数字化工厂与工厂仿真
面向石化安全的三维数字孪生工厂
目录1基本信息 (1)1.1解决方案背景 (1)1.2主要功能 (1)2 解决方案详细介绍 (2)2.1技术架构 (2)2.1.1系统架构 (2)2.1.2产品框架 (4)2.2主要功能 (6)2.2.1三维虚拟工厂 (7)2.2.2集成设备信息 (7)2.2.3实时监控数据集成 (9)2.2.4面向HSE的报警信息集成 (11)2.2.5应急演练和仿真 (13)2.2.5移动端应用 (20)2.2.5 VR应用 (24)2.2实施方案 (25)2.3核心优势 (26)1基本信息以工厂知识数据为核心，结合石化企业实际运营生产的业务需求，基于华天软件的智能制造管理技术平台，利用三维可视化技术加载三维工厂地图，实现工厂知识数据的整合、管理、三维展示及应用，创建高度智能化、集成化、模型化的智能制造协同平台，构建高效、节能、绿色、环保、智能、舒适的人性化工厂。
1.1解决方案背景随着新一轮工业革命的发展，工业转型的呼声日渐高涨。
十三五发展规划中第六篇《拓展网络经济空间》指出，牢牢把握信息技术变革趋势，实施网络强国战略，加快建设数字中国，推动信息技术与经济社会发展深度融合，加快推动信息经济发展壮大。
利用大数据，把体量大，发展步伐缓慢的传统产业与互联网、大数据、人工智能等新兴产业融合发展，是实体经济转型升级的新动力。
国家大数据体系必须有利于打破传统产业转型升级的瓶颈，打造生态型、平台型、融合型的产业集群。
我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期。
山东把加快新旧动能转换作为统领经济发展的重大工程，积极创建国家新旧动能转换综合实验区，推动经济发展从要素驱动向创新驱动转变。
数字化工厂由工厂建设阶段生产的数字化的静态信息，运维阶段产生的数字化的动态信息和基于工厂对象的关联关系构成，并通过三维可视化和虚拟仿真技术对工厂进行数字化模拟和全生命周期的数字化管理。
通过数字工厂的建设实现高质量数据“唾手可得”，以数字孪生的方式让各专业人员随时随地获取高质量信息。
数字化工厂仿真解决方案
数字化工厂仿真解决方案数字化工厂作为产品设计与制造的媒介逐渐成为一种新型的生产组织方式，它立足于产品整个周期的相关数据，以真实数据为依托，在虚拟环境中对生产全过程进行仿真、优化及重构。
数字化工厂以“数据驱动”为导向，分别从已经实施的CAD、PLM 系统中获取产品相关数据，同时在ERP系统获取生产计划数据，基于仿真技术和虚拟现实技术的数字化工厂技术，对真实的产品制造过程进行严谨虚拟规划和仿真分析优化，分析过程在数字化环境中进行，并在分析后将仿真和优化结果反馈到相关系统，用来验证其可行性和系统生产能力。
通过对生产过程的预测，对工艺过程进行优化，最终对生产决策进行裁决。
Tecnomatix是Siemens PLM Software提供的数字化制造解决方案，通过将制造规划包括从工艺布局规划和设计、工艺过程仿真和验证到制造执行与产品设计连接起来，实现在3D的环境下进行制造工艺过程的设计；用数字化的手段验证产品的制造工艺可行性；事先分析未来的生产系统的能力表现；快速输出各种定制类型的工艺文件。
Siemens PLM Software致力于将Tecnomatix数字化制造解决方案与Teamcenter产品全生命周期管理解决方案融合，将原Tecnomatix Process Designer模块与Teamcenter Manufacturing 模块进行整合，形成一套在Teamcenter平台上统一管理数字化制造的解决方案，全称：Teamcenter Manufaturing Process Management（简称MPM），是西门子公司针对制造业提供的产品生命周期管理（Product Lifecycle Management）的解决方案的内容之一，旨在建立一个数字化生产环境，管理产品制造的相关数据，实现设计/工艺一体化及管理，是目前市场上功能比较完备的一套制造解决方案。
这样带来的好处是，设计人员和工艺人员可以在一个平台上共享设计数据和工艺数据，各自进行设计、仿真和管理。
数字化工厂解决方案
数字化工厂解决方案背景介绍：随着科技的不断进步和工业的发展，传统的创造业正逐渐向数字化转型。
数字化工厂解决方案是指利用先进的信息技术和数字化技术，将创造业的生产过程进行数字化、智能化和自动化改造，以提高生产效率、降低成本、优化资源利用和提升产品质量。
1. 数字化工厂解决方案的概念和意义：数字化工厂解决方案是指利用现代信息技术和数字化技术对传统工厂进行改造和升级，实现生产过程的数字化、自动化和智能化。
通过数字化工厂解决方案，企业可以实现生产过程的高度集成、全面可视化和智能化管理，提高生产效率、降低成本、提升产品质量和满足个性化需求，从而增强企业的竞争力和市场份额。
2. 数字化工厂解决方案的关键技术和应用：（1）物联网技术：通过传感器、无线通信和云计算等技术手段，实现设备、工件和人员之间的互联互通，实现生产过程的实时监测、数据采集和分析，为决策提供依据。
（2）大数据分析技术：通过对海量数据的采集、存储、处理和分析，挖掘潜在的生产优化和质量改进的机会，优化生产计划、预测故障和提高产品质量。
（3）人工智能技术：通过机器学习、深度学习和自然语言处理等技术，实现设备的自动控制、智能调度和故障诊断，提高生产效率和产品质量。
（4）虚拟仿真技术：通过建立数字化的工厂模型和仿真系统，对生产过程进行摹拟和优化，降低生产风险和成本。
（5）增强现实技术：通过将虚拟信息与实际场景相结合，为操作人员提供实时指导和培训，提高工作效率和安全性。
3. 数字化工厂解决方案的应用案例：（1）智能创造：通过物联网技术和人工智能技术，实现生产设备的自动化控制和智能调度，提高生产效率和产品质量。
（2）智能仓储：通过物联网技术和大数据分析技术，实现仓库的自动化管理和智能调度，提高仓储效率和准确性。
（3）智能品质：通过物联网技术和数据分析技术，实现产品质量的实时监测和预测，提高产品质量和降低质量风险。
（4）智能物流：通过物联网技术和大数据分析技术，实现物流过程的实时监控和智能调度，提高物流效率和准确性。
化工行业的数字化转型探讨数字技术在化工行业的应用和优势
化工行业的数字化转型探讨数字技术在化工行业的应用和优势数字化转型是当今各行各业都面临的重要议题之一，而在化工行业中，数字技术的应用也成为了不可忽视的趋势。
本文将探讨数字技术在化工行业中的应用和优势，并分析其对行业发展的影响。
一、数字技术在化工行业中的应用数字技术在化工行业中的应用范围广泛，主要体现在以下几个方面：1. 智能生产过程控制数字技术为化工企业提供了更精确、高效的生产过程控制手段。
通过传感器、仪表等设备的联网，实时监测生产过程中的各项参数和数据，利用大数据分析和人工智能算法进行实时调整和控制，从而提高产品质量和生产效率。
同时，数字化转型还可以实现生产过程的自动化和无人化，降低了人力成本和安全风险。
2. 虚拟仿真技术虚拟仿真技术在化工行业中的应用主要体现在产品设计和工艺优化方面。
通过建立数学模型和仿真平台，可以对产品性能进行预测、优化和验证，降低了实验成本和时间。
同时，虚拟仿真还可以模拟不同工艺参数的效果，帮助企业找到最佳的工艺条件，提高产品质量和生产效率。
3. 物联网技术随着物联网技术的发展，化工企业可以将传感器和控制设备与云平台进行连接，实现设备状态的远程监测和控制。
例如，通过物联网技术，可以实现对设备的远程故障诊断和维修，避免了人工巡检和故障排除的时间和成本。
此外，物联网技术还可以实现对原材料和产品的追踪和溯源，提高产品质量和安全性。
4. 大数据分析化工行业拥有大量实时数据和历史数据，而大数据分析技术可以帮助企业从中挖掘出有价值的信息和规律。
通过对数据的分析和挖掘，化工企业可以了解市场需求、预测产品销售和价格趋势，从而合理调整生产计划和市场策略。
此外，大数据分析还可以帮助企业进行产品质量分析和异常检测，提高产品质量和安全性。
二、数字技术在化工行业中的优势数字化转型为化工行业带来了许多优势，对行业发展产生了积极的影响。
1. 提高生产效率和降低成本通过数字化转型，化工企业可以实现生产过程的智能化和自动化，提高生产效率和降低生产成本。
数字化工厂：从3D建模到数字化工作流
首先模拟，然后生产：随着计算机软件和硬件技术的发展，利用计算机模拟技术描述工厂生产的过程--工作流技术，已经有了长足的进步。
本文将对未来机床设备制造业中有关工作流技术的情况加以介绍。
利用计算机进行化学反应过程的模拟已经成为一项标准的应用技术了，如同按照物理-化学的基本原理模拟化工生产过程（混合、化学反应、热交换）一样。
计算机模拟所得到的数据，可供以后的工艺流程设计使用，将计算机中的3D模型转换为现实的流程设备。
在今天，这种“建模－模拟－流程”工艺设计技术已经成为化工企业经常使用的标准技术。
数据的通用性是数字化工厂的基础：没有数据的协调一致是根本不可能的在工作流技术中使用的模拟技术和3D建模技术，也在汽车制造领域以外的化工领域中得到了进一步的发展，形成了“数字化工厂”。
建立数字化工厂模型的目的在于将整个工厂的图像（厂房、流程设备等等）作为工厂规划设计的三维技术资料使用。
三维工厂规划设计的优点非常明显：工程师可以利用计算机在正式施工前对设计规划方案进行修改，节约规划成本和时间，实现最优化配置。
从而可使企业的新产品、新材料比以往任何时候都更快地投放市场，使企业在激烈的市场竞争中保持领先的优势。
Ingenics股份公司的总经理Oliver Herkommer先生对不同工业领域中工作流技术的应用目的作了这样的描述：在汽车工业领域中，使用数字化工厂技术的目的在于将汽车生产过程中所需的所有资源与产品挂钩，形成一个IT技术平台。
详细一点说就是建立一个统一管理原材料（汽车组成模块和各个零部件）、设备（机床和装备）、工厂（面积）和生产流程（制造工艺）的IT技术平台。
当工厂设计规划人员得到这些数据之后，可以缩短工厂规划设计时间、提高工厂规划设计的质量。
由于在化工流程生产企业中没有可比的标准工艺流程，因此数字化工厂设计的重点就在于厂房建筑的3D规划设计和流程工艺技术的三维设计了。
Herkommer先生说：“数字化工厂设计大大地提高了化工企业工厂规划设计的质量。
数字化工厂解决方案
数字化工厂解决方案引言概述：随着科技的不断进步和工业生产的快速发展，数字化工厂解决方案成为了企业提高生产效率和降低成本的重要手段。
数字化工厂解决方案以数字化技术为基础，通过数据采集、分析和应用，实现了生产过程的智能化和自动化。
本文将从五个方面详细阐述数字化工厂解决方案的内容和优势。
一、生产过程可视化1.1 数据采集：数字化工厂解决方案通过传感器和物联网技术，实时采集生产过程中的各种数据，包括温度、湿度、压力等。
1.2 数据分析：通过对采集到的数据进行分析，数字化工厂解决方案可以实时监测生产过程中的各种指标，如设备运行状态、产品质量等。
1.3 数据可视化：数字化工厂解决方案将分析得到的数据以图表、报表等形式展示，使管理人员可以直观地了解生产过程中的情况，及时做出调整和决策。
二、智能化生产调度2.1 生产计划优化：数字化工厂解决方案通过对生产过程进行建模和仿真，可以优化生产计划，提高生产效率和资源利用率。
2.2 实时调度：数字化工厂解决方案可以根据实时的生产情况和需求变化，自动进行生产调度，避免生产过程中的浪费和延误。
2.3 自动化控制：数字化工厂解决方案可以实现设备和生产线的自动化控制，提高生产过程的稳定性和一致性。
三、质量管理和优化3.1 数据分析和预测：数字化工厂解决方案通过对生产过程中的数据进行分析和预测，可以及时发现和解决潜在的质量问题，提高产品质量。
3.2 实时监测和反馈：数字化工厂解决方案可以实时监测生产过程中的质量指标，如产品尺寸、外观等，及时反馈给操作人员，避免不合格品的产生。
3.3 持续改进：数字化工厂解决方案可以对生产过程进行持续改进，通过数据分析和反馈，优化生产工艺和质量控制，提高产品的竞争力。
四、资源管理和节能减排4.1 资源优化配置：数字化工厂解决方案可以通过数据分析，优化资源的配置和利用，减少资源浪费和成本。
4.2 能源监测和管理：数字化工厂解决方案可以实时监测能源的使用情况，识别能源消耗的高峰和低谷，制定合理的能源管理策略。
数字化工厂解决方案
数字化工厂解决方案数字化工厂解决方案是指利用先进的信息技术和数字化技术手段，将传统工厂生产过程进行数字化改造和优化，以提高生产效率、降低成本、提升产品质量和灵活性的一种综合解决方案。
一、背景介绍随着信息技术的飞速发展和工业生产的不断进步，数字化工厂解决方案应运而生。
传统的工厂生产模式存在许多问题，如生产过程不透明、信息传递不及时、生产效率低下、资源浪费等。
数字化工厂解决方案通过将传统工厂的生产过程数字化，实现生产数据的实时监控、分析和优化，提高生产效率和产品质量，降低生产成本，实现智能化生产。
二、数字化工厂解决方案的核心技术1. 物联网技术：通过传感器、无线通信技术和云计算等技术手段，实现对生产设备、工艺流程和产品的实时监测和控制，实现智能化生产管理。
2. 大数据分析技术：通过对生产过程中产生的大量数据进行采集、存储、分析和挖掘，提取有价值的信息，为生产决策提供科学依据。
3. 人工智能技术：利用机器学习、深度学习和自然语言处理等技术，实现对生产设备的自动诊断和预测维护，提高设备的可靠性和稳定性。
4. 虚拟现实技术：通过虚拟现实技术，实现对生产过程的可视化展示和仿真，提供决策支持和培训环境。
三、数字化工厂解决方案的应用场景1. 生产过程监控和优化：通过对生产过程中的数据进行实时监控和分析，及时发现和解决生产过程中的问题，提高生产效率和产品质量。
2. 资源调度和优化：通过对生产资源的实时监测和调度，合理分配和利用资源，降低生产成本。
3. 供应链管理：通过对供应链的数字化管理，实现供应链各环节之间的信息共享和协同，提高供应链的响应速度和灵活性。
4. 产品质量管理：通过对产品生产过程中的数据进行采集和分析，实现对产品质量的实时监控和改进，提高产品质量和客户满意度。
5. 设备维护和管理：通过对设备的远程监测和自动诊断，及时发现设备故障并进行维护，提高设备的可靠性和稳定性。
四、数字化工厂解决方案的优势1. 提高生产效率：通过实时监控和优化生产过程，减少生产中的浪费和停机时间，提高生产效率。
工业互联网技术的虚拟仿真与数字化生产
工业互联网技术的虚拟仿真与数字化生产工业互联网技术是近年来兴起的一种新型智能制造模式，利用先进的信息和通信技术，实现工业生产环节的智能化和数字化。
其中，虚拟仿真和数字化生产是工业互联网技术中的两个重要环节。
本文将分别介绍虚拟仿真和数字化生产的含义及其在工业生产中的作用。
一、虚拟仿真虚拟仿真是利用计算机技术对真实世界中的物理过程、工程系统、产品形态等进行模拟和计算的过程，也是工业互联网技术的重要组成部分。
在虚拟仿真中，可以利用计算机进行各种物理实验、产品设计验证和工程系统优化等，从而避免了在实体场景中的各种试错和浪费，大大提高了生产效率和经济效益。
虚拟仿真的主要应用领域包括医疗、航空航天、汽车制造、电子设备制造、建筑设计和工程施工等。
以汽车制造为例，虚拟仿真可以模拟整个汽车生产过程，包括零部件设计、装配、测试和生产，从而帮助企业节约资源、提高效率、降低成本。
此外，虚拟仿真还可以帮助企业进行新产品的设计测试，提高产品的质量和市场竞争力。
二、数字化生产数字化生产是指以数字化的方式进行制造和生产，大量应用计算机技术和智能化设备，实现自动化、信息化和高效化的生产模式。
数字化生产是工业互联网技术应用的又一重要环节，它将现代化科技与传统制造业进行相结合，实现了数字化、智能化制造。
数字化生产主要应用于制造业领域，如机械制造、车辆制造、电子制造、食品加工等。
数字化生产可以实现工艺过程的自动化、物流过程的智能化、质量控制过程的精细化等多种效果，从而大大提高生产效率和企业竞争力。
三、虚拟仿真与数字化生产的结合虚拟仿真和数字化生产在实际应用中往往结合在一起，形成一种高效的制造生产模式。
虚拟仿真的数据可以为数字化生产提供重要数据支持，数字化生产则可以实现虚拟仿真中的自动化操作。
数字化生产还可以实现生产过程的可视化和数字化，从而实现对生产过程的监控和优化，提高生产效率和质量。
如何实现虚拟仿真和数字化生产的结合？首先，需要利用先进的传感器和计算机技术，对生产过程进行数字化监控和记录。
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VisVSA中性CAD的全面公差分析适合 大装配,直观的用户界面,运动装配, 过约束装配,连接FEA结果,
Variation Analysis CAD嵌入式（CAD）3D 公差分析，扩展CAD系统的功能，支持 CATIA (V4 & V5), NX, Ideas, Pro/E 。
Tecnomatix/VisVSA、 Variation Analysis CAD 3D 装配公差变化分析的工具， 能够 在设计和制造两方面都能优化零件公差, 决定零件和装配件的关键公差变化 (CTQ), 预测 加工的能力，指出影响装配误差变化的最大因素。
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Human Simulation提供：
参数化的人体模型（性别、百分比、地区）； 预定义的关节属性（脊柱、上下肢、头部等）； 宏命令方式进行人体动作的编辑定义； 人体包罗、视线分析； 常见的人机工程学国际标准（OWAS/RULA/NOIS/…）
Detail Operation Movie
仿真装配工艺过程，验证工艺规划以及所用的各种资源，如场地、设备、工艺流程等； 需要装配、人机、设备运动的综合仿真能力，需要一体化的仿真环境和统一模型； 需要能处理制造系统大数据量的能力； 需要与工艺规划的集成和对制造数据的管理能力
为什么需要进行人机工程学模拟分析？ • 产品在使用过程中可能出现的人机交互问题（可视、可达问题）； • 产品在维护过程中出现的设计不合理； • 工人操作时的身体舒适度问题； • ……
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•较复杂的生产系统和控制策略的仿真 •面向对象的层次模型 •包含业务，物流和生产过程 •专门的应用对象库，用于快速地和有效地建立特定用途地模型 •用于对产量，资源和瓶颈进行分析的图形和图标
•全面的分析工具包括自动瓶颈分析仪，流量图和甘特图
•3D可视化和动画 •集成的实验处理能力 •对系统参数进行自动优化的遗传算法
逻辑: 流程控制, 谁，什么时候生产什么?
布局: 设备和工人放在什么地方最好?
• • •
Tecnomatix Plant Simulation是工厂生产过程和离散事件的规划、仿真、优 化的软件工具。 允许产生复杂系统的动态计算机模型以研究系统的特性和优化系统的性能。 这种计算机模型能够使用户进行实验和情景模拟而不用干扰现有的生产或者 在实际系统建立以前在工艺规划阶段使用。
数字化工艺仿真和工厂仿真
石炳坤 2009年11月 Siemens PLM Software
仿真是在模型里对动态过程的一种模仿，以便达到把结果传递给真实系统的目的。
(由德国工业工程师协会定义)
真实－系统
仿真模型
建模 概念化
结果- 传递
实验
分析, 解释
真实系统的结论
定量结果
•
广泛的工艺仿真能力
动态装配仿真 装配过程仿真 人机过程仿真 焊接过程仿真 机器人和机械设备运动仿真 可编程控制器PLC仿真 冲压仿真 机加工过程仿真 装配精度和公差仿真 工厂仿真 工位布局和仿真 生产线和物流仿真
加工制造单元
机身装配机器人
PLC
E-CAD (z.B. E-Plan)
Step 7 Professional
简化编程
1
3D 建模
运动学 布局 顺序 (10 仿真)
虚拟验证 减少实际调试的工作 3
下载到虚拟 PLC
虚拟试验& 试运行 Programming Debugging
• 数字化工艺仿真
• 工厂仿真
• • • •
装配顺序是否合适？ 装配间隙如何调整？ 装配是否存在干涉？ 路径如何设定？
Assembly Simulation的技术特点：
1. 分析包含装配环境因素的装配过程； 2. 分析动态过程中的可能干涉； 3. 无干涉路径计算； 4. 可选人机仿真；
SAIC后轴装配生产线
Hale Waihona Puke 工艺管理物流分析及优化
工人仿真/可维护性验证
质量规划/公差分析 机器人离线编程
1990
1995
2000
2005
• 整机装配工艺的数字化设计 > 6000 道工序, > 3000 套资源 件 • 工时的定义与管理 时间管理与学习曲线管理 • 装配模拟 > 60 3D 装配验证 ( only FAL ) • 与PDM集成，获得产品信息 Optegra , CADDS5 for 3D CAD data • 信息协同与共享
•开发系统结构具有支持多种接口和集成的能力
船厂
车间生产调度
物流
机场行李处理 仓库优化
HAWESKO: 葡萄配送中心
24
谢谢
2
信号生成
代码生成 程序生成
Virtual PLC
Tecnomatix™Stamping 仿真板金冲压过程。可以对冲压设备、冲压模进行仿真，也可以对冲压 生产线进行仿真。特别在汽车板金冲压线的规划上提供必要的验证，如对送料机构的设计验证。
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传统机械加工过程中，数控设备的程序都需要物理试切才能确定加工程序的可行性，现在在 Tecnomatix™中Real-NC Machine软件可以实现虚拟的切削过程的模拟，分析刀路的正确性和完 整性；分析机床设备可能存在的干涉和碰撞；
Tecnomatix™提供在3D的环境下仿真模拟分析由单台工业机器人（自动化焊接设备）工位或者多 机器人的焊接生产线的焊接过程。主要分析和优化设备运动路线和时间节拍以及设备的离线编程 应用。Tecnomatix™在机器人仿真模拟领域是最杰出的应用软件。(ROBCAD)
Tecnomatix™Process Simulate/Kinematics 提供在3D的环境下仿真模拟各种具有复杂运动的设备和工装夹 具；分析设备运动的可行性、可达性，运动过程的干涉以及设备之间的协同，设备与人之间的协调等。以便尽 早的发现设备和工装夹具设计中存在的错误，加快投产速度，降低制造成本。
• 数字化工艺仿真
• 工厂仿真
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工厂的布局、生产及吞吐能力能否满足生产需求吗？ 设计的生产线能适应定单数量的变化和品种的变化吗？ 生产系统的瓶颈是什么？ 生产线是否较好地平衡？其批量是否优化过？ 生产线的各部分是否能正确控制和同步运行？
数量: 工人，装载具，缓冲区，设备的数量?
• 适应制造过程中各种层次的仿真需要
工厂
车间/生产线
工位
设备/资源
Tecnomatix数字化制造具有PLM环境下的全面仿真能力； 仿真所使用的数据能方便地从装配工艺规划中直接提取，是完全一体化的解决方案; 缩短产品工艺准备的周期，提高工艺设计的质量； 现场的工艺问题在数字化环境下提前得到分析;