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              進博會專題
              控制軟件

              當數字孿生技術為超級工廠建設按下“加速鍵”

                2022年08月05日  

                隨著電動汽車 (EV) 革命的蓬勃高漲,全球電動汽車的數量正處于迅猛增長狀態。如果想要滿足不斷高漲的市場需求,并且為電動汽車行業提供一個擁有充足電力的環境,那么我們就需要通過智能可擴展的生產戰略為業務增長打下堅實基礎,防止電池供應中斷或者超級工廠試運行延遲打亂電動汽車的生產計劃。

                電池制造商需要面對生產需求多樣化、項目進度緊張以及產能受限的問題,而汽車制造商需要依靠最大化的電池生產速度來滿足呈指數級增長的需求。為了能夠始終提供優質安全的電池,制造商往往需要將全新的自動化解決方案集成到現有工藝流程中,利用建模和仿真工具執行“假定”生產場景的離線測試,從而解決項目進度緊張的問題,并且制造商必須具備即時調整能力,才能緊跟電池技術的快速發展。

                因此,電動汽車和電池制造商正通過建造智能互聯型電池超級工廠來迅速擴大其產能。制造商們迫切需要利用數字視覺支持工具部署更智能、更高效的制造過程,這些工具可以幫助制造商加快項目進度、縮短停機時間并實現離線測試。這表示電池大批量生產設施將成為剛需,實現起來卻并不容易。

              在整個運營過程中創造價值

                那么如何才能確保電池超級工廠順利啟動?其關鍵在于讓智能工廠真正實現智能化運營以及各環節的相互協調。為了實現這一點,制造商必須部署制造執行系統 (MES)?作為互聯型超級工廠的基石?,F代 MES 系統可以整合 IT 和 OT 之間的缺口,實現端到的端連接和可見性,幫助制造商優化運營并解決關鍵的質量問題。

                數字化企業可以更快響應市場需求,這在很大程度上要歸功于 MES 系統。MES 系統的關鍵特征之一,就是能夠在數字世界中及早解決各類生命周期挑戰,避免它們在現實生產中發展成為真正問題。

                當與建模和仿真工具搭配使用進行“假定”生產場景的離線測試時,MES 系統還能展現出非凡的敏捷度和靈活性,它可以將各家工廠的生產業務與全球業務系統緊密聯系在一起,使生產人員能夠利用實時見解做出更快、更明智的決策,從而加快響應速度。也就是說使用集成 MES 系統,制造商可以在整個超級工廠實現可視化,在項目初期就實現智能運營,可以顯著節省時間和成本。

              通過數字化創新滿足需求

                對于電動汽車制造商來說,要克服項目進度吃緊的問題、改變生產要求并提升產能,仿真軟件必不可少。

                隨著數字化技術的發展以及數字孿生體的應用,制造商可使用數字孿生技術實現更敏捷的設計過程。數字孿生技術允許制造商對場景進行精確的離線測試,實現資產全生命周期的持續改進,并且借助數字孿生技術,制造商甚至可以在購買部件或擴招員工之前就對機器和工廠進行設計、測試和驗證。這種能力可以改進員工的工作方式,幫助制造商不斷發展并緊跟快速變化的電動汽車市場。

                利用 Emulate3D? 數字孿生體軟件,電動汽車和電池制造商可以在機器設計和性能方面拓展無限可能。Emulate3D 技術適用于各類 PLC 和 CAD 平臺,能夠為制造商提供最佳的虛擬試運行解決方案。例如:訂購部件前,了解機器的運行狀況;前往現場前,發現相關控制問題;幫助工廠員工在無風險的虛擬環境中學習系統知識,預測未來性能,以及對生產線變更進行仿真等。

              先演示,后設計

                在超級工廠設計過程中,有三個關鍵環節可以應用到 Emulate3D。Emulate3D 包含各種標準工具,可以讓制造商構建工廠布局,并快速達到能夠代表真實狀況的系統狀態。完成初始演示階段之后,就可以使用標準化的機器及代碼渲染一個實際模型,用于展示概念并交流想法,從而確保向所有項目利益相關方共享相同的概念和愿景。

                其中第一個關鍵環節是,在項目正式啟動前向所有利益相關方演示概念并創建視覺體驗。而我們想要滿足緊迫的項目進度要求,就必須在設計階段及早入手。借助數字孿生體軟件,可以構建工廠的概念模型,了解初始系統設計的運行情況,無論是嘗試加入生產設施,還是要鞏固詳細生產流程,這款仿真軟件都能為所有相關方提供創建概念模型 3D 布局所需的工具,并幫助人們領會如何通過清晰的概念理解縮短開發時間和加快決策速度。

              以仿真技術擴大規模

                在建模概念獲得批準后,啟動超級工廠的第二個關鍵環節便是使用 Emulate3D 軟件的仿真和實驗功能來測試此概念的設計。如果使用 Emulate3D 進行仿真,便可構建一個獨立模型,可以進行重復操作,并通過實驗來分析系統內的變量,例如如何消除停機時間和擴大生產規模。

                當開始決定采購各類設備時,這項測試至關重要,有些部件可能價格便宜但加工速度慢,或者價格昂貴但加工速度快。無論是決定使用自動化還是非自動化解決方案,或者正在分析系統以確定設計是否能滿足長期需求,系統都需要兼顧當下和未來的需求。而這款仿真軟件恰恰可以幫助確定系統目前的配置是否能在不停機或不變更的情況下滿足這些需求。

                最重要的是,在仿真測試過程中可以分別設置不同的變量,隨后再運行相應模型,而制造商可以根據具體工廠需求快速或精細化地完成測試。通過使用可導入的典型標準物料輸送設備模型或自定義 CAD 設備模型,可以實時了解系統的產出量變化。

              以仿真技術實現擴展

                啟動超級工廠的第三個關鍵環節是對新生產流程進行離線測試,從根本上節省試運行階段的時間和成本。而仿真技術可以讓工程師們使用 3D 計算機輔助設計 (CAD) 對象在虛擬環境中運行程序,從而對系統完整性進行一次性評估,無需等待機器制造完成。借助仿真技術,可以創建采用實際操作邏輯并與控制系統相連的虛擬機器,然后在試運行前先對機器性能進行測試、調試和驗證,最后還可以模擬機器運行情況,以測試新的配置和產品類型。這意味著在超級工廠啟動期間,用戶可以幾乎不受限制地應用數字孿生體。

                一旦從項目的關鍵路徑中移除了一些邏輯控件,難免會對系統試運行心存顧慮。例如,安全硬件是否正常工作,電氣接線是否正確?

                在現實環境中執行某些操作可能會危及人身安全、花費大量時間和成本、消耗過多原材料甚至影響其他生產線,而仿真技術允許用戶在虛擬環境中大膽放心地進行嘗試。這不僅能夠以數字化方式來對系統進行測試,而且能夠顯著縮短時間、降低成本和減小風險,以便做出對于超級工廠啟動至關重要的決定。

                作為智能制造的引領者,羅克韋爾自動化的仿真和數字孿生體軟件能夠推動電動汽車和電池制造商超級工廠的協作建設,并且為工業機器設計深入賦能,未來,我們將繼續依托先進的 IT/OT 技術提供更加全面的數字化解決方案,為汽車行業發展帶來無限可能。

              (來源:羅克韋爾自動化)

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