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烟草行业厂级数字孪生整体规划
2024-06-19 09:22

一、现状及问题

2021年3月,国务院发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中,明确提出推动产业链数字化转型,包括“实施“上云用数赋智”行动,推动数据赋能全产业链协同转型”。烟草行业作为实体经济的重要组成部分,通过先进的智能制造技术赋能烟草业信息化高质量发展,已成为促进烟草业数字化转型的重要驱动力。

 

工厂是数字化转型的重要载体,对于保障数字化建设的协同性、一致性及有效性具有重要意义,因此,卷烟厂的厂级数字化转型迫在眉睫。当前,中国烟草制造行业迈向全新的市场经济时代,整个行业对卷烟生产的高速度与高品质有极其严苛的要求,如何保证从烟叶、制丝、卷接、包装、装箱、运输的整个生产过程中各个环节保持透明、可控与连续,是某卷烟厂面临的重大挑战。

 

二、厂级数字孪生

为解决上述问题,实现整个生产运输过程的透明可控,亟需将大数据、数字孪生等技术引入烟叶、制丝、卷接、包装、成品入库、运输的全过程管理,将现场作业真实数据与仿真数据进行同步,并以3D模型实现动态联动,便于对现场运行情况进行实时监控、预测和调度。针对某卷烟厂的生产特点,构建一套基于数字孪生的厂级生产管理系统,通过以虚拟工厂控制实体工厂,帮助企业及时发现和排除故障,提升设备有效作业率,实现生产信息的全程可追溯,促进生产资源的优化配置,降低生产成本。
 

 

(1)采集生产数据:以需求为导向,以数字化转型为驱动,充分利用传感器、摄像头等物联网技术,实时采集卷包车间、制丝车间生产过程中产生的数据。

 

(2)通过与车间MES、ESB系统,业务系统数据融合,逐步构建一张完整的数据视图,推进卷烟厂信息化向数字化转型。

 

构建厂级数字孪生平台

2.1工厂层面

构建覆盖生产、运营、能耗、设备、工艺等多个维度的领导驾驶舱。整合基础空间数据和业务系统数据,利用先进的人机交互方式,建立数据展示、分析、监测等多功能的数字孪生三维可视化驾驶舱,对设备运维、能效管理、经营情况等关键指标分析呈现,实时掌握工厂整体运行态势,辅助全工厂管理决策,实现监测指挥、分析研判、展示汇报等场景应用。

 

生产运营驾驶舱:针对厂级领导、车间领导的驾驶舱。对整个工厂进行数字孪生仿真,方便领导对车间生产及效益进行了解,主要包括计划、产量、质量、设备、人员等相关数据的分析,以及产能、效益、订单量、客户、成本、销售、渠道等数据。帮助领导“一目了然”制丝车间智能产线的情况,支持领导的快速决策,辅助产线智能化落地,推动卷烟厂的高质量发展。

能耗管理驾驶舱:对卷烟厂能耗系统进行仿真。针对变配电、照明、空调、给排水、热水机组和重点设备能耗和运行信息进行全面展示,对设备的CO2排放量进行监测,帮助烟厂全面掌握电、水、天然气、热力等能源介质的能源消耗状况,将各种能耗报表、数据曲线、分析结果等展现给企业管理者,帮助企业建立更有依据、更有效的节能体系。

 

设备管理驾驶舱:对卷烟厂重要生产设备进行仿真。提供设备指标分析看板,实时反映设备的运行状态,将设备数据形象化、直观化、具体化,打破设备业务数据隔离,实现指标分析及决策场景落地。

 

工艺管理驾驶舱:对卷烟厂工艺流程进行仿真。对产线上的批次质量、批次质量标准偏差、近 30 批的质量 CPK 和质量帕拉图等分析进行展示,让质量管理人员直观、快捷的了解产线、工段和工序的质量情况,及时解决质量问题。

 

2.2车间层面

引入图层概念,把不同的业务内容归类到不同的图层中,可以自由的显示和隐藏不同的业务图层,实现分门别类的呈现和操控。做到门类清晰,便于管理。本次建设的主要图层包含生产状态图层,物料流转图层、生产监控图层、虚拟巡检图层、智能排产图层。通过对车间各个产线、各个工段、重要设备、运转流程等管理要素进行全方位还原,对产品生产流程、生产进度等进行可视化监测,完成厂区工序流转的全方面监控管理。

 

数字孪生车间:数字孪生客户端选择生产状态图层。视角拉远,能够看到整个产线车间数字孪生的全貌。

功能指标:重要节点的状态提示信息

 

统计图表:各种生产信息的汇总整理,以直观可视化的方式呈现。

 

功能指标:产量趋势统计、质量趋势统计、生产批次统计、产出信息统计、物料统计

 

物料流转模拟:动画示意物料在设备间的流转状态。

 

功能指标:烟包、烟叶、烟丝流动效果;堵料警示效果;缺料警示效果

 

生产过程监控:实时反馈各生产环节的指标数据,能及时预警异常信息。

功能指标:显示各单元的批次和牌号;显示各节点的通讯状态;显示各类型的异常告警;

生产数据推送:可以实时查阅各种生产运行数据、运维数据,在数据产生的具体位置显示相关信息。

功能指标:批次生产工单、配方 BOM、投料、产出信息;批次生产过程 SOP 作业状态;

产线虚拟巡检:按正常人工巡检的路线自动或手动的完成产线虚拟巡视,沿路展示各个生产节点的信息,如果有异常告警则高亮显示在具体的位置上。

功能指标:包括各单元的批次、牌号,各节点的在线状态,健康状态等信息;

 

高级排产生产仿真对接:和排产仿真对接,根据不同的资源规划方案,建立多个仿真模型评估各种方案。

功能指标:排产数据

2.3关键设备层面

在数字孪生工厂可视化平台中重点设备管理模块围绕设备监控、设备预警等能力进行专项支撑,通过数字孪生,实现设备作业状态、运行指标的实时监控,进行设备运行状态指标预警、故障监测、健康度评价、数字图纸、备件地图等功能。

 

PLtwin数字孪生拥有Unity游戏引擎与GIS&BIM地图的两条技术产品,包含3D建模与开发的独立数字孪生团队,利用三维建模技术还原真实场景,模拟仿真运行状态,打通业务数据,实现数字化"一张图"的多种应用场景。广泛应用于智慧社区、房地产、智慧城市、智慧工厂、数字产线、工艺仿真等诸多领域。

 

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