張鑫（坐者）與團隊成員探討技術。 　　受訪者供圖

海爾上海洗衣機互聯(lián)工廠內(nèi)，應用數(shù)字孿生技術的洗衣機內(nèi)筒生產(chǎn)線正在運行。 　　受訪者供圖

　　走進海爾上海洗衣機互聯(lián)工廠，主控室內(nèi)，張鑫緊盯眼前的數(shù)字大屏，指尖輕點鼠標，占地12萬平方米的廠區(qū)被全景還原，做成三維數(shù)字模型“毫厘畢現(xiàn)”地呈于屏上。定睛一瞧，好似游戲里的虛擬世界。

　　張鑫是海爾卡奧斯數(shù)字孿生工程師。眼前這個和真實廠區(qū)一模一樣的虛擬“雙胞胎”，正是他與團隊一起建造而成的。

　　數(shù)字孿生工程師怎樣建起一座“虛擬工廠”？這座“虛擬工廠”有何應用價值？記者進行了采訪。

　　試水數(shù)字孿生工廠

　　“噠噠噠……”工廠內(nèi)，機械傳動帶不停運轉，精密的零部件在機器人手中“舞動”，一臺臺洗衣機被生產(chǎn)出來。

　　在這里，洗衣機生產(chǎn)是“透明”的——一物一碼、一機一檔。在主控室內(nèi)的數(shù)字孿生大屏上，每臺設備運行狀態(tài)、每個部件生產(chǎn)過程都能隨時查看。

　　數(shù)字孿生，是一種虛實融合的復合技術，通過建立三維數(shù)字模型，將現(xiàn)實生活中的場景實景復刻，在虛擬世界中打造一個“雙胞胎”。

　　近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術的發(fā)展，數(shù)字孿生應用領域持續(xù)拓寬，有效賦能各行各業(yè)，在企業(yè)生產(chǎn)制造中的應用越來越廣泛�！拔业闹饕�工作是打通虛擬空間和現(xiàn)實空間，不僅要創(chuàng)造出孿生的虛擬世界，還要將現(xiàn)實與虛擬聯(lián)通，實現(xiàn)生產(chǎn)的改進優(yōu)化，降低成本，提高效率�！睆場谓榻B。

　　在張鑫帶領團隊進入工廠數(shù)字孿生領域之前，市面上已有大量的數(shù)字孿生工廠系統(tǒng)及應用，可實現(xiàn)三維工廠動畫、虛實同步、過程回溯，解決數(shù)據(jù)融合難、數(shù)字平臺能力弱、系統(tǒng)信息孤島等問題。

　　“在走訪調(diào)研中，我們發(fā)現(xiàn)這種數(shù)字孿生技術基本不具備未來推演的能力，如預測生產(chǎn)計劃的可執(zhí)行性和偏差、異常波動對生產(chǎn)的影響及交貨期延時的風險等，同時也缺乏對生產(chǎn)系統(tǒng)進行定量評估、分析、優(yōu)化等能力�！睆場伪硎�，這正是要突破的方向。

　　建一個一模一樣的“虛擬工廠”，首先得對現(xiàn)實中的每臺設備、每道生產(chǎn)工序了如指掌。張鑫帶領的90后團隊，成員個個是互聯(lián)網(wǎng)“能手”，可面對工廠操作犯了難。

　　于是，很長一段時間里，團隊成員奔走在廠區(qū)一線，向產(chǎn)業(yè)鏈上的工人請教，摸透設備、產(chǎn)線；在設備接入物聯(lián)網(wǎng)并投入運營前，找到專家、運營商，一遍遍修改、完善技術方案。

　　“‘虛擬工廠’建成前，我們在心中已經(jīng)完成了千千萬萬次的生產(chǎn)、管理‘演練’�！睆場握f，功夫不負有心人。在團隊日日夜夜的奮戰(zhàn)下，終于利用數(shù)字孿生完成了對整條產(chǎn)線的1∶1模擬，一個與實體工廠一致的“虛擬工廠”誕生了。

　　“虛擬工廠”可不虛

　　逛一圈工廠，可以感受到數(shù)字孿生帶來的生產(chǎn)變革——

　　拿一個洗衣機內(nèi)筒來講，為保障精準度，激光焊接時，運行的設備會保持全封閉狀態(tài)，無法看到內(nèi)筒細節(jié)。

　　如何避免生產(chǎn)中的差錯？記者發(fā)現(xiàn)，在數(shù)字孿生大屏上，通過超高精度模型，真實還原了內(nèi)筒生產(chǎn)細節(jié)。據(jù)介紹，在焊接內(nèi)筒時，依托數(shù)字孿生實現(xiàn)同步仿真，對洗衣機內(nèi)筒進行全方位特寫展示，并記錄設備運行數(shù)據(jù)，有效提高了生產(chǎn)效率，消除實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的盲點，保障了產(chǎn)品質量。

　　不僅是洗衣機內(nèi)筒。“我們以數(shù)據(jù)驅動孿生工廠的設備運轉，可實現(xiàn)全廠人、機、料、法、環(huán)、測等全要素實時數(shù)據(jù)多方式、可視化呈現(xiàn)，對生產(chǎn)全流程監(jiān)控管理，確保產(chǎn)線運轉穩(wěn)定可控�！睆場握f。

　　除了可視、可管，“虛擬工廠”還可“預測未來”——

　　“結合數(shù)字孿生，我們在海爾上海洗衣機互聯(lián)工廠打造了數(shù)智化全流程質量管理機制，做到了26項數(shù)字化智能檢測，改變了過去通過員工經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)問題的老路�！睆場谓榻B。

　　“在虛擬的產(chǎn)線中，通過短時間快速仿真模擬，在實際生產(chǎn)前提前驗證排產(chǎn)排程的合理性，預測可能出現(xiàn)的問題，提前優(yōu)化解決�！睆場握f，“透視過去看現(xiàn)場，挖掘細節(jié)追溯源，預測未來明趨勢，‘虛擬工廠’可不虛，作用實著呢！”

　　并非構建于投產(chǎn)階段，而是在規(guī)劃階段，張鑫便帶領團隊搭建了工業(yè)元宇宙三維可視化產(chǎn)線搭建與仿真體系。通過物流仿真，計算出效率最優(yōu)、成本最低的物流排布。

　　例如，傳統(tǒng)模式下，骨架焊接線位于洗衣機內(nèi)筒線一側。這種排布會增加地面存儲庫位，并且需要增加直通二樓總裝線的升降機，成本高。

　　“通過數(shù)字孿生，有了第二種布局方案�！睆場握f，“在‘虛擬工廠’中，我們嘗試將骨架焊接線安置到內(nèi)外筒預裝線旁，生產(chǎn)的雙子骨架通過升降機和傳送線直接進入內(nèi)外筒預裝線進行預裝，最后一起進入二樓總裝線，實現(xiàn)‘大件不落地、出廠貨不錯’�！睂嵺`對比發(fā)現(xiàn)，這種方案在倉儲面積上可節(jié)約60%，物流頻次下降30%，直通二樓升降傳送系統(tǒng)的鏈條也可縮減1條。

　　降門檻促推廣應用

　　技術逐漸成熟后，新的難題擺在眼前。

　　“數(shù)字孿生的大規(guī)模推廣應用成了‘老大難’�！睆場握f，“我們與很多廠家打過交道，常有人問，‘這個虛擬的東西，真能幫我們更好地生產(chǎn)嗎？’”

　　起初，為了打消廠家顧慮，使其認識到數(shù)字孿生建廠帶來的價值，張鑫帶領團隊往一家家工廠跑，可幾天下來，成效不大�！坝捎跀�(shù)字孿生涉及代碼編寫，操作難度大，企業(yè)或相關技術人員一般不太熟悉，聽得直撓頭。”一次調(diào)研中，張鑫忽然有了靈感，“能否實現(xiàn)數(shù)字孿生無代碼？”

　　這個提議一出，整個團隊“炸開了鍋”——

　　有人反對：“這不現(xiàn)實，我們每個程序都需要代碼�！�

　　有人支持：“可以一試，讓代碼只存在于我們的界面，面向用戶的界面是無代碼的�！�

　　“無論怎樣，為了讓數(shù)字孿生技術在建廠上能更加普及，這種嘗試很值得�！睆場握f。

　　說干就干！團隊又進入了新一周期的創(chuàng)新推進。一次次試驗過后，張鑫設想的“無代碼”終于實現(xiàn)，即推出卡奧斯工序“藍圖”編輯器——無需編寫代碼就能生成孿生園區(qū)、車間。

　　“以前工程師使用這門技術，要先學習傳統(tǒng)編程語言的知識，再一點點敲代碼，技術門檻高，如今我們提供了一種可視化的混合仿真建模工具。”張鑫解釋道，“具體來說，通過1∶1打造與工廠中設備、產(chǎn)線實體完全一致的數(shù)字模型，廠家可通過拖拉拽、無代碼的方式在虛擬環(huán)境中‘建廠’，搭建產(chǎn)線模型并進行工序排布的仿真模擬。”

　　于廠區(qū)技術人員而言，他們在這座“虛擬工廠”接受崗位培訓、提升技能的同時，也能在其中隨意漫游體驗。通過現(xiàn)場的真實操作，親身融入數(shù)字孿生搭建的場景，人們會對數(shù)字孿生創(chuàng)造的價值更有體會，接受認可度自然更高。

　　現(xiàn)在，海爾卡奧斯打造的數(shù)字孿生解決方案逐漸在工廠落地，并應用于中國首臺雪蠟車研制以及臥龍電氣、上海煙機等企業(yè)生產(chǎn)中。以上海煙機為例，基于數(shù)字孿生，企業(yè)的數(shù)據(jù)場景構建協(xié)同效率提升70%，設備數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定運行時間提升5%。

　　“未來，我希望盡己所能，讓數(shù)字孿生在制造業(yè)中的普及度越來越高，深入挖掘數(shù)據(jù)價值，提供最優(yōu)生產(chǎn)運營方案，幫助更多企業(yè)解決生產(chǎn)過程中的痛點、難點，打造更多聰明的‘虛擬工廠’�！睆場握f。

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