物理车间在信息空间上的呈现，涵盖直观展示管控平台、视频、三维、ERP、MES等车间的运行状态；车间服务主要实现功能服务和基于PaaS层的业务服务；功能服务包括感知控制、数据处理、模型构建、机理模型4部分，将其表示为：

其中FS（Functional Services）为功能服务；PC（Perceptual Control）为感知控制；DP（Data Processing）为数据处理；MB（Model Building）为模型构建；MM（Mechanism Model）为机理模型。i为第i个感知控制模块；m为感知控制模块总数；j为第j个数据处理模块；n为数据处理模块总数；k为第k个模型构建模块；o为模型构建模块总数；l为第l个机理模型模块；p为机理模型模块总数。

车间孪生数据既包括基于MPP的Greenplum、专为物联网优化设计的Tdengine、处理图关系的Neo4j等多种关系型和非关系型数据库，又包括存储仿真、监控、工艺、环境等业务的实时数据和历史数据，还包括如设计BOM、过程等生产管控数据。

数字孪生车间是集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的车间仿真过程，在某企业里主要应用以下三种核心技术。

1）三维建模仿真技术：（1）集成物理建模工具，实现基于三维扫描建模工具的自动化几何建模，实现数字孪生模型构建效率。（2）集成虚拟现实和可视化技术提供全新人机交互模式下的车间虚实反馈，图2所示。

图2 三维仿真建模技术

2）数据传感交互技术：（1）应用基于华为芯片的传感控制技术。（2）提供基于数字线程技术的智能传感、多传感器融合、分布式控制和便于技术等服务。见图3所示。

图3 数据传感交互技术

数据治理技术：（1）基于传统业务数据集成技术和产品数据集成技术结合数字孪生管理壳技术提供数据治理服务。（2）提供基于数据孪生基础管理环境下的标识解析、数据管理、模型管理等应用。如图4所示。

图4 数据治理技术

基于智能车间管控平台应用建设，提出了实时汇数据、智能找问题、精准做决策的生产管控设计理念。

图5 生产管控设计理念

其理念如图5所示，首先，通过设备状态、工厂级别设备集群数字孪生模型等将数据实时汇聚起来，实现虚实交汇反馈；然后聚焦车间问题，明晰解决机制，发现问题→分析原因→快速决策。然后，基于历史数据、产品状态信息与数字孪生模型等，利用人工智能算法完成查找问题方案，实现数据融合分析；进而发掘车间潜能，实现优化迭代，找到优化方向→逐步提升效果。最后，利用加工设备、大数据与数字孪生结合决策支撑模型，对管控平台精准决策，并对决策迭代持续优化。