一、現(xiàn)狀及問題

2021年3月，國務(wù)院發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中，明確提出推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化轉(zhuǎn)型，包括“實(shí)施“上云用數(shù)賦智”行動(dòng)，推動(dòng)數(shù)據(jù)賦能全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同轉(zhuǎn)型”。煙草行業(yè)作為實(shí)體經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，通過先進(jìn)的智能制造技術(shù)賦能煙草業(yè)信息化高質(zhì)量發(fā)展，已成為促進(jìn)煙草業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)動(dòng)力。

工廠是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要載體，對(duì)于保障數(shù)字化建設(shè)的協(xié)同性、一致性及有效性具有重要意義，因此，卷煙廠的廠級(jí)數(shù)字化轉(zhuǎn)型迫在眉睫。當(dāng)前，中國煙草制造行業(yè)邁向全新的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，整個(gè)行業(yè)對(duì)卷煙生產(chǎn)的高速度與高品質(zhì)有極其嚴(yán)苛的要求，如何保證從煙葉、制絲、卷接、包裝、裝箱、運(yùn)輸?shù)恼麄€(gè)生產(chǎn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)保持透明、可控與連續(xù)，是某卷煙廠面臨的重大挑戰(zhàn)。

二、廠級(jí)數(shù)字孿生

為解決上述問題，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)輸過程的透明可控，亟需將大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等技術(shù)引入煙葉、制絲、卷接、包裝、成品入庫、運(yùn)輸?shù)娜^程管理，將現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)真實(shí)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，并以3D模型實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)，便于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)和調(diào)度。針對(duì)某卷煙廠的生產(chǎn)特點(diǎn)，構(gòu)建一套基于數(shù)字孿生的廠級(jí)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，通過以虛擬工廠控制實(shí)體工廠，幫助企業(yè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障，提升設(shè)備有效作業(yè)率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息的全程可追溯，促進(jìn)生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置，降低生產(chǎn)成本。

（1）采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)：以需求為導(dǎo)向，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為驅(qū)動(dòng)，充分利用傳感器、攝像頭等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)采集卷包車間、制絲車間生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

（2）通過與車間MES、ESB系統(tǒng)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合，逐步構(gòu)建一張完整的數(shù)據(jù)視圖，推進(jìn)卷煙廠信息化向數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

構(gòu)建廠級(jí)數(shù)字孿生平臺(tái)

2.1工廠層面

構(gòu)2.1工廠層面

構(gòu)建覆蓋生產(chǎn)、運(yùn)營、能耗、設(shè)備、工藝等多個(gè)維度的領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙。整合基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，利用先進(jìn)的人機(jī)交互方式，建立數(shù)據(jù)展示、分析、監(jiān)測(cè)等多功能的數(shù)字孿生三維可視化駕駛艙，對(duì)設(shè)備運(yùn)維、能效管理、經(jīng)營情況等關(guān)鍵指標(biāo)分析呈現(xiàn)，實(shí)時(shí)掌握工廠整體運(yùn)行態(tài)勢(shì)，輔助全工廠管理決策，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)指揮、分析研判、展示匯報(bào)等場(chǎng)景應(yīng)用。

生產(chǎn)運(yùn)營駕駛艙：針對(duì)廠級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、車間領(lǐng)導(dǎo)的駕駛艙。對(duì)整個(gè)工廠進(jìn)行數(shù)字孿生仿真，方便領(lǐng)導(dǎo)對(duì)車間生產(chǎn)及效益進(jìn)行了解，主要包括計(jì)劃、產(chǎn)量、質(zhì)量、設(shè)備、人員等相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，以及產(chǎn)能、效益、訂單量、客戶、成本、銷售、渠道等數(shù)據(jù)。幫助領(lǐng)導(dǎo)“一目了然”制絲車間智能產(chǎn)線的情況，支持領(lǐng)導(dǎo)的快速?zèng)Q策，輔助產(chǎn)線智能化落地，推動(dòng)卷煙廠的高質(zhì)量發(fā)展。

能耗管理駕駛艙：對(duì)卷煙廠能耗系統(tǒng)進(jìn)行仿真。針對(duì)變配電、照明、空調(diào)、給排水、熱水機(jī)組和重點(diǎn)設(shè)備能耗和運(yùn)行信息進(jìn)行系統(tǒng)展示，對(duì)設(shè)備的CO2排放量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，幫助煙廠整體掌握電、水、天然氣、熱力等能源介質(zhì)的能源消耗狀況，將各種能耗報(bào)表、數(shù)據(jù)曲線、分析結(jié)果等展現(xiàn)給企業(yè)管理者，幫助企業(yè)建立更有依據(jù)、更有效的節(jié)能體系。

設(shè)備管理駕駛艙：對(duì)卷煙廠重要生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行仿真。提供設(shè)備指標(biāo)分析看板，實(shí)時(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，將設(shè)備數(shù)據(jù)形象化、直觀化、具體化，打破設(shè)備業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)隔離，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)分析及決策場(chǎng)景落地。

工藝管理駕駛艙：對(duì)卷煙廠工藝流程進(jìn)行仿真。對(duì)產(chǎn)線上的批次質(zhì)量、批次質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差、近 30 批的質(zhì)量 CPK 和質(zhì)量帕拉圖等分析進(jìn)行展示，讓質(zhì)量管理人員直觀、快捷的了解產(chǎn)線、工段和工序的質(zhì)量情況，及時(shí)解決質(zhì)量問題。

2.2車間層面

引入圖層概念，把不同的業(yè)務(wù)內(nèi)容歸類到不同的圖層中，可以自由的顯示和隱藏不同的業(yè)務(wù)圖層，實(shí)現(xiàn)分門別類的呈現(xiàn)和操控。做到門類清晰，便于管理。本次建設(shè)的主要圖層包含生產(chǎn)狀態(tài)圖層，物料流轉(zhuǎn)圖層、生產(chǎn)監(jiān)控圖層、虛擬巡檢圖層、智能排產(chǎn)圖層。通過對(duì)車間各個(gè)產(chǎn)線、各個(gè)工段、重要設(shè)備、運(yùn)轉(zhuǎn)流程等管理要素進(jìn)行還原，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)流程、生產(chǎn)進(jìn)度等進(jìn)行可視化監(jiān)測(cè)，完成廠區(qū)工序流轉(zhuǎn)的全方面監(jiān)控管理。

數(shù)字孿生車間：數(shù)字孿生客戶端選擇生產(chǎn)狀態(tài)圖層。視角拉遠(yuǎn)，能夠看到整個(gè)產(chǎn)線車間數(shù)字孿生的全貌

功能指標(biāo)：重要節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)提示信息

統(tǒng)計(jì)圖表：各種生產(chǎn)信息的匯總整理，以直觀可視化的方式呈現(xiàn)。

功能指標(biāo)：產(chǎn)量趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)批次統(tǒng)計(jì)、產(chǎn)出信息統(tǒng)計(jì)、物料統(tǒng)計(jì)

物料流轉(zhuǎn)模擬：動(dòng)畫示意物料在設(shè)備間的流轉(zhuǎn)狀態(tài)

功能指標(biāo)：煙包、煙葉、煙絲流動(dòng)效果；堵料警示效果；缺料警示效果

生產(chǎn)過程監(jiān)控：實(shí)時(shí)反饋各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的指標(biāo)數(shù)據(jù)，能及時(shí)預(yù)警異常信息；

功能指標(biāo)：顯示各單元的批次和牌號(hào)；顯示各節(jié)點(diǎn)的通訊狀態(tài)；顯示各類型的異常告警；

生產(chǎn)數(shù)據(jù)推送：可以實(shí)時(shí)查閱各種生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)產(chǎn)生的具體位置顯示相關(guān)信息；

功能指標(biāo)：批次生產(chǎn)工單、配方 BOM、投料、產(chǎn)出信息；批次生產(chǎn)過程 SOP 作業(yè)狀態(tài)；

產(chǎn)線虛擬巡檢：按正常人工巡檢的路線自動(dòng)或手動(dòng)的完成產(chǎn)線虛擬巡視，沿路展示各個(gè)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的信息，如果有異常告警則高亮顯示在具體的位置上；

功能指標(biāo)：包括各單元的批次、牌號(hào)，各節(jié)點(diǎn)的在線狀態(tài)，健康狀態(tài)等信息；

高級(jí)排產(chǎn)生產(chǎn)仿真對(duì)接：和排產(chǎn)仿真對(duì)接，根據(jù)不同的資源規(guī)劃方案，建立多個(gè)仿真模型評(píng)估各種方案；

功能指標(biāo)：排產(chǎn)數(shù)據(jù)；

2.3關(guān)鍵設(shè)備層面

在數(shù)字孿生工廠可視化平臺(tái)中重點(diǎn)設(shè)備管理模塊圍繞設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備預(yù)警等能力進(jìn)行專項(xiàng)支撐，通過數(shù)字孿生，實(shí)現(xiàn)設(shè)備作業(yè)狀態(tài)、運(yùn)行指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)預(yù)警、故障監(jiān)測(cè)、健康度評(píng)價(jià)、數(shù)字圖紙、備件地圖等功能。