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当数字孪生技术为超级工厂建设按下“加速键”

  随着电动汽车 (EV) 革命的蓬勃高涨,全球电动汽车的数量正处于迅猛增长状态。如果想要满足不断高涨的市场需求,并且为电动汽车行业提供一个拥有充足电力的环境,那么我们就需要通过智能可扩展的生产战略为业务增长打下坚实基础,防止电池供应中断或者超级工厂试运行延迟打乱电动汽车的生产计划。

  电池制造商需要面对生产需求多样化、项目进度紧张以及产能受限的问题,而汽车制造商需要依靠最大化的电池生产速度来满足呈指数级增长的需求。为了能够始终提供优质安全的电池,制造商往往需要将全新的自动化解决方案集成到现有工艺流程中,利用建模和仿真工具执行“假定”生产场景的离线测试,从而解决项目进度紧张的问题,并且制造商必须具备即时调整能力,才能紧跟电池技术的快速发展。

  因此,电动汽车和电池制造商正通过建造智能互联型电池超级工厂来迅速扩大其产能。制造商们迫切需要利用数字视觉支持工具部署更智能、更高效的制造过程,这些工具可以帮助制造商加快项目进度、缩短停机时间并实现离线测试。这表示电池大批量生产设施将成为刚需,实现起来却并不容易。

  在整个运营过程中创造价值

  那么如何才能确保电池超级工厂顺利启动?其关键在于让智能工厂真正实现智能化运营以及各环节的相互协调。为了实现这一点,制造商必须部署制造执行系统 (MES) 作为互联型超级工厂的基石。现代 MES 系统可以整合 IT 和 OT 之间的缺口,实现端到的端连接和可见性,帮助制造商优化运营并解决关键的质量问题。

  数字化企业可以更快响应市场需求,这在很大程度上要归功于 MES 系统。MES 系统的关键特征之一,就是能够在数字世界中及早解决各类生命周期挑战,避免它们在现实生产中发展成为真正问题。

  当与建模和仿真工具搭配使用进行“假定”生产场景的离线测试时,MES 系统还能展现出非凡的敏捷度和灵活性,它可以将各家工厂的生产业务与全球业务系统紧密联系在一起,使生产人员能够利用实时见解做出更快、更明智的决策,从而加快响应速度。也就是说使用集成 MES 系统,制造商可以在整个超级工厂实现可视化,在项目初期就实现智能运营,可以显著节省时间和成本。

  通过数字化创新满足需求

  对于电动汽车制造商来说,要克服项目进度吃紧的问题、改变生产要求并提升产能,仿真软件必不可少。

  随着数字化技术的发展以及数字孪生体的应用,制造商可使用数字孪生技术实现更敏捷的设计过程。数字孪生技术允许制造商对场景进行精确的离线测试,实现资产全生命周期的持续改进,并且借助数字孪生技术,制造商甚至可以在购买部件或扩招员工之前就对机器和工厂进行设计、测试和验证。这种能力可以改进员工的工作方式,帮助制造商不断发展并紧跟快速变化的电动汽车市场。

  利用 Emulate3D™ 数字孪生体软件,电动汽车和电池制造商可以在机器设计和性能方面拓展无限可能。Emulate3D 技术适用于各类 PLC 和 CAD 平台,能够为制造商提供最佳的虚拟试运行解决方案。例如:订购部件前,了解机器的运行状况;前往现场前,发现相关控制问题;帮助工厂员工在无风险的虚拟环境中学习系统知识,预测未来性能,以及对生产线变更进行仿真等。

  先演示,后设计

  在超级工厂设计过程中,有三个关键环节可以应用到 Emulate3D。Emulate3D 包含各种标准工具,可以让制造商构建工厂布局,并快速达到能够代表真实状况的系统状态。完成初始演示阶段之后,就可以使用标准化的机器及代码渲染一个实际模型,用于展示概念并交流想法,从而确保向所有项目利益相关方共享相同的概念和愿景。

  其中第一个关键环节是,在项目正式启动前向所有利益相关方演示概念并创建视觉体验。而我们想要满足紧迫的项目进度要求,就必须在设计阶段及早入手。借助数字孪生体软件,可以构建工厂的概念模型,了解初始系统设计的运行情况,无论是尝试加入生产设施,还是要巩固详细生产流程,这款仿真软件都能为所有相关方提供创建概念模型 3D 布局所需的工具,并帮助人们领会如何通过清晰的概念理解缩短开发时间和加快决策速度。

  以仿真技术扩大规模

  在建模概念获得批准后,启动超级工厂的第二个关键环节便是使用 Emulate3D 软件的仿真和实验功能来测试此概念的设计。如果使用 Emulate3D 进行仿真,便可构建一个独立模型,可以进行重复操作,并通过实验来分析系统内的变量,例如如何消除停机时间和扩大生产规模。

  当开始决定采购各类设备时,这项测试至关重要,有些部件可能价格便宜但加工速度慢,或者价格昂贵但加工速度快。无论是决定使用自动化还是非自动化解决方案,或者正在分析系统以确定设计是否能满足长期需求,系统都需要兼顾当下和未来的需求。而这款仿真软件恰恰可以帮助确定系统目前的配置是否能在不停机或不变更的情况下满足这些需求。

  最重要的是,在仿真测试过程中可以分别设置不同的变量,随后再运行相应模型,而制造商可以根据具体工厂需求快速或精细化地完成测试。通过使用可导入的典型标准物料输送设备模型或自定义 CAD 设备模型,可以实时了解系统的产出量变化。

  以仿真技术实现扩展

  启动超级工厂的第三个关键环节是对新生产流程进行离线测试,从根本上节省试运行阶段的时间和成本。而仿真技术可以让工程师们使用 3D 计算机辅助设计 (CAD) 对象在虚拟环境中运行程序,从而对系统完整性进行一次性评估,无需等待机器制造完成。借助仿真技术,可以创建采用实际操作逻辑并与控制系统相连的虚拟机器,然后在试运行前先对机器性能进行测试、调试和验证,最后还可以模拟机器运行情况,以测试新的配置和产品类型。这意味着在超级工厂启动期间,用户可以几乎不受限制地应用数字孪生体。

  一旦从项目的关键路径中移除了一些逻辑控件,难免会对系统试运行心存顾虑。例如,安全硬件是否正常工作,电气接线是否正确?

  在现实环境中执行某些操作可能会危及人身安全、花费大量时间和成本、消耗过多原材料甚至影响其他生产线,而仿真技术允许用户在虚拟环境中大胆放心地进行尝试。这不仅能够以数字化方式来对系统进行测试,而且能够显著缩短时间、降低成本和减小风险,以便做出对于超级工厂启动至关重要的决定。

  小罗有话说

  作为智能制造的引领者,罗克韦尔自动化的仿真和数字孪生体软件能够推动电动汽车和电池制造商超级工厂的协作建设,并且为工业机器设计深入赋能,未来,我们将继续依托先进的 IT/OT 技术提供更加全面的数字化解决方案,为汽车行业发展带来无限可能。

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