肖唐威 孟 飆 喬興華

（1.沈陽航空航天大學，沈陽 110000；2.沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司，沈陽 110000）

隨著新一代信息技術的快速發(fā)展，世界各國相繼提出各自國家層面的制造行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。我國于2015年正式提出“中國制造2025”的發(fā)展戰(zhàn)略，另外還有德國提出的“工業(yè)4.0”，美國提出的信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical Systems，CPS）以及GE公司提出的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”等。各個國家提出的發(fā)展戰(zhàn)略雖然提出的背景不同，但是都有一個共同目標，即通過技術實現(xiàn)物理世界與虛擬世界的互聯(lián)互通與智能化管控[1]。

數(shù)字孿生最早出現(xiàn)于2003年。經(jīng)過多年的研究與發(fā)展，在2014年，西門子、達索等知名工業(yè)軟件公司，陸續(xù)對數(shù)字孿生的技術構建和概念內(nèi)涵進行了深入研究和拓展。2017年，北京航空航天大學的陶飛等人[2]提出數(shù)字孿生車間概念，并論述其系統(tǒng)組成、關鍵技術以及運行機制等。2019年，陶飛等人[3]提出數(shù)字孿生五維模型，從物理實體、虛擬實體、服務、孿生數(shù)據(jù)以及連接5個維度進一步探討該技術在工業(yè)領域的應用。2020年，國際標準化組織發(fā)布了ISO 23247（面向制造的數(shù)字孿生框架），但是關于數(shù)字孿生車間的集成管控仍處于概念及技術研究階段。2018年，陳振等人[4]提出了基于數(shù)字孿生的飛機裝配車間生產(chǎn)管控框架，并探討了相關的關鍵技術。2020年，郭具濤等人[5]提出數(shù)字孿生車間是數(shù)字化車間的高階形態(tài)，值得進行研究與探索。

隨著工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深化，越來越多的企業(yè)與行業(yè)特別是中小企業(yè)涌現(xiàn)出了大量的數(shù)字化需求。傳統(tǒng)制造業(yè)在應用數(shù)字孿生時往往面臨很多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的車間管控系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了完整的體系架構和功能，但不夠智能，無法滿足智能制造對車間管控系統(tǒng)的要求，需要借助數(shù)字孿生的概念研發(fā)新型的數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)。但是，目前國內(nèi)外沒有關于數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)的建設標準，也沒有明確規(guī)范建設數(shù)字孿生車間集成管控的具體框架，缺乏明確的建設指導。

1 數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)框架

面向車間或工廠的數(shù)字孿生是數(shù)字孿生技術的一種典型應用場景。對于車間或工廠來說，應用數(shù)字孿生技術的目的是實現(xiàn)有序、協(xié)調(diào)、可控、高效生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品，是工廠或者車間存在的意義。傳統(tǒng)的面向產(chǎn)品的數(shù)字孿生聚焦在產(chǎn)品本身，對于工廠來說，這種過程或者說系統(tǒng)性的過程是需要重點關注的對象。本文將以數(shù)字孿生技術為基礎，提出一種車間集成管控系統(tǒng)的框架，并以國內(nèi)某軍工企業(yè)的數(shù)字化車間為實踐對象，為航空航天這類典型的離散型制造車間提供一個具有參考意義的數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)的實現(xiàn)路線。

1.1 集成管控系統(tǒng)框架

基于傳統(tǒng)車間管控問題，本文根據(jù)近年來眾多企業(yè)建設智能工廠、數(shù)字孿生車間的應用實踐和在項目建設過程中對數(shù)字孿生車間框架的應用研究，提出基于虛擬現(xiàn)實的數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)的框架，如圖1所示。

通過數(shù)字孿生技術構建孿生車間，使其與物理車間進行雙向?qū)崟r映射。以數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)為核心平臺，聯(lián)通ERP、MES、WMS等企業(yè)信息系統(tǒng)以消除數(shù)據(jù)孤島，實現(xiàn)集成式的車間制造資源管理、生產(chǎn)活動計劃管理以及生產(chǎn)過程的控制，使車間具備虛實聯(lián)動、智能化的生產(chǎn)排程及調(diào)度。通過人工智能、數(shù)據(jù)挖掘等模塊分析與挖掘車間孿生數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)具有自主學習功能。長期使用的結果表明，系統(tǒng)能進化成擁有等同于專家級別的人工智能，擁有自主的智能決策能力。同時，系統(tǒng)提供多平臺部署和多種人機交互界面。該集成管控系統(tǒng)有助于提高車間內(nèi)部信息的傳輸速度，充分利用生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，使管理人員和企業(yè)領導更及時、更直觀地了解車間內(nèi)的生產(chǎn)情況及生產(chǎn)效率等，從而使車間管理更加透明化和 實時化。

圖1 基于虛擬現(xiàn)實的數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)框架

1.2 數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)特點

1.2.1 大數(shù)據(jù)分析的自主決策機制

通過仿真分析長期收集的大量數(shù)據(jù)，可以為機器學習奠定基礎，形成自主決策機制。根據(jù)車間孿生數(shù)據(jù)庫中保留的歷史數(shù)據(jù)、實時采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、仿真分析的數(shù)據(jù)以及其他與之相關聯(lián)的數(shù)據(jù)，實施數(shù)據(jù)挖掘和機器學習等流程，實現(xiàn)具有學習性強的自主決策機制。

1.2.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)字孿生車間實時三維可視化

通過孿生數(shù)據(jù)驅(qū)動孿生車間運行實現(xiàn)虛實雙向真實映射，同時改變傳統(tǒng)管控系統(tǒng)通過二維界面展示生產(chǎn)信息的方式。在生產(chǎn)制造過程中，集成管控系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計劃自主調(diào)配生產(chǎn)要素，并把生產(chǎn)計劃傳遞到物理車間進行生產(chǎn)制造。在生產(chǎn)制造過程中，實時監(jiān)控物理車間的生產(chǎn)制造狀態(tài)數(shù)據(jù)，進行仿真分析、預測，預先發(fā)現(xiàn)問題并避免，實現(xiàn)了閉環(huán)管控優(yōu)化，提高了生產(chǎn)制造效率[6]。

1.2.3 全要素集成互聯(lián)化

利用通信技術手段將物理車間的設備、物料等各種生產(chǎn)要素實現(xiàn)全面的互聯(lián)互通，完成各要素的合理配置和優(yōu)化，保證車間內(nèi)的生產(chǎn)制造過程順利進行。

在生產(chǎn)制造過程中，實時采集生產(chǎn)制造全過程的數(shù)據(jù)并在系統(tǒng)中進行三維可視化。在特定的算法模型下，對數(shù)據(jù)進行深層次計算分析，從而挖掘出深層次的規(guī)則，實現(xiàn)預測性指導并在過程中驗證，使工藝過程迭代優(yōu)化至最佳狀態(tài)。

物理車間和孿生車間通過孿生數(shù)據(jù)融合成了一個整體，有效集成了車間內(nèi)的設備狀態(tài)監(jiān)控、物料資源配置以及AGV調(diào)度優(yōu)化等業(yè)務，實現(xiàn)了設備互聯(lián)、數(shù)據(jù)互通，消除了信息孤島，提高了車間效率。

1.2.4 多系統(tǒng)集成的全局數(shù)據(jù)管理

數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)通過構建相應的通信接口連接MES、ERP以及PLM等系統(tǒng)，打破了生產(chǎn)制造車間中多源數(shù)據(jù)的異構性，并構建了具有統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式標準的車間孿生數(shù)據(jù)庫，以供應用層中的各個功能模塊使用，且能把應用層的指令傳遞到物理車間中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通、虛實聯(lián)動的智能集成管控。

質(zhì)量管理模塊通過讀取車間孿生數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程的追溯、工藝仿真及優(yōu)化，還能根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預測當前生產(chǎn)制造所需的時間，為后續(xù)的車間調(diào)度和生產(chǎn)排程提供數(shù)據(jù)依據(jù)，實現(xiàn)智能的生產(chǎn)排程和精準的物流調(diào)度。

1.3 關鍵技術

從框架可以看出，建模、仿真和數(shù)據(jù)管理是數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)的3大核心技術。物聯(lián)網(wǎng)是集成管控系統(tǒng)的底層支撐技術，而云計算、機器學習以及大數(shù)據(jù)則是數(shù)字孿生的外圍使能技術。

1.3.1 建模技術

模型是數(shù)字孿生系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的載體，也是整個系統(tǒng)的核心。建模的目的是簡化和模型化物理對象或問題。而數(shù)字孿生的目的或本質(zhì)是通過構建與物理對象相對應的模型，并加以實時數(shù)據(jù)，使之成為一個逼真的實時模型，再通過仿真預測物體的未來狀態(tài)，從而實現(xiàn)先知先覺的優(yōu)化。因此，建立物理數(shù)字化模型和數(shù)據(jù)采集與集成是實現(xiàn)數(shù)字孿生的前提。

1.3.2 虛擬仿真技術

從技術角度看，建模與仿真是一對伴生體。建模是物理世界的模型化和數(shù)字化，而仿真是根據(jù)模型基于確定性規(guī)律和完整機理進行驗證和預測。只要模型正確并擁有完整的輸入信息和環(huán)境數(shù)據(jù)，就可以正確反映物理世界的特性和參數(shù)。因此，仿真是實現(xiàn)虛實映射和以虛控實的決策依據(jù)，是數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)不可分割的一部分。

1.3.3 數(shù)據(jù)管理技術

安全有效的管理管控系統(tǒng)中的全集數(shù)據(jù)，是數(shù)字孿生投入使用的前提條件。車間集成管控系統(tǒng)使原本封閉的數(shù)據(jù)傳輸鏈變得開放，需要在數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)管理過程中確保數(shù)據(jù)的安全，防止數(shù)據(jù)泄露對企業(yè)造成無法預估的損失。除了保證車間數(shù)據(jù)的安全，系統(tǒng)還需要清洗采集的數(shù)據(jù)，刪除重復信息和錯誤信息，處理缺失信息，去除無用的數(shù)據(jù)，然后對清洗后的數(shù)據(jù)進行分類、編碼以及壓縮，最后再存儲管理，供系統(tǒng)隨時調(diào)用。

1.3.4 物聯(lián)網(wǎng)技術

物聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)的核心支撐技術。集成管控系統(tǒng)則是物聯(lián)網(wǎng)通過數(shù)字世界認知和影響物理世界的底層邏輯，負責將雜亂量大的采集數(shù)據(jù)按照知識規(guī)則驅(qū)動模型進行可視化。數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)是相互成就的關系。物聯(lián)網(wǎng)技術使物理世界的狀態(tài)變?yōu)榭梢员患晒芸叵到y(tǒng)感知、識別和分析的情形，從而為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)流和信息流。集成管控系統(tǒng)則通過物聯(lián)網(wǎng)技術傳遞指令，實現(xiàn)數(shù)字世界影響物理世界。數(shù)字孿生之所以越來越受歡迎，是因為它能夠顯著降低物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)復雜性并提高效率。

1.3.5 虛擬現(xiàn)實技術

數(shù)字孿生系統(tǒng)可以通過結合虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實等多種感知技術，實現(xiàn)用戶與虛擬世界的高效互動。這種環(huán)境感知與虛實交互的組合將帶來更全面的沉浸式體驗，通過虛擬世界提升用戶對物理世界的認知。

1.3.6 多源異構數(shù)據(jù)融合技術

數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)的目的是利用物理車間采集的數(shù)據(jù)在數(shù)字世界中構建物理實體（包括資產(chǎn)、行為、過程等）的精準數(shù)字化映射，基于分析預測形成最佳綜合決策，實現(xiàn)全業(yè)務流程的閉環(huán)控制與優(yōu)化。隨著車間數(shù)字化智能化程度的提升，在生產(chǎn)制造過程中必然會產(chǎn)生大量的多源異構數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)來源于制造執(zhí)行系統(tǒng)、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)以及各種傳感器在生產(chǎn)制造過程中采集的數(shù)據(jù)。對于來自不同業(yè)務信息系統(tǒng)和渠道的數(shù)據(jù)，需要對多源異構數(shù)據(jù)進行精細化管理，實現(xiàn)多源異構數(shù)據(jù)融合。打通企業(yè)內(nèi)部、線上以及線下等多源異構數(shù)據(jù)的壁壘，是實現(xiàn)集成管控的必經(jīng)之路。

2 數(shù)字孿生場景的構建

建立數(shù)字孿生環(huán)境的過程就是物理車間的數(shù)字化。模型是構建數(shù)字孿生環(huán)境的基礎，是評價數(shù)字孿生系統(tǒng)保真度的關鍵。建模包括建立物理實體虛擬映射的三維模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動器的建立等。數(shù)字孿生環(huán)境由物理實體的實時映射模型作為構件，而過程模型則能夠有機結合并調(diào)用構件。

2.2 數(shù)字孿生場景的構件建立

由于主流CAD設計軟件構建的實體模型無法直接導入虛擬現(xiàn)實開發(fā)引擎，需要將模型轉(zhuǎn)化為虛擬現(xiàn)實開發(fā)引擎支持的網(wǎng)格模型。常用的文件格式有FBX、3ds和Obj等。本文推薦的模型格式為廣泛使用的FBX格式文件。FBX格式的三維模型文件一般由3dsMAX、Maya等多媒體建模軟件導出。若想得到物理實體的網(wǎng)格模型，需要在多媒體建模軟件中進行建模，或者將主流CAD設計軟件建立的模型導入其中，將實體模型轉(zhuǎn)換為多邊形網(wǎng)格模型后進行輕量化處理再導出。

2.3 數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的建立

車間內(nèi)所有與生產(chǎn)制造相關的物理實體，通過建模技術得到與其幾何外觀相同的三維模型。通過構建與之相應的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型，實現(xiàn)模型與實時數(shù)據(jù)的融合，進而構建全生命周期的數(shù)字孿生體模型。圖2為車間內(nèi)的AGV數(shù)據(jù)模型。

如何通過數(shù)據(jù)模型仿真驅(qū)動數(shù)字孿生環(huán)境中的AGV，實現(xiàn)AGV與生產(chǎn)制造服務的關聯(lián)，是建立數(shù)字孿生體模型的關鍵所在，也是搭建數(shù)字孿生環(huán)境的必備條件。

2.4 互聯(lián)互通控制機制

當前工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展到高度自動化與信息化階段。在生產(chǎn)制造過程中，車間會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。但是，由于數(shù)據(jù)的多源異構、異地分散等特征，非常容易形成信息孤島，導致數(shù)據(jù)在生產(chǎn)制造過程中沒有發(fā)揮應有的價值。數(shù)字孿生通過虛擬現(xiàn)實技術為工業(yè)生產(chǎn)的物理對象創(chuàng)建了虛擬世界，并將物理實體的各種屬性和實時數(shù)據(jù)關聯(lián)到與之對應的數(shù)字孿生體。通過數(shù)字孿生體進行模擬、分析以及預測，能夠仿真復雜的制造工藝，實現(xiàn)產(chǎn)品設計和對生產(chǎn)制造過程的閉環(huán)優(yōu)化。

目前，制造企業(yè)中依舊存在眾多的信息孤島。由于設備的通信協(xié)議多樣異構，且系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)可能存在歧義，導致互聯(lián)互通困難，無法有效利用物聯(lián)網(wǎng)采集的大量數(shù)據(jù)，大大降低了數(shù)字化車間的價值，阻礙了企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型。

數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)是通過物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)來實現(xiàn)多源物理設備資源之間的互聯(lián)、異構系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)互通以及虛實互控制，以達到靈活配置生產(chǎn)要素資源、按需執(zhí)行制造過程以及工藝的迭代優(yōu)化，提高了車間生產(chǎn)制造效率。實現(xiàn)物理設備與集成管控系統(tǒng)的互聯(lián)互通，不只是對制造資源數(shù)據(jù)的實時采集與集成可視化，更深層的含義是能夠接受自上而下所下達的控制指令。這種控制指令是基于所構建的數(shù)字孿生系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)分析或推理產(chǎn)生的一種先知先覺的優(yōu)化結果，并通過智能決策機制完成自主控制。這是車間或者工廠數(shù)字孿生應用的一個關鍵技術，即互聯(lián)互通管控機制，如圖3所示。

圖2 AGV數(shù)據(jù)驅(qū)動模型示意圖

圖3 面向車間的互聯(lián)互通管控機制

3 某企業(yè)的數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)開發(fā)

本項目來源于國內(nèi)某軍工企業(yè)課題“生產(chǎn)線數(shù)字孿生技術應用研究”。本課題著眼于車間和生產(chǎn)線數(shù)字孿生應用中的數(shù)字孿生模型構建、環(huán)境搭建、過程仿真與優(yōu)化以及工業(yè)移動應用集成等方面的前沿技術，旨在為國內(nèi)生產(chǎn)管理與過程控制技術發(fā)展提供新的方案指導。

3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

CAD建模軟件為SolidWorks，用于模型的構建和裝配。多媒體建模軟件為3dMAX，用于轉(zhuǎn)換模型格式、輕量化處理以及UV的制作。紋理貼圖處理軟件為Photoshop和Substance Painter，用于制作PBR材質(zhì)所需的各類貼圖。虛擬現(xiàn)實開發(fā)引擎為Unity3D，用于搭建系統(tǒng)，集成與生產(chǎn)制造相關的多源系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫為Oracle，用于存儲車間內(nèi)的全局數(shù)據(jù)。開發(fā)語言為C#，是一種簡單上手的面對對象的編程語言。

3.2 多源異構數(shù)據(jù)的融合

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源于多個信息系統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)具有異構性，需要對數(shù)據(jù)進行融合存儲管理，再提供給不同的功能模塊使用。通過查閱大量文獻和多個項目的分析總結，最終決定采用中間件模式。通過使用統(tǒng)一通信中間件對生產(chǎn)制造車間內(nèi)的全局數(shù)據(jù)進行采集、描述、集成和傳輸，從而實現(xiàn)基于實時數(shù)據(jù)驅(qū)動的仿真與交互，具體框架如圖4所示。

3.3 部分系統(tǒng)功能

3.3.1 智能管控

當有生產(chǎn)任務時，綜合分析車間制造資源的狀態(tài)，將生產(chǎn)人物分派給相應的生產(chǎn)線和制造單元，提高設備的利用率。在生產(chǎn)制造過程中，根據(jù)生產(chǎn)制造的進度，智能下達指令，精準發(fā)送至相應的車間服務系統(tǒng)，實現(xiàn)主動的按需服務。同時，根據(jù)內(nèi)置的事件等級，逐級尋找解決方案并處理車間現(xiàn)場的突發(fā)情況。當系統(tǒng)內(nèi)無相應的解決方案時，將事件智能發(fā)送到相關人員的移動端，請求人工處理，并對人工處理結果進行收錄、分析和學習。

圖4 數(shù)據(jù)采集融合框架

3.3.2 車間實時狀態(tài)三維可視化

將設備層采集的實時數(shù)據(jù)與模型相結合，實時仿真車間內(nèi)的生產(chǎn)制造過程和車間服務系統(tǒng)，實現(xiàn)三維可視化的狀態(tài)監(jiān)控，并提供第一人稱的沉浸式漫游體驗，增強用戶操作感。軟件界面如圖5所示。

圖5 軟件界面圖

3.3.3 統(tǒng)計信息可視化

通過連接EPR、MES等系統(tǒng)，獲取車間內(nèi)的統(tǒng)計信息，并通過各種圖表方式動態(tài)可視化展示信息。

圖6 統(tǒng)計信息可視化面板

4 應用過程的挑戰(zhàn)

4.1 多系統(tǒng)融合的挑戰(zhàn)

利用數(shù)字孿生技術的物理世界與虛擬世界的融合，是多維系統(tǒng)之間的融合，首先面臨的是物理世界的多系統(tǒng)融合挑戰(zhàn)。目前，我國制造業(yè)數(shù)字化生產(chǎn)設備的聯(lián)網(wǎng)率低，數(shù)據(jù)傳輸可靠性和同步性不足，同時車間內(nèi)的數(shù)據(jù)具有多模態(tài)、高重復性以及海量等特征，在傳輸過程中易丟失數(shù)據(jù)。此外，數(shù)字孿生模型難以完整還原物理實體的真實邏輯。

4.2 數(shù)據(jù)相關的挑戰(zhàn)

數(shù)字孿生的核心是模型和數(shù)據(jù)。建立完善的數(shù)字模型是數(shù)字孿生的第一步，而加入更多的數(shù)據(jù)才是關鍵。航空航天制造企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字孿生車間還有一定的困難需要攻克，一方面是航空航天的產(chǎn)線大多數(shù)是多品種、變批量的混線生產(chǎn)，屬于典型的離散型制造，使得生產(chǎn)管控變得比較困難。另一方面，航空航天制造有嚴格的保密要求，對數(shù)據(jù)傳輸及集成造成了極大阻礙。如果要充分發(fā)揮數(shù)字孿生的潛能，需要在數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)準確性、數(shù)據(jù)一致性和數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性等方面取得更大的進步[7]。

4.3 互聯(lián)互通互控制的挑戰(zhàn)

運行過程中，車間每時每刻都會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的清洗和使用會影響物理車間精準映射所需的時間。時間過大會導致虛擬車間與物理車間有一定的延遲，影響用戶的實時交互，導致決策下達延遲而造成決策失敗。此外，集成管控系統(tǒng)融合了多個信息系統(tǒng)，由于數(shù)據(jù)結構不同，數(shù)據(jù)之間的交換會存在表達歧義，所以需要對數(shù)據(jù)進行標準化處理并及時傳輸至系統(tǒng)，實現(xiàn)互聯(lián)互通。同時，當用戶在管控系統(tǒng)進行操作時，需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為設備或者系統(tǒng)能讀取的格式，從而完成指令的控制行為。

4.4 系統(tǒng)安全的挑戰(zhàn)

通過集成管控系統(tǒng)實現(xiàn)的虛實融合建立在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸基礎上。系統(tǒng)的部署應用會讓原本封閉的系統(tǒng)變?yōu)殚_放系統(tǒng)，使得其與互聯(lián)網(wǎng)交換信息的過程必定面臨網(wǎng)絡安全的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸、存儲安全以及控制指令下達等方面[8]。

數(shù)字孿生系統(tǒng)需要基于數(shù)據(jù)進行深度規(guī)律的挖掘，通過人工智能、機器學習等技術形成智能輔助決策機制，因此需要存儲大量有價值的數(shù)據(jù)。一旦數(shù)據(jù)的存儲方式遇到安全問題，就會導致數(shù)據(jù)泄露。若航空航天企業(yè)飛機研制過程中的數(shù)據(jù)泄露，后果將不堪設想。在生產(chǎn)制造過程中，管控系統(tǒng)需要根據(jù)生產(chǎn)計劃配置相應的資源和相應工藝，若收到錯誤的數(shù)據(jù)，則會影響生產(chǎn)安全，甚至導致設備故障。

5 結語

在世界各國分別提出國家層面的制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的大背景下，數(shù)字孿生技術作為信息化發(fā)展到一定程度的必然結果，正成為人們解構、描述和認識真實世界和虛擬世界的新工具，是實現(xiàn)物理空間與虛擬空間交互融合的最佳途徑之一，也是工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的高階形態(tài)。本文以航空軍工企業(yè)的數(shù)字化車間為對象，開展數(shù)字孿生車間集成管控系統(tǒng)框架的研究與應用，并對關鍵技術展開了研究。實際應用過程中發(fā)現(xiàn)，仍有問題需要解決。一是改善機器學習模塊，提高系統(tǒng)的智能化。二是數(shù)據(jù)采集模塊需要在末端增加邊緣計算，減少系統(tǒng)篩選數(shù)據(jù)的工作量。三是增加AR技術，使工作人員在現(xiàn)場就可以快速、直觀地查看設備數(shù)據(jù)。