信息技术车间数字孪生参考架构
范围
本文件规定了车间数字孪生的参考架构，包括物理车间、车间数字实体、车间数字孪生应用及信息交互，适用于离散制造型、流程制造型和混合制造型车间。
术语与定义
- 物理车间：独立完成生产任务的基本单元，包含人员、设备、物料等及车间布局、工艺流程等。
- 车间数字孪生：物理车间的数字化表达，保证物理状态与虚拟状态以适当速率和精度同步数据连接。
参考架构
- 物理车间：由车间实体（操作人员、制造设备、物料、环境）和关联关系（车间布局、操作流程、工艺流程、物料分配）组成。
- 车间数字实体：包括孪生数据（测量感知数据、模型生成数据、车间应用数据、企业管理系统数据）和数字模型（几何模型、物理模型、行为模型、规则模型）。
- 车间数字孪生应用：基于物理车间和车间数字实体实现的车间管控应用，包括排产调度、物流管理、工艺优化、质量控制、设备管理、产线重构、能耗管理、生产管控、安全管控等。
- 信息交互：各部分之间及与企业管理系统交换数据、控制信息的过程，包括孪生互动（测量与感知、反馈与控制）、车间数字实体内部交互、车间数字实体与车间数字孪生应用交互、企业管理系统与车间数字孪生应用交互。
车间数字实体
- 孪生数据：包括测量感知数据（设备状态、环境参数、物料位置、人员操作）、模型生成数据（仿真数据、模型运行结果）、车间应用数据（排产调度、物流管理、工艺优化等）、企业管理系统数据（生产计划、市场与客户等）。
- 数字模型：包括几何模型（车间实体外观、尺寸、结构）、物理模型（物理特征、功能特性）、行为模型（行为特征、响应机制）、规则模型（约束规则、关联规则、专家知识）。
车间数字孪生应用
- 排产调度：基于生产计划智能化管理资源，包括排产方案制定、实时调度调整、可视化监控与分析、决策支持与优化。
- 物流管理：实现物料监控分析和虚拟仿真测试，包括物料监控分析（库存、在途、齐套性等）和虚拟仿真测试（物流、物料消耗、库存状态等）。
- 工艺优化：精准模拟、实时监控和持续优化生产工艺，包括精准模拟（车间布局、工艺流程等）、实时监控（设备状态、物料齐套等）、持续优化（基于数据优化工艺）。
- 质量控制：集成融合生产质量数据，实现质量监控、过程控制、根因分析、质量追溯。
- 设备管理：状态监控（设备运行、物料消耗）、性能分析（瓶颈识别、故障预测）、规划配置（人员、设备、物料、环境优化）。
- 产线重构：基于产线孪生模型分析效率指标进行重构，包括产线设计重构、产线工艺流程重构、产线物流重构。
- 能耗管理：全面实时监控与优化水、电、油、气等能源消耗，包括能耗实时监控、能耗数据分析与预测、能耗可视化呈现、用能策略优化、能耗管控展示。
- 生产管控：实时监控生产线环节（生产进度等），分析瓶颈和低效环节，快速决策调整。
- 安全管控：可视化管理车间仪表、阀门、设备、安全消防设备，实时监测环境参数并预警，自动匹配应急预案。
信息交互
- 孪生互动：物理车间数据通过物联网感知采集流向数字实体，数字实体根据数据生成仿真分析、模型更新及控制指令反馈物理车间。
- 车间数字实体内部交互：孪生数据驱动模型运行更新，模型分析计算数据回流孪生数据，实现数据汇聚与共享。
- 车间数字实体与车间数字孪生应用交互：数字实体提供测量感知数据、模型生成数据、车间应用数据及融合数据，应用提供优化策略。
- 企业管理系统与车间数字孪生应用交互：企业管理系统数据（CRM、ERP等）融合到车间孪生数据，应用产生的数据（计划产量、排程等）流向企业管理系统。
核心要求
车间数字孪生的基本要求、功能要求、安全要求应符合GB/T43441.1—2023的规定。
