虚拟孪生体验如何优化企业运营

随着对满足个性化客户需求的各种定制产品需求的激增，制造型企业在满足不断变化的市场需求方面所发挥的作用比以往任何时候都更为关键。然而，对于制造商来说，在保持生产能力以满足这些需求的同时如何控制运营成本是一个重大挑战。制造型企业可以通过利用虚拟孪生数字化解决方案来应对这一挑战，以帮助他们实现可视化新产品、设备、资源、工厂、生产流程及供应链的完美规划，从而实现业务运营的不断优化。

虚拟孪生体验在制造业的典型应用：

工厂规划
工艺规划
供应链规划及计划排程
制造执行

一、工厂规划：如何通过优化物理空间和产线来生产产品？

虚拟孪生体验的功能

• 基于2D图纸创建3D虚拟模型  BIM和CAD

• 对工厂进行3D点云扫描

• 在3D中定义设备、资源位置

目标和效益

• 在虚拟环境中验证工位、设备不同工况下的适用性

• 评估工厂作业环境的合理性、识别潜在风险

• 基于虚拟模型的早期验证避免高成本的重复设计

• 与供应商和价值链中的业务伙伴进行高效协作

二、工艺规划：  如何优化生产流程，以最大限度地改善效率、成本、质量和安全？

随着生产规划从工程设计转向制造执行，制造企业面临着如何将设计转化为工艺方案的挑战，因为这两者往往使用的是不同的工具集，而且这些工具集彼此互不联通。信息流与协作难以逾越数字鸿沟对生产产生了切实影响：

• 新品导入时间长

• 订单延迟交付

• 质量

• 安全

• 成本

解决方法在于，是否能以一种高效且成本低廉的方式快速构建产品原型。实现这一目标的第一步是通过3DEXPERIENCE平台基于工程物料清单EBOM来创建制造物料清单MBOM。

一旦完成了这一步，接下来的步骤就涉及到“如何”以及在“哪里”制造产品。3DEXPERIENCE平台使企业能够以虚拟方式仿真其工艺规划方案，以便在执行之前识别潜在风险，从而避免试制试产阶段的诸多风险，并缩短产品发布时间。

此后，企业可以构建一个完整的虚拟工艺模型，该模型会包含MBOM和工艺流程，并确定所需的资源、如何提高资源利用率和解决潜在的质量问题，从而减少工作量和废料。这无形中帮助企业节省了本应花费在实物验证上的时间和金钱，从而加快了产品的上市进程，同时提高了产品质量并在整个时限内对流程步骤进行了验证。

三、供应链规划及计划排程 ：如何在管理约束条件的同时优化生产？ 

企业可将需求和供应相关的预测数据施加到供应链计划模型中，在制造、加工及分销等相关约束条件下如何制定、管理并执行计划，同时优化供应链运营。

在企业供应链运营的高层次上，可能每月或每季度都会进行销售和运营规划S&OP。虚拟孪生体验帮助分析全球供应链的约束条件并生成可能的“假定”计划，以应对波动的供需情况。

在“战术”层面，虚拟孪生体验将资源、材料和生产瓶颈等细粒度约束条件考虑在内，生成一个更详细的主生产计划。

这个领域有很多机会，在面对某些确定和不确定的因素时，各种利用机器学习和人工智能的优化引擎是实现供应链柔性及制定生产计划的重要驱动力。考虑到这么多可能的场景，有时很难制定出任何一个可行的计划，更不用说制定最佳计划了。

在制定战略计划时，重要的是在多场景下对成功至关重要的业务关键绩效指标，以便企业制定可持续发展的计划，同时能够快速应对内外部因素的突然变化。虚拟孪生体验通过基于KPI驱动的一体化柔性建模计划引擎，可以灵活配置、综合考虑多种内外部约束及潜在场景，快速形成从供应链战略规划到多工厂、产线层的排程计划。

四、制造执行： 如何做到完美执行，按时交付优质产品？

制造运营管理MOM比制造执行系统MES的范围更广，因为它涉及自动化、执行和管理与制造执行相关的所有业务流程，包括制造生产、质量、仓储、劳动力和维护。在单个平台上管理所有这些功能体现出众多优势：

• 实现可持续创新和卓越降低风险并提高运营灵活性

• 质量问题可以触发维护报警并自动触发应对流程

• 快速异常相应

• 构建透明工厂辅助管理层迅速决策

• 消除数据孤岛及应用壁垒

• 降低风险并提高运营灵活性

设备集成使制造运营管理解决方案能够通过工业物联网连接到现实世界中的所有机器和设备。连通性的开放标准直接连通和通过合作伙伴的互联方案使制造运营管理解决方案适用于所有符合工业互联网标准的制造中心。这有助于企业实现合规化、统一化管理，推广好的实践并实现精益运营。

在现实世界和制造运营管理解决方案之间建立工业物联网连接对企业来说比较具有挑战性，但它构成了虚拟孪生体验理念的关键部分。这种连通性实现了虚拟世界和现实世界的闭环同步，从而提高了生产力，提供了完整的实时可见性，实现了预测维护并提高了产品质量。       

企业通常会发现，实现这种连通性是比较具有挑战性的，因为现场的设备资源通常使用不同的通信标准，而这些标准在系统之间的转换并不好。旧设备和新系统之间的不兼容性使得这一问题更加困难。

DELMIA针对这些挑战采取了开放且广泛兼容的方法。在不涉及硬件改造的情况下，我们的方法是采用广泛的行业标准，并利用可以与所有形式的硬件适配的通用解决方案；与合作伙伴合作，确保所有系统都能与3DEXPERIENCE平台连接。

随着5G时代的到来，新的连通性标准通过虚拟孪生体验为企业带来了更多的可能性。低时延使时敏型应用能够即时响应，而大幅度提高的数据速率使从增强现实到虚拟现实以及4K流媒体等一切都能以10倍的速度实现。高数据通量将助力实现更大、更复杂的数字化运营管理模式，使5G成为智能工厂的真正推动者。

企业案例：行业龙头如何玩转虚拟孪生体验

众多企业在利用3DEXPERIENCE平台优化运营方面取得了巨大成功。

案例一

以下案例来自加拿大工业自动化流程和技术公司，该公司是一家定制自动化焊接和装配产线供应商：

01 挑战

• 工厂启动成本非常高，特别是当企业需要在已安装内置系统后修复设计错误时。

• 为了避免机器和工人之间的操作错误或事故，需要进行大量的前期验证与规划。

02 战略

• 在工厂车间部署实物设备之前，CenterLine试图通过数字仿真优化机器人工作单元设计。

• 他们在达索系统的3DEXPERIENCE平台上实施了DELMIA，以虚拟方式对产品、工艺和工厂运营进行仿真，以优化机器人任务、工厂布局、物流和人机协同等场景。

03 成效

• 自从为每个工作单元实施DELMIA方案以来，CenterLine减少了多达90%的自动化作业相关的异常和返工，并减少了多达75%的设备编程时间。

• 通过机器人弧焊轨迹仿真，节约设备作业时间，使生产力提高了15%，并将投产时间缩短了15-20%。

• 作为不同的CAD数据的单一数据源，3DEXPERIENCE让CenterLine的管理者能够专注于日常运营，而不是散落于各处的数据和产品。

案例二

以下案例来自于ALPS，一家为汽车、家电、产业机器等提供电子零部件的企业

01 挑战

• 现场物流信息不完整，实时性不足

• 生产管理依赖纸质系统

• ERP工单管理时效性不足

• 关键部件的追溯信息缺失

• 多工厂业务关联性差

• 可见性不足

02 战略

• 库存管理

• 生产管理

• 质量管理

• 工具设备管理

• 工时管理

• BI  MI接口

• GPM全球部署COE

• RAP  MPI全球制造智能

• 全球追溯

03 成效

• 现场库存得到管控

• 生产数据电子化，历史生产信息查询更高效

• 有效管控生产工单

• 实现关键部件的批次追溯

• 跨工厂标准化

• 全球制造数据统计与分析

• 全球追溯实现

案例三

以下案例来自于福田康明斯发动机，是中国柴油发动机具有规模性大厂之一

01 挑战

应用应支持各种不同制造模式下的统一流程

• 大规模定制缩短周期、按订单进行生产；

• 按订单进行工程设计；

• 按库存进行生产；

• 准时化生产

应用应支持许多物理变体，满足工厂基础设施和独特的工艺进程要求

• 线路长度； 

• 维修流程；

• 测试/审核要求；

• 数据采集要求；

• PLC厂商和控制寿命；

• 线路侧材料交付流程

02 战略

业务

• 可配置的系统助力业务人员进行流程变更；

• 详细的数据采集；

• 运营变更无需改变控制或IT程序； 

• 快速为新产品推出设置流程；

• 一体化的质量工具；

• 降低总拥有成本TCO 

IT

• 打造可重复利用的应用，支持发动机工厂八成的要求；

• 建立标准的硬件基础设施，能在每个站点进行复制；

• 将全球CMES解决方案所需的支持基础设施都统一起来；

• 统一开发新的CMES功能

03 成效

• 改进流程，达成两倍以上小时产出率

• 质量问题精准追溯，保证高质量水平

• 提升效率质量，减少人员波动影响，降低成本

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虚实纵横：改写制造业的未来

向虚拟孪生体验的转变代表了制造决策的深刻转变。虚拟孪生体验在供应链与制造领域的应用可以分解为4个不同的部分：

1---协作

运营协作可为所有业务相关方建立共识。提供基于模型、数据驱动的数据主干，消除工程、制造、运营和服务提供商间的壁垒，建立共识。全盘掌握企业的新动态，有助于问题解决，促成高效的根因分析。实现企业和价值网络可视化并实现业务同步

2--- 建模

卓越运营始于数字建模。DELMIA能为价值网络、工厂布局、运输计划、流程计划、物流计划和人员计划构建数学模型。并能根据竞争需要迅速调整规划方案，响应市场机遇，加速新品上市，尽可能减轻对业务的影响。

3--- 优化

对运营进行持续改进既是一种态度、承诺，也是一种永无休止的挑战。将虚拟世界的优化和物理世界的运营整合在一起，就能为持续优化创造紧密的环路。

4--- 执行

每一个规划方案都必须精准地落实在业务执行上。这就需要既能实现业务运营可视化，又能轻松适全球化布局的公共平台。DELMIA解决方案能为运营活动提供持之以恒的性能、可追溯性和执行过程管控。实现制造运营方案和执行的一致性，推动卓越运营迈上新的台阶。

生产周期缩短使企业能够跟上市场对创新产品不断增长的需求。此外，企业还可以在不断变化的监管约束条件下进行规划，并创建合适的产线、工厂布局，使他们能够在有限的产线和制造资源条件下跟上产品品类的激增。

无缺陷执行使企业能够在制造新品的第一时间就把它做好，而无需在多个实物原型机上浪费宝贵的时间和金钱，这也减少了浪费，实现了可持续制造。进一步的优化让运营和供应链能够抵御资源短缺带来的冲击。

企业有机会通过由3DEXPERIENCE平台提供支持的虚拟孪生体验实现的无限可能性来优化运营和最大限度地增加回报。通过增强流程以及设计、工程和制造之间的一致性，企业能够实现更具竞争力的业务柔性与协同。

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