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智能生产管控系统与数字孪生的融合

时间:2021-11-30   访问量:158

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智能生产管控与数字孪生在技术内涵上具有内在的一致性,就技术而言,数字孪生具有“物理实体状态实施采集-数字虚体分析推理决策-物理实体精准精确执行”的链路,其中实时性与闭环性是其中最为核心的两个特征,与智能生产管控具有直接而密切的一致性关联关系。

(1)由虚向实的孪生实时映射与智能生产持续状态感知的融合

数字孪生涉及到物理世界和数字世界之间的孪生映射,或者说物理实体与数字虚体的孪生协调,需要指出的是,这种孪生映射与协调具有双向的含义。在数字孪生语境下,生产环境的物理实体是整个生产系统,包括目视可见生产线及其工艺设备装置以及其运行组织模式,并且这种模式是随时间逐步变化的。

数字孪生的第一个原则是虚实映射,其核心是对物理实体进行数字化表征,包括生产系统的运行状态以及资源优化配置、工艺执行过程的内在机理等,并且由于生产系统运行的持续性,从而要求这种孪生映射或协调具有随时间推进而逐步变化的特点,因此,智能生产系统的运行决定了数字孪生虚体建模的实时性是基本要求,从而要求基于数字虚体所进行的分析推理决策应该具有服务化的特点,以实现对生产状态的前瞻预测和分析推理决策。

同时,数字孪生的实时性内涵能够有效的解决传统上面临的“虚而不拟、仿而不真”的问题,尤其是其缺乏从时间轴线上考虑物理实体演变所导致的分析推理滞后从而不真实的缺陷。智能生产系统在目前工业物联/互联技术的支持下,已经具有实时采集生产系统状态的技术能力,从而推动了数字孪生在智能生产管控领域中的应用。

(2)基于运行机理模型的数字虚体与智能生产推理决策的融合

生产系统是在其机理规律在发生作用的推动下运行的,而这种作用就是数字孪生建设数字虚体的重点。对于生产系统而言,其重点主要在两个方面。

一是复杂动态状态驱动下的制造资源优化配置,支持智能生产系统的态势感知与推理决策。其中态势感知的目的是支持对生产稳态运行的持续态势判断,偏重于传统的仿真技术范畴。其中推理决策的目的是结合当天动态变化的实际执行状态,其核心是对生产系统进行纠偏或优化,提供持续优化的资源配置决策方案,偏重传统的生产系统优化的技术范畴。二是复杂动态状态驱动下的工艺执行过程监控,支持智能生产系统的高效生产出优质产品,是直接决定制造企业生存的关键。其同样存在两个层次的内涵

(3)由实向虚的孪生闭环映射与智能生产闭环执行的融合

由实向虚的孪生闭环映射是基于数字虚体所做出的分析推理决策结果而对实际运行状态进行干预的过程,是数字孪生得以体现和发挥作用的重要环节。

对于生产系统而言,其智能性体现特征之一就是基于生产软硬件系统集成的闭环执行。传统的生产系统建模与仿真领域研究,主要是做到了对物理实体某时刻状态或在实际状态输入情况下的运行监视,尚不具有孪生闭环映射的特点。这种只是监视而非控制的应用模式,在一定程度上弱化了分析推理模型的应有价值,而这正是数字孪生技术和智能生产管控所应当和要求的运行模式。

通过数字虚体的分析推理得出修改纠偏的工艺参数或者优化的运行配置方案,并且以控制指令的方式自动的下发到物理实体进行执行,在目前柔性自动控制深入发展的基础上,已经具有了技术实现的能力和条件。


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