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2022-10-17

小盟科普丨“5G+工業互聯網”研發設計環節應用場景：生產單元模擬

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    2021年，工業和信息化部發布“5G+工業互聯網”二十個典型應用場景，已涵蓋研發設計、生產運行、檢測監測，倉儲物流，運營管理等環節。現在，小盟帶大家一起來深入了解下每一個應用場景的描述和案例。


研發設計環節應用場景：生產單元模擬

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場景描述

    在生產單元各類設備上設置5G模組或部署5G網關等，采集海量生產數據、設備數據、環境數據等實時上傳至邊緣云平臺。邊緣云平臺利用三維（3D）建模技術建設與物理生產單元對應的虛擬生產單元，實現生產制造狀態實時透明化、可視化。利用模型仿真、孿生共智等基于數字孿生模型的技術進行分析處理，實現產能預測、過程感知、轉產輔助等功能。企業可將實際的生產結果與5G虛擬生產單元的預期結果進行比對，根據比對差異對物理生產單元進行優化，實現生產要素、生產工藝、生產活動的實時精準管控，確保生產穩定高效運行。

基礎條件

    企業的物理生產單元具備較好的數字化、網絡化基礎，企業的數字化研發與設計、設備和系統運維管理等經驗較為豐富，生產現場實現5G網絡覆蓋，生產設備具備5G網絡接入能力。


案例1

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    江西藍星星火有機硅有限公司與中國電信合作，打造“5G+智能化工”項目，實現了生產單元模擬場景的應用。通過5G工業網關、智能手環、高清攝像頭等載體對工廠里的人、機、物等多要素進行數據采集和匯聚，形成企業生產數據中心。利用數字孿生技術將生產過程中的各類實時數據和分析數據精準地映射到產線的三維模型，虛擬孿生有機硅化工產線完整地還原了物理產線；通過模擬生產工藝流程和設備生產關鍵動作，快速呈現生產狀態；將采集的數據與三維模型數據進行融合，實現虛擬設備與物理設備的聯動控制、靜態數據查詢和運行狀態實時展示。項目投入運行后，星火有機硅生產管理成本降低20%。


案例2

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    陜西聲威建材集團有限公司與中國聯通合作，開展5G+工業互聯網“水泥行業皮帶無人值守數字孿生系統”項目建設，實現了生產單元模擬場景的應用。綜合利用多個傳感器和多光譜偏振光+可見光攝像頭進行數據采集，通過5G網絡將水泥生產線映射到數字空間。利用時空信息重構技術和運營商統一授時技術，建立數字孿生皮帶無人值守系統，實現速度、產量等生產狀態的動態感知。基于人工智能等技術對數字孿生皮帶進行實時分析處理，實現了礦料運輸的智能控制、自動糾偏、AI異常監控、風險智能分析和分級告警等功能，保證產線生產、設備和人員安全，以及水泥礦料輸送智能化監管和精細化生產，實現提質、增效、節能、降耗，礦料工序能耗降低13%，生產效率提升30%，生產成本降低12%。


案例3

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    招商港口與中國移動合作，開展了“5G媽灣智慧港口”項目建設，實現了生產單元模擬場景的應用。通過采集港口集卡、岸橋、場橋、船舶和集裝箱等時空數據，搭建碼頭全要素場景平臺和1：1數字孿生體，利用5G網絡實現虛擬世界與物理世界的同步感知、運行規律和物理屬性的同步更新。采用數字孿生、北斗定位等技術建立港口生產管理的模擬仿真系統，通過預演未來作業，幫助碼頭在生產作業開始前對生產計劃進行驗證和評估；通過對接現場設備定位系統，實時獲取、動態展示設備當前位置，對生產設備運行及作業執行情況進行全局把控；通過回放歷史作業，分析和診斷生產作業過程中出現的問題，為算法調優、指令調度提供依據。通過對港口生產進行預演、實操和復盤，實現了媽灣智慧港生產最優化。項目運行后，港口綜合作業效率提升30%以上。


案例4

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    雅戈爾服裝制造有限公司與中國聯通合作，開展了“5G+數字孿生”項目建設，實現了生產單元模擬場景的應用。基于數字孿生技術，在地理信息、物理信息、運行邏輯上1：1虛擬還原了雅戈爾西服工廠，通過數采模塊對縫紉機實時數據（如縫紉機的啟停、速度、故障等）、AGV狀態信息（位置、速度、配送物料等）以及巡檢機器人的位置和檢測結果等進行采集，利用5G網絡上傳至數字孿生系統。通過系統對生產現場特別是移動設備實時生產運行狀態的監測、分析和報警，能夠直觀、可視化地遠程掌握工廠生產、物流、設備等全局信息，解決了傳統系統因信息抽象、點狀、斷點而導致的決策滯后和工廠異常處理不及時等問題，提高了工廠管理層的決策效率及車間層的執行效率，生產效率提升25%，訂單交付周期縮短10%。


案例5

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    杭州老板電器股份有限公司與中國移動合作，開展“老板電器5G無人工廠”項目建設，實現了生產單元模擬場景的應用。通過5G工業網關實時上傳海量生產數據、設備狀態數據，實現對廠房內工藝流程和布局的數字化建模，利用5G網絡實時呈現車間內12條產線生產狀態和65輛AGV位置信息。當產量即將低于標準值或影響其他生產環節時，平臺可自動定位異常設備，進行彈窗預警，實現資源協同。通過數字孿生平臺，實時掌握物流效率、設備負荷、瓶頸節點等關鍵信息，有效提升了工廠運作過程中生產效率和自動化水平。