一、项目建设背景
在现代工厂的车间产线中，普遍存在的问题包括效率瓶颈、质量控制不稳定、设备维护不足、物料管理不善以及人力资源配置不合理等。这些问题可能导致生产成本增加、交货时间延长、产品质量下降，从而影响企业的市场竞争力。数字化和智能化建设的重要性在于它们提供了解决这些问题的有效途径。智慧工厂数字孪生可视化方案，旨在通过集成先进的信息技术，如物联网、大数据与人工智能，为工厂打造一个虚拟的数字镜像。通过实时监控与数据采集，数字孪生平台能直观展示设备状态、生产进度及能耗情况，助力管理者快速响应生产异常，优化资源配置。企业能够实现生产过程的可视化监控、预测性维护、优化生产布局和工艺流程，以及提升供应链管理的透明度和响应速度。
二、解决的问题
1.实现生产过程可视化
由于缺乏现代工厂的车间管理信息化手段，容易造成生产质量不稳定、物料管理损耗大、生产排产不合理等一系列的问题。通过智慧工厂数字孪生技术，可以采集实体生产制造过程中的实时数据，如 MES、QMS、ERP、设备数据等，直观地掌握生产信息，设备运行数据，物料使用数据等，实现生产过程的可视化管理，直观了解生产进度安排。发现问题可以及时进行优化调整，改进生产排产安排与工艺流程等，真正实现工厂管理的智能化、智慧化。
2. 实现生产管理模式升级
智慧化精益生产管理通过消除浪费、提高效率、提高质量和灵活应对市场变化等方面的优势，为企业现代生产运营带来了新的驱动力。通过虚拟环境中的生产仿真与现实中的生产无缝融合，能够提高生产线的平衡性，减少设备停机时间，并通过精细化管理提升整体设备效率(OEE)和整体工厂效率(OPE)，从而实现生产质量的透明化，生产效益的精细化，企业管理的云、边、端全面协同。促进企业的数字化转型和智能化升级，为企业未来的发展奠定坚实的基础。
3.实现设备安全监管智能化
设备运行状态与全面安全生产监管是智慧工厂中的一个重要功能，通过实时设备运行监管与车间管理安全协同，有助于规避意外停机导致的生产事故。工厂管理者可以通过该功能回顾和分析设备的历史运行数据，了解设备运行状态，以便于进行故障诊断、性能评估和维护保养的优化。通过实时数据监测、分析与告警、数字孪生双向控制等功能，实现覆盖产线基本情况、订单生产管理、产线优化升级、实时安全调度、设备安全监管、安全隐患防范等业务场景。
三、方案总体设计
通过数字孪生技术，对企业园区进行园区级数字孪生系统建设，数字孪生系统包含多个子系统模块，具体如下：
1、园区3d可视化子系统。
按真实比例 3d 建模构建中等精度的 3d 园区场景，场景内覆盖园区内相关企业（工厂厂房）、公用工程设施及其他相关对象，以及园区一定范围内周边环境，实时气候环境同步模拟。
2、园区厂房空间子系统。
通过高精度 3d 建模及机理模型和数据驱动模型构建工厂孪生世界；工厂相关部分设备、原材料及产品等 3d 展示及相关数据展示；孪生世界控制台，主要展示工厂重点信息内容及部分功能操作界面；简单互动系统，通过点选等形式进行互动，查看孪生体信息、状态及相关功能入口。
3、生产管理子系统。
物理世界中工厂分布式控制系统（DCS）和监控信息系统（SIS）的监控及状态数据同步，主要状态信息提示，部分模拟。异常情况（少量）状态及处置模拟；通过生成工艺面板进行设备定位，并自动呈现相关信息及实时数据；工厂相关工艺流程 3d 展示及相关数据展示生产工艺流程图、dcs 图等工艺资料管理（查看）模块。
4、数据分析统计子系统。
针对历史数据进行统计分析，图表可视化呈现；依托数据驱动模型，对工厂运行状况等进行评估预测。
5、故障及异常报警子系统。
实时评估分析厂区状态及厂区内设备、人员数据信息，对异常情况进行实时提示警报；对数据分析统计模块评估出可能出现的异常或风险进行提示。
四、特色亮点
1、产线总览：针对工厂产线全局、现场实时环境监测、厂区生产及能耗进行展示，产线划分清晰可见，现场生产作业环境更透明。
2、产线沙盘：产线沙盘直观展示生产流程中的每个环节，包括原材料采购、生产加工、成品出库等，让管理者和现场工人都能够清晰地看到整个生产链条。本项目中，产线沙盘支持管理者根据订单情况，利用电子沙盘模拟产线调整结果，适时调整产线生产流程，保证生产任务和产品质量。
3、车间指挥联动：利用大数据分析和机器学习技术，实时监测生产趋势和潜在风险，提前发出预警，减少生产损失。如发生缺料、设备运行不饱和、设备故障等，联动后台工单系统，快速选择并启动应急预案，及时调动资源，最小化事故影响。
4、设备智能巡检：监控产线设备的实时运行状态，支持第一或第三视角自定义巡检、漫游巡检及智能巡检模式通过数字巡检提高巡检的准确性、效率和响应速度，同时减少人为错误和运营成本。
5、生产质量监管：展示当前及历史订单生产情况，追踪并反馈订单生产进度，帮助管理者及时发现订单生产风险并提前规划预案，保证订单保质保量按时交付。支持点对点追踪产线设备的订单完成情况，系统通过接入汇总后台订单信息数据，实时监控订单从开始到完成的整个生产流程。
6、安全调度：针对产线安全模块进行安全预案，接入监控预警系统，出现风险报警后及时提报工单交由指定人员处理，通过系统实时反馈当前进展及风险详情。
