一种基于数字孪生平台的制造业工厂管理系统的制作方法

1.本发明涉及制造业工厂管理技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生平台的制造业工厂管理系统。


背景技术：

2.工厂管理是指为了更有效地提高工厂效率和产品质量，利用计划、组织、用人、指导、控制等活动，对生产过程和生产者进行管理的一种活动，
3.现有的制造业工厂在一定程度上已经实现了自动化、数字化和信息化管理，例如制造业工厂设有视频监控系统、门禁系统、周界安全系统、智能照明系统、消防报警系统、工厂生产及管理信息系统以及多媒体显示系统，其中，视频监控系统包括安装在各个设防地区的摄像设备，各个摄像设备采集设防地区的视频图像信息，然后传输到监控室，由工作人员对设防地区的情况进行监测，消防报警系统包括烟雾传感器或温度传感器等设备，用于检测火情，还包括报警器，用于在检测到火情时发出报警信号，还包括中控设备、会议设备、音响设备等，用于展示图像信息及音频信息，可见，目前制造业工厂的视频监控系统、门禁系统、周界安全系统、智能照明系统、消防报警系统、工厂生产及管理信息系统以及多媒体显示系统都“各行其是”，遇到一些非正常事件或事故的发生，各系统之间缺乏有效联动，往往依赖制定一系列应急预案依靠相关工作人员人工完成，以应对各种意外情况的发生，需要人工干预的地方较多，智慧化程度不高，同时也缺少对于制造业工厂内物料的管理，同时售前售后服务的管理也是智慧化程度不高。
4.所以，需要提出一种基于数字孪生平台的制造业工厂管理系统来解决上述问题。


技术实现要素：

5.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于数字孪生平台的制造业工厂管理系统。
6.本发明提出的一种基于数字孪生平台的制造业工厂管理系统，包括数据采集与对接模块、数据处理中心模块、数字孪生平台模块，所述数字孪生平台模块包括生产管理模块、物料管理模块、人员管理模块、设备管理模块、质量管理模块与智能监控模块；
7.数据采集与对接模块用于对接设备及相关传感器获取相关设备及其plc控制系统运行数据；
8.数据处理中心模块用于处理数据采集与对接模块采集的生产数据、资料数据、文档数据与信息数据；
9.数字孪生平台模块用于对接各种实时生产数据,通过系统化的机理模型体系驱动虚拟车间实时同步运转，孪生虚拟车间通过数据分析监控,自动发出或通过管理人员干预给出车间工作指导建议、调度指令、设备控制指令等，驱动控制实体车间工作，同时监控执行进度。
10.优选地，所述数据采集与对接模块主要对接现有的以下信息化系统获取相关数
据：
11.a、mes系统：对接获取生产相关综合性数据；
12.b、sap系统；对接获取计划排程数据；
13.c、scada系统：对接获取设备相关数据；
14.d、qms系统：对接获取生产质量相关数据；
15.e、工艺管理系统：对接获取生产技术文件、解决方案以及生产工艺数据等相关信息资料；
16.f、电子标签拣选系统：对接获取物料管理数据。
17.优选地，所述生产管理模块包括：
18.a、生产计划管理，从aps、erp、mes等系统获取生产排产计划、过程指标、资源匹配情况等数据信息，在执行过程中根据实时数据，监督计划执行情况；
19.b、生产过程管理与统计，主要包括：工厂整体生产效率、产能、产量等，依托详细的每工序sop数据，结合产线工序实时计数传感器数据，进行生产过程管理统计，可从整线、工段、工位等多维度进行分析统计，数据可在三维仿真场景中以数据看板的形式进行呈现；
20.c、生产效率与节拍分析，精准统计计算生产所有环节效率与节拍，及时发现生产效率问题，实时统计分析每一生产环节的生产循环时间,根据数据分析计算实时动态生产效率，从宏观全生产流程视角对生产效率进行综合统计分析，精准定位生产瓶颈；
21.d、生产执行与协同，以装配生产为主线，监控生产过程中各生产要素的配合情况，包括：物料的配套、人员的状态、设备状态等，通过实时数据分析，及时检测问题所在，对生产工作进行协同调配，例如：根据实时生产效率，对比检测备料情况，提前预测补料时间与数量；
22.e、生产成本分析，利用数字孪生的机理模型体系，融合用料、人工、能耗等各成本要素数据，接入财务成本体系，实时统计实际有效生产成本；
23.f、生产追溯，将基于实时生产数据的数字孪生体系与编码管理体系打通对接，通过孪生数据追溯和产品编码、条码相结合的方式，多维度、全链路实现生产追溯，可追溯产品批次、用料、工艺参数、生产机台、生产时间、生产班组及相关负责人等信息，例如质检环节检测到不良品时，系统可直接显示不良品批次、用料、生产机台、生产责任人等信息。
24.优选地，所述物料管理模块通过对接设备iot及相关系统中的物料、仓储、物料相关数据，结合数字孪生仿真机理逻辑运算，进行生产物料、物料、仓储的综合化管理，主要包括：
25.a、仓储管理：根据仓储相关管理系统数据，结合仓储及物流设备相关实时数据，对仓储体系进行机理逻辑建模,通过数据模型逻辑分析,对仓储相关各种信息进行管理，包括存储物料种类型号数量、库位使用情况、库存周转率、呆滞库存定位报警等，同时以三维可视化的形式，直观展示实时仓储状态情况；
26.b、生产物料管理：利用sop的每个作业环节用料信息，结合生产计数，实时统计线上物料使用情况；
27.c、厂内物料配送管理：通过物流配送数据集成接入，读取并集成显示配送计划，通过设备iot数据采集，动态可视化监控物流配送情况，包括物流路线、设备状态、物料配送状态等；
28.d、供应链管理：主要通过对接相关管理系统或采集相关管理数据，进行供应链数据信息的管理集成，主要包括：交验不良率、不良品处置、交货及时率、订单齐套性、原材料库存、异常管理等数据。
29.优选地，所述人员管理模块主要结合生产派工、实时生产状态及数据统计、人员相关资料档案，利用生产逻辑模型对人员相关所有数据进行关联对接并重新整合，形成基于数字孪生的人员管理体系，从而对生产人员进行立体综合式管理，主要包括：
30.a、人员出勤与配置，利用计划排程和人员派工以及考勤记录，统计人员出勤及配置情况，并以三维可视化的方式进行人员岗位布局及数据呈现；
31.b、人员工时、产出、工作效率等。利用每工段/工位生产数据及效率统计，根据人员派工，匹配相关岗位工作的班组及人员，经过数据运算比对，实时统计班组与人员。
32.优选地，所述设备管理模块主要利用设备iot数据以及设备维护保养相关报工信息，结合全根据生产数据，对各项设备进行基于数字孪生的管理。
33.优选地，所述质量管理模块主要包括：
34.a、除车间生产过程以外的例如市场故障率等数据，主要对接相关质量管理数据，进行一体化信息数据集成；
35.b、生产过程中质量数据通过质检环节进行质量数据采集或人工统计报工的方式进行统计，孪生系统根据统计情况进行分析,并可对具体质量问题进行生产追溯，例如：质检环节检测到不良品时，系统可直接显示不良品批次、用料、生产机台、生产责任人等信息。
36.优选地，所述智能监控模块主要包括：
37.a、智能分析，辅助管理：虚拟孪生系统基于实时生产数据，利用生产机理模型进行数据实时分析评估，在生产管理过程中充当“管理秘书”的角色，自动监控现场生产的一举一动并且即时性的进行数据分析，自动发现现场生产存在的蛛丝马迹的问题，在提醒管理人员注意的同时还会给出相关的分析建议以及相关的数据信息；
38.b、自动化调度及数据支持：可自动发出经过管理人员确认的工作指令给到现场相关人员和设备,还可根据现场的工作进度与状态实时更新数据并重新分析；
39.c、全维度高精度监控管理：
40.(1)毫秒级延迟的数据同步，全方位无死角信息整合，从原料到成品，从成本到效率，从个体到全局，全过程信息贯穿；系统自动化分析生产过程数据，在实现管理精准化的同时也大大降低管理人员的工作量，提高管理效率；
41.(2)通过实时同步的三维可视化界面,使管理人员既可以即时了解到宏观全局生产情况，也可以清楚看到现场每一个生产细节以及数据产生的过程，实现生产数据的高度透明化。
42.d、自定义监控报表：
43.(1)系统根据实时生产数据监控，经统计计算后形成实时数据监控报表，可根据需求自定义设置所需实时监控展示的报表信息内容；
44.(2)从管理功能预设不同的报表模板分为:生产管理、物料管理、人员管理、设备管理、质量管理；
45.(3)可自定义选择特定的参数加入监控报表。
46.本发明具有以下几点有益效果：
47.1、能够将所有生产数据信息，按照实际生产逻辑关系，统一集成汇总，从而形成一体化的调度管理体系，解决生产信息零散,难以统一系统化管理的问题；
48.2、能够将实时生产数据信息进行统一汇总，并与生产现场数据实时同步，进行生产即时化监控，解决因数据信息需要人工收集整理汇总汇报而带来的不能即时性获取生产信息的问题；
49.3、能够接入生产现场实时数据，将抽象数据变成通俗易懂的仿真画面，提高数据的可读性，使海量数据也可一目了然，解决因数据复杂凌乱而导致的数据可读性差，理解困难的问题；
50.4、能够利用大数据分析和人工智能技术，对车间生产进行智能化分析和管理，解决因传统的人工生产分析而导致的即时性差、工作量大、标准化低的问题，大幅度提升管理效率，降低管理人员脑力劳动强度。
附图说明
51.图1为一种基于数字孪生平台的制造业工厂管理系统的系统结构框图。
具体实施方式
52.下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
53.参照图1，本发明提出的一种基于数字孪生平台的制造业工厂管理系统，包括数据采集与对接模块、数据处理中心模块、数字孪生平台模块，数字孪生平台模块包括生产管理模块、物料管理模块、人员管理模块、设备管理模块、质量管理模块与智能监控模块；
54.数据采集与对接模块用于对接设备及相关传感器获取相关设备及其plc控制系统运行数据；
55.数据处理中心模块用于处理数据采集与对接模块采集的生产数据、资料数据、文档数据与信息数据；
56.数字孪生平台模块用于对接各种实时生产数据,通过系统化的机理模型体系驱动虚拟车间实时同步运转，孪生虚拟车间通过数据分析监控,自动发出或通过管理人员干预给出车间工作指导建议、调度指令、设备控制指令等，驱动控制实体车间工作，同时监控执行进度。
57.本发明中，数据采集与对接模块主要对接现有的以下信息化系统获取相关数据：
58.a、mes系统：对接获取生产相关综合性数据；
59.b、sap系统；对接获取计划排程数据；
60.c、scada系统：对接获取设备相关数据；
61.d、qms系统：对接获取生产质量相关数据；
62.e、工艺管理系统：对接获取生产技术文件、解决方案以及生产工艺数据等相关信息资料；
63.f、电子标签拣选系统：对接获取物料管理数据。
64.本发明中，生产管理模块包括：
65.a、生产计划管理，从aps、erp、mes等系统获取生产排产计划、过程指标、资源匹配情况等数据信息，在执行过程中根据实时数据，监督计划执行情况；
66.b、生产过程管理与统计，主要包括：工厂整体生产效率、产能、产量等，依托详细的每工序sop数据，结合产线工序实时计数传感器数据，进行生产过程管理统计，可从整线、工段、工位等多维度进行分析统计，数据可在三维仿真场景中以数据看板的形式进行呈现；
67.c、生产效率与节拍分析，精准统计计算生产所有环节效率与节拍，及时发现生产效率问题，实时统计分析每一生产环节的生产循环时间,根据数据分析计算实时动态生产效率，从宏观全生产流程视角对生产效率进行综合统计分析，精准定位生产瓶颈；
68.d、生产执行与协同，以装配生产为主线，监控生产过程中各生产要素的配合情况，包括：物料的配套、人员的状态、设备状态等，通过实时数据分析，及时检测问题所在，对生产工作进行协同调配，例如：根据实时生产效率，对比检测备料情况，提前预测补料时间与数量；
69.e、生产成本分析，利用数字孪生的机理模型体系，融合用料、人工、能耗等各成本要素数据，接入财务成本体系，实时统计实际有效生产成本；
70.f、生产追溯，将基于实时生产数据的数字孪生体系与编码管理体系打通对接，通过孪生数据追溯和产品编码、条码相结合的方式，多维度、全链路实现生产追溯，可追溯产品批次、用料、工艺参数、生产机台、生产时间、生产班组及相关负责人等信息，例如质检环节检测到不良品时，系统可直接显示不良品批次、用料、生产机台、生产责任人等信息。
71.本发明中，物料管理模块通过对接设备iot及相关系统中的物料、仓储、物料相关数据，结合数字孪生仿真机理逻辑运算，进行生产物料、物料、仓储的综合化管理，主要包括：
72.a、仓储管理：根据仓储相关管理系统数据，结合仓储及物流设备相关实时数据，对仓储体系进行机理逻辑建模,通过数据模型逻辑分析,对仓储相关各种信息进行管理，包括存储物料种类型号数量、库位使用情况、库存周转率、呆滞库存定位报警等，同时以三维可视化的形式，直观展示实时仓储状态情况；
73.b、生产物料管理：利用sop的每个作业环节用料信息，结合生产计数，实时统计线上物料使用情况；
74.c、厂内物料配送管理：通过物流配送数据集成接入，读取并集成显示配送计划，通过设备iot数据采集，动态可视化监控物流配送情况，包括物流路线、设备状态、物料配送状态等；
75.d、供应链管理：主要通过对接相关管理系统或采集相关管理数据，进行供应链数据信息的管理集成，主要包括：交验不良率、不良品处置、交货及时率、订单齐套性、原材料库存、异常管理等数据。
76.本发明中，人员管理模块主要结合生产派工、实时生产状态及数据统计、人员相关资料档案，利用生产逻辑模型对人员相关所有数据进行关联对接并重新整合，形成基于数字孪生的人员管理体系，从而对生产人员进行立体综合式管理，主要包括：
77.a、人员出勤与配置，利用计划排程和人员派工以及考勤记录，统计人员出勤及配置情况，并以三维可视化的方式进行人员岗位布局及数据呈现；
78.b、人员工时、产出、工作效率等。利用每工段/工位生产数据及效率统计，根据人员派工，匹配相关岗位工作的班组及人员，经过数据运算比对，实时统计班组与人员。
79.本发明中，设备管理模块主要利用设备iot数据以及设备维护保养相关报工信息，
结合全根据生产数据，对各项设备进行基于数字孪生的管理。
80.本发明中，质量管理模块主要包括：
81.a、除车间生产过程以外的例如市场故障率等数据，主要对接相关质量管理数据，进行一体化信息数据集成；
82.b、生产过程中质量数据通过质检环节进行质量数据采集或人工统计报工的方式进行统计，孪生系统根据统计情况进行分析,并可对具体质量问题进行生产追溯，例如：质检环节检测到不良品时，系统可直接显示不良品批次、用料、生产机台、生产责任人等信息。
83.本发明中，智能监控模块主要包括：
84.a、智能分析，辅助管理：虚拟孪生系统基于实时生产数据，利用生产机理模型进行数据实时分析评估，在生产管理过程中充当“管理秘书”的角色，自动监控现场生产的一举一动并且即时性的进行数据分析，自动发现现场生产存在的蛛丝马迹的问题，在提醒管理人员注意的同时还会给出相关的分析建议以及相关的数据信息；
85.b、自动化调度及数据支持：可自动发出经过管理人员确认的工作指令给到现场相关人员和设备,还可根据现场的工作进度与状态实时更新数据并重新分析；
86.c、全维度高精度监控管理：
87.(1)毫秒级延迟的数据同步，全方位无死角信息整合，从原料到成品，从成本到效率，从个体到全局，全过程信息贯穿；系统自动化分析生产过程数据，在实现管理精准化的同时也大大降低管理人员的工作量，提高管理效率；
88.(2)通过实时同步的三维可视化界面,使管理人员既可以即时了解到宏观全局生产情况，也可以清楚看到现场每一个生产细节以及数据产生的过程，实现生产数据的高度透明化。
89.d、自定义监控报表：
90.(1)系统根据实时生产数据监控，经统计计算后形成实时数据监控报表，可根据需求自定义设置所需实时监控展示的报表信息内容；
91.(2)从管理功能预设不同的报表模板分为:生产管理、物料管理、人员管理、设备管理、质量管理；
92.(3)可自定义选择特定的参数加入监控报表。
93.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。