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来了!湖南工业4.0创新中心&数字化双胞胎!

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来了!湖南工业4.0创新中心&数字化双胞胎!

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【摘要】:

  

 

  湖南工业4.0创新中心本月23日投入试运营!!!

  她是一个由长沙市政府、西门子和中南智能三方共建的科创平台。

  融合了湖南的产业优势!

  加入了西门子在智能制造领域全球领先的技术!

  集成了中南智能丰富的应用场景、经验!

  构建了区域内外的企业、技术专家、行业专家、高等院校进行广泛的智能制造生态圈!

  如果这些还只是让您感到“不明觉厉”,

  那接下来我们要拿出干货了。

  

 

  下面隆重介绍创新中心最为骄傲的孩子:

  “数字化双胞胎技术”

  我们将用比较浅显文字对该核心技术进行解读!

  我们还将告诉大家,

  为什么西门子来到湖南,与中南智能一起共建创新中心;

  而创新中心的建设,将会为长沙乃至湖南带来哪些改变。

  从以上几个角度,您也许能了解到这个三方共建创新中心的厉害之处!

  01

  应运而生:搭建数字创新平台成必由趋势

  超跑制造商布加迪的C h i r o n跑车已经拥有超凡的表现,但是其性能还在不断提升,42秒的0到400千米/小时的加速记录已经被打破。集成式解决方案是速度提升的关键,布加迪采用需求驱动的生成设计和混合附加/传统加工方法来提升性能,创新速度提升了10倍,往复装配重量减少了50%,空气阻力也大幅减少。

  

 

  某航天电器股份公司急需满足对精密电器连接器定制、小批量交付的需求,采用了以模块化设计、模块化生产和柔性工厂为一体的集成式解决方案后,通过集成产品设计、制造操作和生产,将交付时间从51天缩短到了20天,并将生产效率提高了50%,缺陷率降低了50%,生产成本降低了20%。

  还有传统的PCB制造行业,因为无法满足越来越复杂的生产需要,也开始寻求以制造规划、PCB制造、制造执行和物联网反馈一体的集成式解决方案,通过闭环PCB设计和制造提高了DFM,材料使用,供应商选择、质量和维护,使得DFM规则设置更快,物料物流更及时,供应商选择也得到了优化。

  

 

  这三个案例都有一个共同点,即在创新的过程中打破了业务孤岛。核心就是通过数字创新平台,从构思到生产再到消费者,以及从消费者反馈到构思的整个创新过程以实现数字化,极大提高了效率。

  可见,不同行业想要在自身领域取得突破,构建数字创新平台是必由之路。这也是西门子提倡的“数字化双胞胎(DigitalTwin)”的核心理念,即支持企业进行涵盖其整个价值链的整合及数字化转型,为从产品设计、生产规划、生产工程、生产实施直至服务的各个环节打造一致的、无缝的数据平台,形成基于模型的虚拟企业和基于自动化技术的现实企业镜像。

  我们好像又把问题说复杂了。

  那么我们引用西门子工业软件总裁兼CEO Tony Hemmelgarn的一段话来解释吧。

  他说,“数字化双胞胎就是能够利用虚拟的世界去代替现实和物质的世界。”

  他又补充,“最关键的就是在物理和虚拟相结合的这个连接,西门子就是研究如何去更好地实现它。”

  

 

  02

  从不同阶段来认识数字化双胞胎

  经过多年的技术沉淀,西门子已经有一个相当成熟的数字化平台来实现这个愿景。下面让我们来简单介绍一下它们是如何工作的。

  这得从这数字化双胞胎的几种形态来解释。

  数字化双胞胎技术以产品为主线,并在生命周期的不同阶段引入不同的要素,形成了不同阶段的表现形态。

  在设计阶段

  在产品的设计阶段,利用数字化双胞胎技术可以提高设计的准确性,并验证产品在真实环境中的性能。

  这个阶段的数字化双胞胎,主要包括如下功能:

  数字模型设计:使用软件开发出满足技术规格的产品虚拟原型,精确的记录产品的各种物理参数,以可视化的方式展示出来,并通过一系列的验证手段来检验设计的精准程度;

  模拟和仿真:通过一系列可重复、可变参数、可加速的仿真实验,来验证产品在不同外部环境下的性能和表现,在设计阶段就验证产品的适应性。

  

 

  西门子数字化产线工作室,可在集成协同的数据环境下快速针对产品进行柔性工艺规划

  这样说可能有点笼统,那我们来举个例子。

  在汽车设计过程中,为满足日益提高的节能减排要求,数字化双胞胎技术能准确进行空气动力学、流体声学等方面的分析和仿真,在外形设计方面通过数据分析和仿真,大幅度地提升流线性,减少了空气阻力。

  

 

  在制造阶段

  在产品的制造阶段,利用数字化双胞胎可以加快产品导入的时间,提高产品设计的质量、降低产品的生产成本和提高产品的交付速度。

  产品阶段的数字化双胞胎是一个高度协同的过程,通过数字化手段构建起来的虚拟生产线,将产品本身的数字孪生同生产设备、生产过程等其他形态的数字孪生高度集成起来,实现如下的功能:

  生产过程仿真:在产品生产之前,就可以通过虚拟生产的方式来模拟在不同产品、不同参数、不同外部条件下的生产过程,实现对产能、效率以及可能出现的生产瓶颈等问题的提前预判,加速新产品导入的过程。

  数字化产线:将生产阶段的各种要素,如原材料、设备、工艺配方和工序要求,通过数字化的手段集成在一个紧密协作的生产过程中,并根据既定的规则,自动的完成在不同条件组合下的操作,实现自动化的生产过程;同时记录生产过程中的各类数据,为后续的分析和优化提供依据。

  关键指标监控和过程能力评估:通过采集生产线上的各种生产设备的实时运行数据,实现全部生产过程的可视化监控,并且通过经验或者机器学习建立关键设备参数、检验指标的监控策略,对出现违背策略的异常情况进行及时处理和调整,实现稳定并不断优化的生产过程。

  

 

  西门子工业大数据实验室在工业生产中,可基于产线上关键设备长期运行的大量历史进行分析来完成关键设备的状态监测乃至预测性维护等数据服务,可以保证生产线的可靠、高效运行

  再举个例子。

  

 

  如利用数字化双胞胎技术量身定制的某盖板电子玻璃产线构建的在线质量监控体系,可充分采集了冷端和热端的设备产生的数据,并通过机器学习获得流程生产过程中关键指标的最佳规格,设定相应的SPC监控告警策略,并通过相关性分析,在几万个数据采集点中实现对特定的质量异常现象的诊断分析。

  在服务阶段

  随着物联网技术的成熟和传感器成本的下降,很多工业产品,从大型装备到消费级产品,都使用了大量的传感器来采集产品运行阶段的环境和工作状态,并通过数据分析和优化来避免产品的故障,改善用户对产品的使用体验。

  这个阶段的数字孪生,可以实现如下的功能:

  远程监控和预测性维修:通过读取智能工业产品的传感器或者控制系统的各种实时参数,构建可视化的远程监控,并给予采集的历史数据,构建层次化的部件、子系统乃至整个设备的健康指标体系,并使用人工智能实现趋势预测;基于预测的结果,对维修策略以及备品备件的管理策略进行优化,降低和避免客户因为非计划停机带来的损失。

  优化客户的生产指标:对于很多需要依赖工业装备来实现生产的工业客户,工业装备参数设置的合理性以及在不同生产条件下的适应性,往往决定了客户产品的质量和交付周期。而工业装备厂商可以通过海量采集的数据,构建起针对不同应用场景、不同生产过程的经验模型,帮助其客户优化参数配置,以改善客户的产品质量和生产效率。

  产品使用反馈:通过采集智能工业产品的实时运行数据,工业产品制造商可以洞悉客户对产品的真实需求,不仅能够帮助客户加速对新产品的导入周期、避免产品错误使用导致的故障、提高产品参数配置的准确性,更能够精确的把握客户的需求,避免研发决策失误。

  

 

  西门子敏捷工厂实验室集成西门子PLM解决方案、制造执行系统OMES)/运营管理(MOM)解决方案和TIA设备方案,帮助制造商实现整个生产过程的数字化集成,再基于物联网技术(识别、传感、数据建模、智能处理等)实现生产闭环实时优化(生产调度、资源监控、能源优化、流程优化等)。

  例如,数字化双胞胎技术可为石油钻井设备提供的预测性维修和故障辅助诊断系统,不仅能够实时采集钻机不同关键子系统,如发电机、泥浆泵、绞车、顶驱的各种关键指标数据,更能够根据历史数据的发展趋势,对关键部件的性能进行评估,并根据部件性能预测的结果,调整和优化维修的策略;同时,还能够根据钻机的实时状态的分析,对钻井的效率进行评估和优化,能够有效的提高钻井的投入产出比。

  

 

  03

  与中南智能结合:落地湖南的最佳选择

  “数字化双胞胎”在工业设计、生产、服务三大阶段具有强大优势,要落地湖南,则要选择实力强劲、业务契合度高的智能制造企业。与中南智能的强强联手,某种程度上来说是一种完美结合。

  中南智能在湖南智能制造业地位非凡

  中南智能成立于2017年12月,是按照湖南省委省政府要求,经湖南省国资委批准设立的省级唯一的国有智能制造综合服务平台。

  中南智能服务覆盖全产业链

  公司产品覆盖范围广,适用于110多个不同的自动化应用场景,为行业之最,这能最大限度发挥西门子工业技术平台及“数字化双胞胎”覆盖设计、生产、服务的产品能力;公司常年服务于中国中车、中国铁建、中国保利、中国一汽、东风汽车、长丰汽车、吉利汽车、重庆机电、潍柴动力、玉柴集团、海尔集团、三一集团、特变电工等国内重点行业高端客户,为“数字化双胞胎”技术的推广和运用提供了广阔空间。

  

 

  中南智能智能制造生态系统是数字化双胞胎最佳成长环境

  中南智能具备强大的科创能力

  公司拥有一支跨学科、多领域的研发队伍和高素质的技能人才队伍,硕士研究生以上学历人员占比35%,同时拥有国家级机器人视觉与感知重点实验室、湖南省省级企业技术中心、长沙市市级企业技术中心、湖南第一个清华大学院士工作站、陈晓红院士工作站、博士后科研工作站等科研创新平台。拥有专利近200项,在2017年国家科技部统计的智能制造企业中,专利数量排名全国第二。

  中南智能强大的人才资源、科创平台最大程度确保了数字化双胞胎本土化落地及生长。

  下面组图的实际案例,展示了中南智能利用自身不俗科研实力,已结合当前业务,从数字化双胞胎的开发、工业互联网平台运用、自动化服务能力、技术服务能力等方面,将数字化双胞胎技术推广至现实工厂智能化改造层面。

  

 

 

 

 

  04

  创新中心+核心科技为湖南和长沙带来改变

  创新中心的建设正是顺应全球智能制造发展趋势,大力推动智能制造集群化,加快建设国家智能制造产业基地,把智能制造核心技术打造成引领全国、影响世界的名片,把长沙市和湖南省打造成世界的智造之都。

  推动本土智能制造技术创新和扩散

  智能制造技术是制造业转型升级的前提,包括:依托先进研发机构推动技术创新,智能制造技术验证和标准化,推动产学研一体化,促进技术成果转化,促进技术扩散和技术交流。

  打造智能制造人才培养和职业培训基地

  专业技术人才是推动智能制造的基础,创新中心开发面向智能化和数字化的课程体系和认证体系,包括:智能制造科研管理人才培养,智能制造技术操作人员实训认证,智能制造教学实训和展示体验。为长沙培养既了解产品工艺、又了解数字化工厂关键技术的智能制造复合型人才。

  整合资源服务传统制造企业转型

  整合资源支持本土传统制造业转型升级,是创新中心的主要使命,包括:区域制造业转型升级政策研究,企业智能制造体系评估和规划,智能制造示范项目辅导和支持,智能制造大数据分析和云服务,智能制造数字化孪生整体解决方案。创新中心提供的智能制造全价值链解决方案,加速推动本土企业向工业云、工业物联网、工业大数据等智能制造领域迈进。

  为中小微企业提供创新服务

  服务中小微企业也是创新中心的使命之一,包括:通过实验室为小微企业提供研发服务,通过需求和技术对接,打造智能制造产业链,建立智能制造创新服务生态圈。

  得益于数字化双胞胎技术带来的工业数字化飞跃,西门子"数字化双胞胎"(Digital Twin)为核心的数字化企业解决方案已入选2017"世界智能制造十大科技进展",未来,中南智能将融合这些智能制造的核心技术和湖南省的产业优势,努力打造中国制造业数字化转型升级与开放创新的标杆。

  看到这里,我相信您一定还未过瘾。

  明天的另一篇文章,将详细向您介绍“湖南工业4.0创新中心。”

  敬请期待!