数字孪生系统在智能立体仓库中的应用

张晓萍1，张琦2

（陕西中烟工业有限责任公司宝鸡卷烟厂，陕西省宝鸡市，邮编721000）

摘  要：数字孪生指的是在信息化平台内模拟物理实体、流程或者系统，类似实体系统在信息化平台中的双胞胎，借助数字孪生，可以在信息化平台上了解物理实体的状态，甚至可以对物理实体里面预定义的接口组件进行控制，从而帮助组织监控运营、执行预测性维护和改进流程。随着工厂智能化改革，信息化建设的不断推进，以及制造企业对各种信息系统、自动化系统的部署应用，制造企业车间管理变得越来越重要。为积极推进“智能制造”规划，高质量的推进物流信息化发展，促进信息化与物流设备管理及业务的深度融合，结合本厂设备监控需求，推动物流工作上水平，探索成品库数字孪生系统的设计与应用。

关键词：数字孪生；立体仓库

引言

按照十九大报告关于“加快建设制造强国,加快发展先进制造业,推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”的精神,遵循国务院关于《中国制造2025》、《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》和《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》等系列文件要求,行业也下发了相关文件,明确提出探索行业智能制造新模式、形成行业工业互联网平台、制订行业智能制造系列标准,推进智能制造,促进制造企业转型升级的总体要求。

1.背景

随着工厂智能化改革，信息化建设的不断推进，以及制造企业对各种信息系统、自动化系统的部署应用，制造企业车间管理变得越来越重要。然而传统的设备监控系统、维护亦不能很好的满足企业对工厂“集中监控，统一管理”的需求，无法实现工厂、设备、生产、运行等信息状态全过程的高清展示、细节查看等操作。

工厂成品库目前具备一定的物流自动化、数字化基础，但在设备数据采集、实时监控和故障预测维修方面，距离“推进面向智能化的传统制造升级，推进精益制造上水平，提高质量、降低成本、增强效率”的要求还有一定差距。为积极响应公司“智能制造”规划，高质量的推进物流信息化发展，促进信息化与物流设备管理及业务的深度融合，结合本厂设备监控需求，推动物流工作上水平，探索成品库数字孪生系统的设计与应用。

2.系统建设内容及原则

成品库数字孪生系统应包含：设备档案管理、建模管理、数据采集、设备运行监控、故障提示、设备维保、移动应用、设备运维分析等功能。借助先进的物联网技术，实时采集系统远端各专业类型设备的关键点数据，进行数据筛选，统计，分析，计算，实现对设备运行情况自动、连续的监视，为安全运行提供必要的辅助决策信息。

系统建设必须体现一下原则：统一性、系统性、先进性、可扩展性、集成性、开放性、准确性及时效性、安全性、可靠性、可维护性及易用性。

3.数据采集需求

根据成品库物流设备情况，主要分为输送设备（提升机、输送机、分拣机等）、堆垛机、机器人、穿梭车 4 种大类。

1）输送设备数据监控需求：对接成品库输送设备数据，主要实现包括运行状态、故障信息和任务信息等的实时可视化展示。

2）堆垛机数据监控需求：堆垛机数据监控需求主要包括运行状态（手自动）、故障信息和位置信息等，通过数字孪生管控系统对接堆垛机运行监控数据，实现堆垛机全程运行状态、故障信息的可视化展示。

3）机器人数据监控需求：机器人与输送机控制系统 PLC之间建立了DP通讯通信，通过数字孪生系统对接机器人运行监控数据，实现机器人码垛全程运行状态、任务状态、抓取/组盘数量和故障信息的可视化展示。

4）直行穿梭车数据监控需求：通过数字孪生系统与穿梭车运行监控数据对接，实现直行穿梭车从工作开始到工作结束的全程运行状态和故障信息的可视化展示。

5）其他数据监控需求：输送线在途物料数量等。

4．建设目标

构建和完善具备系统性、完整性、协调性、先进性的设备运维可视化平台，形成上下贯通、横纵联接的物流设备运行保障体系，积极探索打造自感知、自学习、自决策、自执行、自适应的智能运维模式。

1）全面感知：

通过数据采集平台，将企业的生产过程、设备运行情况、质量跟踪状态实时虚拟化，实现“实体空间”与“虚拟呈现”相容，从而完成实体信息、经营管理、生产流程数据的无缝对接，达到信息充分共享, 实现企业车间生产过程的可视化实时监控，为企业打造“智慧型生产工厂”。

2）敏捷响应：

推进设备运维模式升级，实现对数据采集、设备监控、设备维保、故障预测等业务需求快速分析转化，通过移动应用和全程、实时、可视化的监控和管理，提升物流保障能力。

3）洞察分析：

科学构建数据模型，以大数据结合设备运行趋势及数采工具对设备关键部件使用情况、生命周期监控以及设备历史故障原因等数据进行分析，预测设备故障，提前通知设备维护人员有针对性设备的保养，从根本上降低设备故障率，切实保障生产，提升精益管理水平。

4）协同共享：

优化系统接口环境，提高数据对接效率，加强横向与纵向的作业衔接和信息获取，打通数据壁垒，统一数据口径，实现信息有效流转和互联互通。

5）智能决策：

设备知识与经验能够不断的被引入到设备运维模型之中，从而构建一个可以持续学习的智能化系统，使得智能化工厂具有持续学习的能力。

5.信息安全

系统安全防护以网络信息安全 “分级分域、整体保护、积极预防、动态管理”为总体策略，对信息管理系统的运行环境采用最小化原则通过管理手段及技术措施对系统进行整体的加固，再通过对系统边界隔离、分区分域防护，对系统中的安全设备进行监控及管理；最后通过制定安全管理制度，保障系统的安全运行。

6.未来拓展

成品立库数字孪生系统的建设，主要通过对成品库进行三维可视化管理。系统建设完成后，基于本系统，可将原料库、辅料库、烟丝库等其他类型仓库扩展建设，统一平台，构建工厂三维可视化管控平台。利用数据采集服务组件，通过硬件设备数据采集和信息系统数据采集，按照统一的数据标准实现企业人、机、料、法、环等数据在工业互联网平台上的汇集、分类、分析与共享，实现企业多个信息系统的数据对接，实现设备互联、系统互联、人与设备互联、人与系统互联；利用据建模服务组件，对工厂的物理设备、生产工艺、流程逻辑等要素进行数据建模，定义生产过程需遵守的标准，形成工艺模型集、部件模型集、数据驱动模型集等服务组件，使工厂具备虚实联动的能力、模型驱动生产的能力，推进工厂智能制造能力建设。

参考文献

[1]赵沛 景文斌 赵国波 谢先明 梁浩. 数字孪生技术在国网仓储中的应用. 数字技术与应用, 2023,41(05)

[2]岳华. 数字化与数字孪生技术在智慧物流领域的应用.中国储运, 2023(08)