數(shù)字孿生不僅限于設(shè)計(jì)和工程，而是通過集成制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)來改變制造過程，本文探討了MES在實(shí)現(xiàn)制造卓越中的關(guān)鍵作用。

當(dāng)今全球互聯(lián)的世界中，制造和供應(yīng)鏈面臨前所未有的復(fù)雜性和需求。新冠疫情等事件突顯了這些系統(tǒng)的脆弱性，促使制造商尋找創(chuàng)新解決方案以保持領(lǐng)先并減少中斷。

什么是數(shù)字孿生?

數(shù)字孿生的定義多種多樣，各有其正確性，因?yàn)檫@個(gè)概念對(duì)不同人來說意義不同。根據(jù)AWS的文章，“數(shù)字孿生是一個(gè)動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)的物理系統(tǒng)的數(shù)字表示，模仿物理系統(tǒng)的真實(shí)結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和行為，以推動(dòng)業(yè)務(wù)成果。”這一定義強(qiáng)調(diào)了業(yè)務(wù)成果，應(yīng)指導(dǎo)數(shù)字孿生實(shí)施的要求。

數(shù)字孿生包括：

預(yù)生產(chǎn)孿生：在工程和設(shè)計(jì)領(lǐng)域，回答“假設(shè)”問題以評(píng)估在進(jìn)行重大投資之前的可行性。

運(yùn)營(yíng)孿生：結(jié)合數(shù)字和物理模型，具有持續(xù)的數(shù)據(jù)流以顯示實(shí)時(shí)狀態(tài)，并可能包括預(yù)測(cè)分析以檢測(cè)模式和預(yù)測(cè)未來事件。

MES的數(shù)據(jù)對(duì)于創(chuàng)建貫穿產(chǎn)品生命周期的全面數(shù)字孿生至關(guān)重要，尤其是在工程和設(shè)計(jì)階段之外的運(yùn)營(yíng)階段。

什么是MES?

MES軟件跟蹤和管理從開始到完成的生產(chǎn)過程，并捕獲重要的制造數(shù)據(jù)，它優(yōu)化操作并幫助決策，從原材料到成品。據(jù)LNS Research稱，自2019年以來，MES的采用率翻了一番，凸顯了其在轉(zhuǎn)向價(jià)值方面的重要性。

MES與數(shù)字孿生的交集

數(shù)字孿生需要四個(gè)組件：業(yè)務(wù)成果、數(shù)字表示、相應(yīng)的物理系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)更新的數(shù)據(jù)連接。MES在最后一部分尤其重要，特別是在離散制造中。

考慮一個(gè)典型的機(jī)械加工廠，有計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)器、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器(CMM)和視覺機(jī)器，這些機(jī)器提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如條形料長(zhǎng)度、測(cè)量尺寸、工具使用和運(yùn)行時(shí)間。

MES可以通過捕獲產(chǎn)品編號(hào)、訂單編號(hào)、產(chǎn)品經(jīng)過的其他操作、原材料供應(yīng)商、零件的客戶和具體的質(zhì)量控制來情境化這些數(shù)據(jù)。結(jié)合來自產(chǎn)品生命周期管理(PLM)和ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，這些信息構(gòu)成了數(shù)字孿生所要?jiǎng)?chuàng)建的完整圖景。

想象一下一個(gè)過程或機(jī)器的數(shù)字表示，其中包含所有當(dāng)前的操作參數(shù)和對(duì)未來訂單的預(yù)測(cè)，如材料可用性、工具壽命和維護(hù)計(jì)劃。計(jì)劃人員可以查看他們可以用當(dāng)前庫(kù)存和機(jī)器供應(yīng)安排多少訂單。工廠經(jīng)理可以直觀地看到生產(chǎn)速度和潛在的瓶頸，維護(hù)經(jīng)理可以確定剩余的工具壽命并計(jì)劃下一次維護(hù)。

MES數(shù)據(jù)的情境化使來自其他傳感器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的原始信息與創(chuàng)建數(shù)字孿生的業(yè)務(wù)目的相關(guān)聯(lián)。

技術(shù)挑戰(zhàn)和可能性

建立數(shù)字孿生涉及從數(shù)字表示、物理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和集成等組件中整合各種技術(shù)能力，這種復(fù)雜性源于數(shù)字表示通常是工程和設(shè)計(jì)工作的結(jié)果，以3D或2D格式建模物理系統(tǒng)，同時(shí)，物理系統(tǒng)由操作資產(chǎn)組成，數(shù)據(jù)和連接來自多種技術(shù)。

例如，考慮值40，這個(gè)數(shù)字在沒有上下文的情況下是沒有意義的，它可能代表CNC機(jī)器21號(hào)上的棒材長(zhǎng)度，以鈦合金制成，由供應(yīng)商XYZ提供，供客戶ABC的部件號(hào)1122使用。由于這些信息存在于不同的系統(tǒng)中，因此需要更緊密的數(shù)據(jù)集成和情境化。

許多解決方案涉及將數(shù)據(jù)從傳感器移動(dòng)到云端，在那里更容易進(jìn)行集成和分析，然而，只有少數(shù)技術(shù)早期采用者將MES集成到這個(gè)框架中，并將其作為數(shù)字孿生的一個(gè)組成部分。

未來趨勢(shì)和采用

根據(jù)LNS Research報(bào)告，截至2023年，只有33%的制造商實(shí)施了MES。隨著MES的發(fā)展周期，不是所有制造商都將其視為數(shù)字孿生的促成因素，而是為了其核心功能而實(shí)施它。許多這些MES也很舊，難以集成。

此外，目前制造中的數(shù)字孿生主要集中在機(jī)器和資產(chǎn)上，幾乎沒有或沒有與MES數(shù)據(jù)的集成。用例主要集中在遠(yuǎn)程監(jiān)控上。

隨著制造商現(xiàn)代化其MES并接受數(shù)字孿生，我們預(yù)計(jì)進(jìn)一步的技術(shù)進(jìn)步將促進(jìn)更深入的集成，這一趨勢(shì)將使MES和其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)利用更加全面，推動(dòng)制造過程中的更大創(chuàng)新和效率。將會(huì)有更多的用例超越維護(hù)，涵蓋生產(chǎn)力、質(zhì)量、供應(yīng)鏈等領(lǐng)域。

結(jié)論

數(shù)字孿生代表了一種變革性的方法來實(shí)現(xiàn)制造卓越，在過程優(yōu)化和決策中提供戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的發(fā)展，它們與MES的集成將變得越來越重要，這對(duì)于希望保持競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新的制造商來說是至關(guān)重要的。