新能源动力电池车间数字孪生管控系统

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新能源动力电池车间数字孪生管控系统多氟多新能源科技有限公司成立于2010年，隶属多氟多化工股份有限公司，是一家专注于聚合物锂离子电池和电源解决方案技术研发、制造和销售的高科技企业。主要生产及销售大容量、高功率锂离子动力电池、储能电池、通用电池及个性化方案定制产品。产品广泛应用于电动自行车、电动汽车、移动通讯设备、电动工具、照明设备、风光互补装置、智能电网、智能大厦储能及供电、调频调峰等领域。近年来，企业全面响应国家政策号召，依托多氟多公司雄厚的资金、研发实力和先进的管理经验，引进世界一流的技术和国内外先进设备，采用尖端技术、一流工艺和科学严谨的生产管理方式组织生产，推动智能制造相关项目的实施落地工作。

目录

二、项目简介

项目应用新一代信息技术，建立符合多氟多新能源未来智能工厂生产管控需求、功能全面、集成性高、技术先进、运行稳定的数字孪生系统，辅助车间生产管控，增强车间智能制造元素的功能及展示效果。从虚拟工厂的维度实现车间生产要素管理、生产活动计划、生产过程控制。构建车间VR、AR软硬件环境，借助VR眼镜和手柄实现在虚拟车间和工段进行VR漫游体验，采用模拟数据对生产过程进行展示。实现AR与二维码系统的集成，在生产现场查看单机的生产数据、设备运行状态、关键工艺参数，并借助语音或手势命令实现人机交互。

三、项目技术方案

项目在车间管理层加入数字孪生和生产大数据，以数字孪生为中枢将以ERP为核心的公司管理层级的软件系统、以MES为核心的工厂级（或车间级）的软件系统、以及生产大数据进行有效的衔接，形成以数字孪生为智能大脑的新型车间管控系统架构。

车间数字孪生主要由数据交换接口、仿真分析模型、车间信息模型组成，如图2所示。数字孪生通过数据交换接口接收外部系统的仿真分析请求，向集成的仿真分析系统传递仿真分析模型和基础数据，驱动外部仿真系统进行生产活动仿真，并将仿真分析的结果反馈给外部业务系统。数字孪生持续对仿真分析模型和车间信息模型进行完善，既向外部系统提供仿真分析功能又有自学习功能。

1. 建筑和工艺设备几何建模

项目采用三维激光扫描技术在不接触对象的前提条件下，快速获取物体表面包含外观尺寸、形态特征、颜色纹理等信息的三维点云数据，为三维模型搭建提供数据基础。基于三维扫描仪采集的点云数据，结合点云数据处理软件和相关软件快速构建核查关键区域的真实三维场景。实施效果如图3：

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2. 数字孪生系统集成方案

数字孪生系统与MES系统集成接口采用WebService、ESB或数据库视图的方式，集成数据包括：订单信息（或批次信息）、生产计划数据、实际产量数据、质量检测数据、生产负荷统计数据；生产线综合效率OEE。系统与SCADA系统集成接口采用OPC-DA、OPC-UA或数据库视图的方式，集成的数据包括：产线运行状态（如：正常、故障、待机、调整、维护、关机等）、设备运行状态（如：正常、故障、待机、调整、维护、关机）、设备运行工艺参数（如电压、电流、功率、压力、温度、瞬时流量、累计流量、通信状态等）、设备运行动作数据（如：位置、路径）、环境和能源状态(如温湿度、电量)。

3. 数字孪生系统应用

数字孪生系统实现生产过程仿真、生产数据可视化、生产过程监控可视化等功能，实现物理工厂与虚拟工厂的双向真实映射与实时交互，实现物理车间、虚拟车间、车间信息化系统的全要素、全流程、全业务数据的集成和融合。实施效果如图4：

4. VR和AR应用

项目构建VR软硬件环境，借助VR眼镜和手柄走进虚拟空间，对车间和工段进行VR漫游体验。针对实施单机数字孪生的设备模拟其日常检修保养过程，对员工进行技能培训。针对单机数字孪生的设备构建AR软硬件环境，实现AR与二维码系统的集成，在生产现场查看单机的生产数据、设备运行状态、关键工艺参数。借助语音或手势命令，实现人机交互。

四、项目成效

本方案从126车间智能管控的需求出发，基于数字孪生对车间管控系统的体系架构进行重构，形成基于数字孪生的新型车间管控系统。在车间孪生数据的驱动下，实现车间生产要素管理、生产活动计划、生产过程控制等在物理车间、虚拟车间、车间信息化系统间的迭代运行。在满足特定目标和约束的前提下，探索车间生产和管控最优的运行新模式。