張恩康，楊 龍，周中山，安 帥，張 嘯

（1.中車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司 技術(shù)工程部，青島 266111；2.中車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司 信息技術(shù)部，青島 266111）

0 引言

企業(yè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需持續(xù)開(kāi)展數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)研判、數(shù)據(jù)決策與數(shù)據(jù)展示，基于數(shù)字范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽應(yīng)用逐漸廣泛起來(lái)。數(shù)字孿生三維虛擬工廠(chǎng)是基于廠(chǎng)房、車(chē)間及設(shè)備等物理實(shí)體建立三維虛擬鏡像，與此同時(shí)，虛擬鏡像又可以集成企業(yè)的視頻監(jiān)控平臺(tái)、能源監(jiān)控平臺(tái)、生產(chǎn)指揮中心、MES制造系統(tǒng)等諸多信息系統(tǒng)，有效的提高企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率，及企業(yè)信息智能化發(fā)展。

隨著制造企業(yè)對(duì)精細(xì)化生產(chǎn)管理的要求越來(lái)越高，當(dāng)前生產(chǎn)方式亟需解決的問(wèn)題是缺乏對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等生產(chǎn)要素?cái)?shù)據(jù)的整體掌控，從而造成生產(chǎn)協(xié)同能力不足。針對(duì)該問(wèn)題，業(yè)界提供了一系列解決方案，而數(shù)字射頻技術(shù)的成熟和應(yīng)用的普及，已逐步得到相關(guān)領(lǐng)域的認(rèn)可，同時(shí)，輔以虛擬工廠(chǎng)的空間模型體系，形成整套解決方案，應(yīng)用到智能制造過(guò)程中，從應(yīng)用實(shí)踐效果來(lái)看，具有顯著的積極作用。

RFID技術(shù)相較于傳統(tǒng)的條形碼具有顯著的優(yōu)勢(shì)，尤其是在識(shí)別的速度、便利性、成本等方面，同時(shí)，RFID的獨(dú)特屬性確保了生產(chǎn)過(guò)程的高容錯(cuò)率和安全性。隨著物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)硬件設(shè)備的發(fā)展，射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）具有不用接觸物體表面，在惡劣的環(huán)境中也可以使用一系列優(yōu)點(diǎn)，基于以上優(yōu)點(diǎn)，使得射頻技術(shù)快速被應(yīng)用在制造領(lǐng)域[1]。

周成[2]等人對(duì)車(chē)間三維可視化數(shù)字孿生監(jiān)控系統(tǒng)的搭建進(jìn)行了研究，但未對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)在虛擬車(chē)間的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。唐浩強(qiáng)[3]等人研究了射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景，未對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)與數(shù)字孿生工廠(chǎng)之間結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行分析研究。故本文結(jié)合制造企業(yè)工廠(chǎng)現(xiàn)狀，基于數(shù)字孿生工廠(chǎng)思路，創(chuàng)建三維虛擬工廠(chǎng)，綜合分析了射頻識(shí)別技術(shù)在數(shù)字孿生工廠(chǎng)系統(tǒng)平臺(tái)中的應(yīng)用效果及場(chǎng)景情況。

1 基于射頻識(shí)別技術(shù)的虛擬工廠(chǎng)系統(tǒng)平臺(tái)建立分析

1.1 虛擬工廠(chǎng)平臺(tái)搭建

本文利用二維圖紙三維建模法及三維激光掃描技術(shù)搭建了公司基于數(shù)字孿生技術(shù)的三維虛擬工廠(chǎng)系統(tǒng)。針對(duì)圖紙完整的直接通過(guò)圖紙進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并結(jié)合第二種模型搭建的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。針對(duì)圖紙缺失或無(wú)圖紙的廠(chǎng)區(qū)情況，通過(guò)掃描技術(shù)將廠(chǎng)區(qū)道路、建筑物、站房及廠(chǎng)房?jī)?nèi)相關(guān)設(shè)備、管線(xiàn)等主體進(jìn)行掃描，并對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行模型構(gòu)建的過(guò)程。兩種建模手段相輔相成，有效的構(gòu)建了公司虛擬工廠(chǎng)系統(tǒng)。系統(tǒng)的原理如圖1所示。

圖1 虛擬工廠(chǎng)系統(tǒng)原理圖

1.2 射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）應(yīng)用分析

RFID經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的沉淀與積累在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，特別在制造業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景更為豐富。RFID主要有三種閱讀器構(gòu)成，其中包括應(yīng)答器耦合的元器件、射頻模塊和控制單元，在制造業(yè)中的應(yīng)用更為復(fù)雜主要的應(yīng)用場(chǎng)景為閱讀器與網(wǎng)絡(luò)通信模塊組合使用來(lái)達(dá)到數(shù)據(jù)采集的目的。RFID讀取速度快，應(yīng)用廣泛利用RFID標(biāo)簽存儲(chǔ)應(yīng)用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)使用方可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集的方式將數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理分析，進(jìn)行輔助決策，減少企業(yè)勞動(dòng)成本和預(yù)防異常事件的發(fā)生。RFID標(biāo)簽的讀取兼容性特別強(qiáng)，只需要射頻信號(hào)能夠穿透載體傳輸，就可以進(jìn)行信號(hào)的接收。在其他環(huán)境中RFID的信號(hào)也能很好的保持，例如在制造業(yè)中存在的高溫、高寒、潮濕等一些高敏施工環(huán)境中也可以穩(wěn)定的進(jìn)行信號(hào)傳輸，并能夠正常工作。

射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）的工作原理：計(jì)算機(jī)或操作平臺(tái)將指令發(fā)送到讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器接收到指令做簡(jiǎn)單處理后由天線(xiàn)將信號(hào)發(fā)送出去，RFID標(biāo)簽接收后會(huì)進(jìn)一步讀寫(xiě)，之后把讀寫(xiě)的信息反饋給讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器將信息處理后給計(jì)算機(jī)或操作平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。RFID的基本原理如圖2所示。

圖2 射頻識(shí)別技術(shù)的基本原理圖

讀寫(xiě)器作為RFID的重要組成部分，也是整個(gè)平臺(tái)的核心部件主要負(fù)責(zé)信息交互、數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)處理等功能。系統(tǒng)主要由射頻處理模塊、信號(hào)處理模塊、供電模塊、控制單元、接口電路等部分構(gòu)成。系統(tǒng)運(yùn)行中當(dāng)標(biāo)簽接收到其他系統(tǒng)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，首先要經(jīng)過(guò)射頻模塊進(jìn)行解析調(diào)試將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后再經(jīng)過(guò)讀寫(xiě)器的天線(xiàn)發(fā)送出去，在標(biāo)簽接收到信息后，對(duì)接收到的信號(hào)就行數(shù)據(jù)加工及數(shù)據(jù)處理之后將數(shù)據(jù)統(tǒng)一打包以信息的方式返回給讀寫(xiě)器，接下來(lái)讀寫(xiě)器提探險(xiǎn)將接收到的信號(hào)傳遞給射頻模塊進(jìn)行信息的分析與調(diào)試，在數(shù)據(jù)中提取出來(lái)標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容，這是一個(gè)完成的通信過(guò)程?？刂茊卧鳛榈诙笾饕獑卧?，主要用來(lái)對(duì)讀寫(xiě)器的功率表調(diào)配以及對(duì)射頻模塊完成信號(hào)的數(shù)據(jù)接收、信號(hào)發(fā)射、信號(hào)調(diào)節(jié)、解調(diào)指令、供電模塊的功率控制、執(zhí)行電腦端由接口電路傳遞的指令等進(jìn)程數(shù)據(jù)。

接口電路主要負(fù)責(zé)讀寫(xiě)器自身與外部平臺(tái)的連接，外部平臺(tái)主要包括為數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。當(dāng)前主要的外部平臺(tái)是PC平臺(tái)，并與平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互、傳遞和指令的交互、傳遞。信號(hào)處理模塊主要負(fù)責(zé)讀寫(xiě)器中數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景中，利用RFID標(biāo)簽進(jìn)行物體信息采集是主要采集過(guò)程實(shí)現(xiàn)，利用類(lèi)RFID標(biāo)簽的快捷采集和靈活性可以便捷的實(shí)現(xiàn)。將需要采集的物體信息記性標(biāo)簽化，按照二進(jìn)制編碼規(guī)則進(jìn)行存儲(chǔ)，將數(shù)據(jù)實(shí)例化到標(biāo)簽內(nèi)的存儲(chǔ)芯片內(nèi)。實(shí)現(xiàn)了一物一碼的數(shù)字化管理。當(dāng)使用RFID系統(tǒng)對(duì)標(biāo)簽編碼進(jìn)行讀取是就能夠?qū)?dāng)前編輯了編碼的物品進(jìn)行快速數(shù)據(jù)解析，讀取到當(dāng)前物體的詳細(xì)信息。從而將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǖ钠脚_(tái)內(nèi)形成物聯(lián)網(wǎng)體系內(nèi)的物聯(lián)數(shù)值化。

RFID系統(tǒng)有多種類(lèi)的電子標(biāo)簽，也體現(xiàn)了RFID系統(tǒng)的多源兼容性，其中有源標(biāo)簽主要由：電源模塊、標(biāo)簽芯片、天線(xiàn)、介質(zhì)基板等部分構(gòu)成。大部分電子標(biāo)簽都可以支持遠(yuǎn)距離傳輸，可以通過(guò)統(tǒng)一個(gè)的頻段實(shí)現(xiàn)對(duì)外的信號(hào)傳遞。半有源標(biāo)簽是由：電源模塊、標(biāo)簽芯片、天線(xiàn)、介質(zhì)基板等部分構(gòu)成。這一類(lèi)的電子標(biāo)簽一般的應(yīng)用場(chǎng)景主要是自身不對(duì)外進(jìn)行信號(hào)發(fā)送，當(dāng)然功耗也會(huì)相對(duì)于有源標(biāo)簽要底很多，一般只有在接收到激活信息的時(shí)候才正式進(jìn)入工作狀態(tài)，只能被動(dòng)接收指令。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在整個(gè)RFID的技術(shù)體系中負(fù)責(zé)核心的數(shù)據(jù)處理過(guò)程[5]。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采取接口電路連接到RFID讀寫(xiě)器的連接，并通過(guò)平臺(tái)系統(tǒng)完成針對(duì)讀寫(xiě)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、讀寫(xiě)器的狀態(tài)配置、回傳信息的識(shí)別與分析過(guò)程、識(shí)別信息數(shù)據(jù)的可視化管理、數(shù)據(jù)分類(lèi)存儲(chǔ)等功能。RIFD技術(shù)體系中數(shù)據(jù)處理經(jīng)常為大數(shù)據(jù)量的處理、涉及多種類(lèi)協(xié)議解析交互、貫穿整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信層。

RFID系統(tǒng)選擇及建議：

從應(yīng)用場(chǎng)景中，建議使用低頻率的射頻信號(hào)進(jìn)行通信，低頻率的射頻可以更好的對(duì)多種介質(zhì)穿透，相對(duì)于1GHz的信號(hào)頻率，100KHz的信號(hào)在經(jīng)過(guò)復(fù)雜的環(huán)境中信號(hào)的吸收要更好。

在工作范圍中，RFID主要依賴(lài)于實(shí)際的需求主要從操作空間、物體間隔、移動(dòng)速度等 多維度進(jìn)行考量。標(biāo)簽與讀寫(xiě)器的影響范圍也要有專(zhuān)業(yè)的測(cè)量和調(diào)試，否則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳遞的丟失。

2 基于射頻識(shí)別技術(shù)的三維模型系統(tǒng)應(yīng)用效果及場(chǎng)景

本文圍繞數(shù)字孿生工廠(chǎng)的整車(chē)裝配線(xiàn)的數(shù)據(jù)采集和信息傳輸?shù)饺S虛擬工廠(chǎng)系統(tǒng)開(kāi)展研究，對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)的相關(guān)原理及應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行研究，提出了一套基于射頻識(shí)別技術(shù)的整車(chē)裝配線(xiàn)的數(shù)字孿生虛擬工廠(chǎng)系統(tǒng)平臺(tái)。

本文所用虛擬工廠(chǎng)的射頻識(shí)別系統(tǒng)由RFID標(biāo)簽、移動(dòng)式及固定RFID閱讀器、虛擬工廠(chǎng)后端系統(tǒng)構(gòu)成。固定RFID閱讀器是基于生產(chǎn)線(xiàn)工藝布局為基準(zhǔn)，通過(guò)一定的方式安裝在生產(chǎn)線(xiàn)的兩端，通過(guò)實(shí)時(shí)發(fā)送信號(hào)采集生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)該產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)品。而移動(dòng)式RFID則是動(dòng)態(tài)的，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況由工人手動(dòng)掃描所需標(biāo)記的產(chǎn)品。虛擬工廠(chǎng)后端系統(tǒng)的關(guān)鍵能力則是利用收集的的產(chǎn)品標(biāo)記信息，通過(guò)平臺(tái)三維可視化的方式動(dòng)態(tài)展現(xiàn)到平臺(tái)中，同時(shí)，與其他供應(yīng)鏈相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合匯總，實(shí)現(xiàn)物理空間與虛擬空間相互映射，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品位置信息與生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)有機(jī)融合，最終為精益生產(chǎn)提供決策支持，切實(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率提升的同時(shí)，有效降低因生產(chǎn)不協(xié)同而造成的浪費(fèi)現(xiàn)象。

目前，基于虛擬工廠(chǎng)的射頻識(shí)別系統(tǒng)中的終端設(shè)備多采用LLRP通信協(xié)議，技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式較復(fù)雜，只有具有深度理解RFID閱讀器和標(biāo)簽的基礎(chǔ)技術(shù)原理，并具有一定的業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)方能開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)用功能。在實(shí)際開(kāi)發(fā)實(shí)施過(guò)程中，ALE技術(shù)是對(duì)LLRP進(jìn)行了相應(yīng)的封裝，在易用性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，故本研究采用的射頻識(shí)別技術(shù)選擇以ALE作為RFID閱讀器的通信接口。裝配線(xiàn)的頭部及尾部閱讀器設(shè)置一臺(tái)前置服務(wù)器，虛擬工廠(chǎng)系統(tǒng)平臺(tái)通過(guò)該前置服務(wù)器實(shí)時(shí)采集RFID相應(yīng)的參數(shù)信息。

在工廠(chǎng)車(chē)間裝配線(xiàn)上部署射頻識(shí)別技術(shù)可以幫助進(jìn)行生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)跟蹤，跟蹤工藝流程，提高問(wèn)題的處理速度，大幅度提高產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)效率。RFID標(biāo)簽接收到信號(hào)后則利用內(nèi)置的芯片進(jìn)行分析，并將標(biāo)簽中存儲(chǔ)的內(nèi)容利用反向散射調(diào)制原理傳送給閱讀器，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的交互。

下面簡(jiǎn)單介紹一下整車(chē)裝配線(xiàn)的射頻識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用流程。在生產(chǎn)線(xiàn)獲取到生產(chǎn)任務(wù)的請(qǐng)求時(shí)，虛擬工廠(chǎng)平臺(tái)接到生產(chǎn)任務(wù)后，對(duì)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行智能化處置，把生產(chǎn)任務(wù)解析生成各產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品所需對(duì)到達(dá)的產(chǎn)品信息，最后把相應(yīng)的結(jié)果發(fā)送到平臺(tái)，平臺(tái)將即將生產(chǎn)的產(chǎn)品信息發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊。產(chǎn)品開(kāi)始生產(chǎn)裝配，當(dāng)裝配工序經(jīng)過(guò)RFID閱讀器時(shí)，其實(shí)時(shí)掃描相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品信息，同步傳輸?shù)教摂M工廠(chǎng)平臺(tái)系統(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品信息和訂單信息進(jìn)行綜合比對(duì)，確定是否有不一致或有差錯(cuò)的產(chǎn)品。若有該現(xiàn)象發(fā)生虛擬工廠(chǎng)平臺(tái)自動(dòng)生成異常信息，推送給管理人員，并進(jìn)一步現(xiàn)場(chǎng)處置，判定異?，F(xiàn)象的原因。

傳統(tǒng)生產(chǎn)管理信息管理方式是基于產(chǎn)品表面粘貼的條形碼，并利用掃碼槍完成產(chǎn)品的清點(diǎn)。雖然采用條形碼標(biāo)記產(chǎn)品可以節(jié)約標(biāo)簽成本，但增加工人的工作量，甚至可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)記漏記。而RFID與條形碼技術(shù)不同，它不需要視線(xiàn)即可完成識(shí)別。射頻識(shí)別技術(shù)不僅滿(mǎn)足條形碼所具備的所有優(yōu)勢(shì)，而且能利用空間模型輔助完成產(chǎn)品的空間定位，這非常有利于大型裝備制造場(chǎng)景。

在射頻技術(shù)應(yīng)用時(shí)，需要采用標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議，確保設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的監(jiān)控。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是企業(yè)的管理者將訂單信息分發(fā)給生產(chǎn)線(xiàn)管理人員，而負(fù)責(zé)各工藝環(huán)節(jié)的制造人員接收到信息后，需采用人工的方式將生產(chǎn)信息輸入到平臺(tái)或數(shù)控設(shè)備中，效率無(wú)法得到保障且容易出現(xiàn)認(rèn)為錯(cuò)誤，通過(guò)射頻識(shí)別系統(tǒng)可降低錯(cuò)誤發(fā)生的概率。

RFID技術(shù)在定位精度方面具有相對(duì)差異，可根據(jù)實(shí)際要求采用針對(duì)性的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，結(jié)合定位精度的高低，可確定具體的系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)閱讀器所采集數(shù)據(jù)的分析特征范圍了，針對(duì)精度高的場(chǎng)景可提取相對(duì)復(fù)雜的RFID信號(hào)特征。

基于RFID和OPC UA的數(shù)據(jù)集系統(tǒng)的方案，可動(dòng)態(tài)獲取各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的詳細(xì)信息，并從工藝優(yōu)化、產(chǎn)能提升、節(jié)能降耗等方面為決策數(shù)字化、管理透明化提供精準(zhǔn)支持，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。

OPC UA作為數(shù)據(jù)采集模塊，支持三維空間數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)讀取和數(shù)據(jù)寫(xiě)入操作，當(dāng)確定指定的改寫(xiě)的節(jié)點(diǎn)時(shí)，可以立即調(diào)用Write服務(wù)。通過(guò)RFID和OPC UA構(gòu)建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將采集的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)字孿生虛擬工廠(chǎng)系統(tǒng)平臺(tái)。同時(shí)，以生產(chǎn)線(xiàn)為單元，在各裝配線(xiàn)設(shè)備上安裝OPC UA服務(wù)器，并對(duì)相對(duì)應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行信息建模。

整車(chē)裝配線(xiàn)設(shè)備上接入OPC UA數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)OPC UA數(shù)據(jù)庫(kù)獲取生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可把信息實(shí)時(shí)傳送到數(shù)字孿生虛擬工廠(chǎng)系統(tǒng)平臺(tái)，讓生產(chǎn)層及管理層能隨時(shí)把控調(diào)整生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題。同時(shí)，獲取的歷史數(shù)據(jù)，可通過(guò)數(shù)字孿生虛擬工廠(chǎng)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程。圖3為OPC UA系統(tǒng)模型圖。

圖3 OPC UA系統(tǒng)模型圖

針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)信息化的決策制定，都離不開(kāi)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況的及時(shí)把握，通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，才能解決上述問(wèn)題。三維虛擬工廠(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及要求如下：本系統(tǒng)總體是進(jìn)行大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)流通與交換，對(duì)系統(tǒng)的整體性能要求比較高，需要保證數(shù)據(jù)的可靠和穩(wěn)定性，軟硬件的可擴(kuò)充性，系統(tǒng)易維護(hù)和易操作性。

虛擬工廠(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景分為不同的層級(jí)。其中，一是用戶(hù)層對(duì)象是企業(yè)的所有員工，包含普通普通員工和中、低、高層管理者們，他們?cè)谧约旱穆殭?quán)范圍內(nèi)下發(fā)、接收和執(zhí)行生產(chǎn)計(jì)劃，同時(shí)要實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)際執(zhí)行情況；二是功能層則是實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的可視化監(jiān)控，其實(shí)現(xiàn)步驟首先需要對(duì)數(shù)據(jù)的處理和建模，從而實(shí)現(xiàn)從計(jì)劃下發(fā)到產(chǎn)品加工的自動(dòng)對(duì)接的運(yùn)行模型，因此可以實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)計(jì)劃到現(xiàn)場(chǎng)加工全過(guò)程可視化監(jiān)控；三是數(shù)據(jù)層主要是為模型運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支撐，數(shù)據(jù)來(lái)源是生產(chǎn)過(guò)程中獲取的實(shí)時(shí)信息，再進(jìn)行采集和分類(lèi)封裝；四是網(wǎng)絡(luò)層主要指Intrane/tInternet等，用于信息與數(shù)據(jù)的共享和傳輸。虛擬工廠(chǎng)管理系統(tǒng)的功能模塊有可視化監(jiān)控分析、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)快速建模、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型運(yùn)行、系統(tǒng)管理等功能模塊。下面為基于虛擬工廠(chǎng)中采集到數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景分析：

1）射頻識(shí)別技術(shù)數(shù)據(jù)的采集。采集的主要是生產(chǎn)計(jì)劃和現(xiàn)場(chǎng)的一些數(shù)據(jù)，比如計(jì)劃的執(zhí)行情況、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)的進(jìn)度情況等，進(jìn)而可以實(shí)時(shí)監(jiān)控加工裝配產(chǎn)品的真實(shí)運(yùn)行狀況以及設(shè)備工作狀態(tài)信息。根據(jù)需求的不同，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的處理，并統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)快速建模模塊聯(lián)結(jié)，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

2）系統(tǒng)平臺(tái)數(shù)據(jù)建模。首先需要設(shè)置模型參數(shù)以形成相應(yīng)的模擬展示環(huán)境，再建模以形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息和靜、動(dòng)態(tài)信息等不同模型，進(jìn)而將這些信息放在對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3）虛擬工廠(chǎng)將建立的模型進(jìn)行三維可視化展示。以三維動(dòng)畫(huà)形式把數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型計(jì)算出的結(jié)果給傳遞到各個(gè)終端瀏覽器，并在終端瀏覽器進(jìn)行多維度統(tǒng)計(jì)分析，以便決策層可隨時(shí)查看和調(diào)用。

4）虛擬工廠(chǎng)的運(yùn)行場(chǎng)景。通過(guò)實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控可快速掌握各生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際執(zhí)行情況，進(jìn)而可利用實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃、資源和方法進(jìn)行生產(chǎn)指導(dǎo)，即可降低成本，又可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。

可以看出構(gòu)建不同場(chǎng)景模型的過(guò)程是搭建一個(gè)三維虛擬工廠(chǎng)系統(tǒng)的集成平臺(tái)。該平臺(tái)具有可維護(hù)、可擴(kuò)展、可修訂、可編輯、可更改功能，并且該三維虛擬工廠(chǎng)平臺(tái)具有視圖的放大、縮小、隱藏等功能。搭建的虛擬工廠(chǎng)集成平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)單個(gè)模型（局部或整體）、局部區(qū)域模型、數(shù)據(jù)的刪減、增加、改動(dòng)并對(duì)上述功能設(shè)置用戶(hù)權(quán)限控制，利用平臺(tái)可進(jìn)行管線(xiàn)、建筑、設(shè)備間的干涉演示分析，規(guī)劃模擬，具有視圖的放大、縮小、隱藏等功能。同時(shí)，該虛擬工廠(chǎng)集成平臺(tái)聯(lián)動(dòng)集成資產(chǎn)管理、能源監(jiān)控、產(chǎn)線(xiàn)規(guī)劃、物流管理、安保聯(lián)防、規(guī)劃設(shè)計(jì)、數(shù)字化工廠(chǎng)、企宣規(guī)劃、抗災(zāi)減災(zāi)、智能停車(chē)等應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)景平臺(tái)。虛擬工廠(chǎng)集成平臺(tái)提供單個(gè)模型、局部模型等相關(guān)數(shù)據(jù)的維護(hù)管理，并針對(duì)不同角色提供相應(yīng)的權(quán)限控制。同時(shí)可進(jìn)行管線(xiàn)、建筑、設(shè)備間的干涉演示分析，規(guī)劃模擬，具有視圖的放大、縮小、隱藏等功能。

虛擬工廠(chǎng)系統(tǒng)可通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集，在目標(biāo)庫(kù)中，每個(gè)目標(biāo)庫(kù)中都有相應(yīng)的模型，它們?cè)趫?chǎng)景布局、信息采集、信息加工等各個(gè)環(huán)節(jié)中都有相應(yīng)的模式，為產(chǎn)品的可見(jiàn)性提供了依據(jù)。通過(guò)射頻技術(shù)采集數(shù)據(jù)，再利用數(shù)據(jù)傳送技術(shù)實(shí)時(shí)傳遞、分析、統(tǒng)計(jì)，利用軟件或外部整合的方法產(chǎn)生一組相關(guān)的模式，并分析和檢驗(yàn)該模式的運(yùn)作狀況。

3 結(jié)語(yǔ)

本文深入研究了RFID識(shí)別技術(shù)及其在數(shù)字孿生工廠(chǎng)中的應(yīng)用場(chǎng)景，提出了RFID識(shí)別技術(shù)對(duì)車(chē)輛裝配線(xiàn)信息實(shí)時(shí)采集，上傳采集數(shù)據(jù)到數(shù)字孿生工廠(chǎng)系統(tǒng)平臺(tái)，企業(yè)管理層及生產(chǎn)層可隨時(shí)查看把控生產(chǎn)的信息，及時(shí)解決出現(xiàn)的問(wèn)題，優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程。未來(lái)，企業(yè)將利用收集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘算法，進(jìn)一步分析預(yù)測(cè)，使產(chǎn)品不合格率程下降趨勢(shì)，并在產(chǎn)品生產(chǎn)成本有所縮減。