数字孪生如何实现自主操作

引言2 下一代制造系统架构1. https://www.accenture.com/_acnmedia/PDF-139/Accenture-The-Race-for-Digital-Operations-Transformation.pdf然而，现有制造系统架构、新兴技术及其支持这些路线图和相关用例规模化部署的能力仍然存在不确定性。基于埃森哲的研究，1大多数已经启动试点项目来验证利用数据和高级分析改进其运营的潜力，而最先进的企业已经制定了适应性行动路线图（参见下一页的图1）。近十年来，工业4.0的概念已为大多数制造业领导者所明晰。 3下一代制造系统架构1. 传统制造业架构的孤立特性无法支持应对最具价值的使用案例，这些案例通常需要超越单个资产或产线，并超越单一功能，如维护或质量。然而，随着制造商努力进一步、更快地推进端到端自适应运营，他们面临共同的挑战：诸如预测性维护或基于视觉的在线检测之类的用例相对容易理解。从专业初创公司到大型成熟软件供应商的软件提供商们为这些用例销售特定的利基解决方案。2.相关解决方案需要处理大量数据，这通常超过了现有架构的规格。在尝试应对这些高价值和高复杂性的用例时，制造商正触及传统制造IT架构的极限，这些架构通常围绕功能隔阂构建：运营/制造执行系统（MES）、质量/实验室信息系统（LIMS）以及维护/企业资产管理（EAM）等。 3随着制造商探索数字孪生带来的可能性，我们经常听到三个主要问题：1为什么数字孪生是变革者，以及它将在MES为中心的制造运营架构之外提供什么额外价值？MES供应商是如何将自己定位相对于主要云平台和物联网（IoT）玩家的？本文旨在回答这些问题。我们将探讨当前的制造系统为何既能也应该继续存在以继续提供它们今天所带来的价值。我们将展示数字孪生将如何补充这些系统，首先以提供制造数据的全部价值，最终以加速制造商向自适应运营的进化。2我们能否在不进行的情况下利用数字孪生将所有底层解决方案替换为 C，以在更低的成本下更快地实现价值？ 因此，数字孪生使用户能够超越在预定义的隔间中基于历史数据生成报告，而是将所有数据整合在一起，在上下文中使用，以支持大规模的模拟和预测/自适应智能等用例。为了克服这些局限性，制造CIO们已经开始投资数据湖，将所有制造数据汇集到一个单一的存储库中。与仍然普遍的做法相比，将所有数据集中在一个地方代表着真正的进步，即管理独立的数据孤岛甚至电子表格。然而，这仍然无法提供工程师和操作员改进端到端运营所需的结构化信息和工具。而这一缺陷解释了为什么数字孪生概念正受到制造业领导者的越来越多的关注。数字孪生的核心在于其能够从多个来源汇集数据，并将其统一和赋予上下文。这为需要利用这种上下文化数据存储库的各种用例提供了一个“一站式”方案。 1. 为什么是数字孪生一个变革者吗？ 数据和知识之间的区别是上下文。第六代制造业体系架构正是这种高度异构的信息环境，对传统的竖井式制造系统架构及其点对点集成构成了挑战。相比之下，基于灵活且可扩展结构的数字孪生，允许捕获信息并映射关系。一个实施得当的控制系统，例如监控和数据采集（scada）/mes解决方案，包含所有这些信息，并且可以被配置为在传感器数据偏离定义的阈值时发出警报或提醒。实际上，考虑到这些系统中的数据，scada或mes解决方案可以被认为是一个独立的数字孪生。但是，为了提高他们对生产线生产事件的响应，工程师（或未来的算法）需要理解额外的上下文信息，例如生产线的维护历史和正在生产的产品版本。此外，关于维护的最重要信息可能包含在非结构化报告或图片中。一个报告75华氏度的温度传感器如果没有其上下文是无意义的：该传感器位于挤出线上；它根据此配方生产这种类型或变体产品，该配方具有此历史效率、质量记录等等。 一个数字孪生体能够实现渐进式学习和捕捉隐性知识，这提供了一个关键的区别性优势：它以工程师和操作员能够理解的方式存储和结构化信息。这意味着他们不必每次需要分析数据并开发解决日常问题（如先前说明的温度传感器）的通常非常简单的应用程序时都依赖数据分析师。通过结合数字孪生的力量和现代低代码/无代码（LCNC）工具，制造领导者可以为流程和数据工程师提供一个安全的领域，让他们可以合作开发优化运营的新方法。更重要的是，该孪生不仅限于捕获资产、线路或工厂的配置和行为，它还嵌入了针对层级中所有级别的优化逻辑。 7 下一个制造系统架构通过允许隐性知识的逐步形式化和基于实时事件的性能管理，数字孪生支持向自主运行进化的过程。 下一代制造系统架构2. 现有解决方案能否与数字孪生以最大化投资？ 9 下一代制造系统架构简短的回答是肯定的。全面且一体化的制造架构仍然是各行业制造运营的基础。通过并行于现有系统实施数字孪生（如图三所示，位于下一页）并将这些系统的适当数据传输给孪生体，制造商可以在无需“撕开并替换”的情况下，从多年的投资中提取更多价值。例如，MES应保持为企业系统与车间系统之间的协调者和关键链接。全面且集成的制造架构所提供的大量结构化数据，使制造商能够启动其自主运营之旅。不受传统制造系统现有领域边界的限制，并利用云平台和技术的强大功能与灵活性，数字孪生使制造商能够从所有现有系统中捕获数据——从企业资源计划（ERP）到可编程逻辑控制器（PLC）再到供应链，以及分销——并快速有效地为其赋予上下文。最重要的是，由于这可以按用例进行，效益可以在三到六个月内交付，具体取决于用例的复杂性。与传统试点方法相比，这里的基本区别在于所有用例都使用相同的数据模型和基础设施，而不是创建新的数据孤岛。而不是创建额外的集成挑战，每个用例都增加了数字孪生的潜力，并且可以指数级扩展。 该图展示了核心平台内包含的三层简化数字孪生架构。• 来自不同源系统的数据在边缘进行采集和预处理，然后被发送到云端进行集成和存储。 • 数据被语境化，即工程、IT和OT数据之间的关系被描述为一个灵活且可扩展的图，展现制造操作的完整复杂性。 • 数字孪生平台通常提供基础仿真和分析功能，并将语境化数据暴露给各种应用程序，从简单的仪表板到复杂的机器学习逻辑。 数据治理 34强化erp与车间系统之间的“垂直”整合，以建立稳健高效的执行引擎。移动高价值特定发展，例如，上游条件是什么2可能导致下游故障），大多数与数据和人工智能有关，影响双环境。创建一个数据驱动的模板方法和抽象层1允许在不更换现场昂贵设备的情况下进行简化和标准化。这个路线图有很多版本，因为制造商、需求、雄心和出发点差异很大。但总体方法对所有仍然有效。整合执行与优化（双生）领域，基于共享的数据/信息模型，随着时间的推移逐步进行，并尊重执行与优化范式。虽然制造商确实可以在不更换所有底层系统的情况下利用数字孪生，但这些系统不应完全不受影响。由于缺乏协调的投资和专有扩展，导致那些制造商没有形成精简的生产架构，他们可能会发现难以进行发展。在实施和推广数字孪生的同时，生产领导者应该精简他们现有的生产架构，以： 3. 如何是MES供应商将自己定位与主要云平台和物联网参与者相比？ 云只是降低成本吗？13 下一代制造系统架构• 工业物联网（IIoT）：从改造设备和新型智能传感器收集额外数据 • 分析平台：分析产生的大量数据 • LCNC：解决特定工厂和独特需求 • 机器学习：支持并可能实现日常决策自动化3. 最后，供应商更灵活的商业模式现在使制造业领导者能够从大型资本支出投资转向增量订阅。结合加速部署，这使得MES部署在财务上更容易证明其合理性。2. 另一个主要趋势是向云部署。这不仅使得跨站点部署更加容易，而且显著简化了与整体MOM架构的集成，同时大幅降低了MES部署的成本。MES供应商正在调整其架构以利用这些技术为他们的客户提供更多价值。为此，一些供应商在购买或开发自己的IIoT、LCNC、机器学习和分析产品，而另一些则倾向于与云巨头合作，为客户提供与开放且强大的基于云的工具无缝集成的解决方案。编号。制造商已经开始利用云技术来补充或扩展他们的MES：制造执行系统是当前制造IT/OT架构的支柱，随着制造商向下一代MOM架构过渡，它们将继续保持相关性。1. 主要供应商正在扩大其产品供应并（通常通过收购）将其产品组合发展成为集成的平台，其中包括数据历史记录系统、质量管理系统、资产绩效管理和仓库管理解决方案。今天的领导者提供了大幅改进的核心能力范围，其中包含针对特定行业的最佳实践。这能够实现更快的部署，并有限的定制化。针对IT参与者——包括专业初创公司和云巨头——带来的日益激烈的竞争，MES供应商正在改进他们的解决方案以扩大其影响力，利用云的灵活性，同时促进他们与面向未来的制造架构的集成。 灵活性总而言之成功向这种下一代制造业系统架构过渡的制造领导者将能够提高效率、提高客户满意度、降低成本并从根本上超越他们的同行。允许一个孪生体适应非常不同的需求和起点。通过从能产生即时回报的简单用例开始，一个数字孪生体可以迅速实现自我资助。 智能可扩展性从数字孪体的优化逻辑中获取各级别的信息，为工程师和操作员提供了对制造数据和相关解决方案的控制和责任。将使原始用例范围得以扩展，扩展到企业内的多个站点，并增强数据分析的复杂程度。 Sef Tuma联系我们/贡献者Aaron Saint菲·克兰默戈特茨·厄哈特铅 – 行业X，欧洲，埃森哲铅 – 行业X，工程与制造业，埃森哲铅-行业X，增长市场，埃森哲铅 – 行业X，北美，埃森哲 联系/作者版权所有 ©2022 Accenture 保留所有权利。 免责声明关于Accenture埃森哲是一家在全球领先的数字化、云和网络安全领域的专业服务公司。凭借在40多个行业积累的无与伦比的经验和专业技能，我们提供战略与咨询、互动、技术与运营服务——所有服务均由全球最大的先进技术与智能运营中心网络驱动。我们67.4万名员工每天都在践行技术与人类智慧的承诺，为遍布120多个国家的客户提供优质服务。我们拥抱变革的力量，为客户、员工、股东、合作伙伴和社区创造价值与共同成功。访问 www.accenture.com。本文件涉及由第三方拥有的商标。所有此类第三方商标均为其各自所有者的财产。本内容未明确表示或暗示此类商标的所有者予以赞助、认可或批准。本内容仅用于一般信息目的，并非旨在取代咨询我们的专业顾问。 迈克·沃森西奥戈·马丁斯帕斯卡尔·布罗塞特首席执行官 — 行业X，全球生产和运营负责人总经理 — 行业X，北美生产与运营负责人高级总监 — 行业X，业务与集成架构谢里·威廉姆斯执行董事 — 行业X