卡奥斯D30S赋能工厂数字化转型
作者 | 海尔数字科技2022-09-14

1、项目背景

制造业是工业化和现代化的主导力量。新一代信息技术与制造业深 度融合,正在推动制造业生产方式向着数字化、网络化、智能化的方向加速迈进。

物联网、大数据、人工智能、虚拟现实等新一代信息技术正在加速碰撞、融合,不断催生新的技术、业务形态和业务模式。数字孪生作为工业互联网的核心技术之一,作为现实世界实物或系统的数字化表达,以其普适的理论体系广泛应用于各个行业,尤其是在制造业所属的工业领域的表现尤为突出。

当前工业生产已经发展到高度自动化与信息化阶段,在生产过程中产生大量的信息。但由于企业信息的多源异构、异地分散特征易形成信息孤岛,在生产中没有发挥出应有的价值。采用物联网技术对车间实时监控,一方面,数据采集与分析使得系统行为刻画得更加精准和透明, 为调度系统做出正确响应提供准确的数据来源;另一方面,在数据实时处理下车间状态瞬息万变,这对企业调度系统的运算时间性能提出了更高的需求。

2、项目建设内容

卡奥斯D3OS,涵盖工业智能、数字孪生、设备物联、数据主线四大核心模块(如图1)。具备数据采集、治理及智能化应用的全流程能力, 实现设备间、系统间的物联、数联、智联,帮助企业可视(全场景三维/ 实景可视化,全要素数据可视化)、可管(数据治理,设备管理与追 踪,生产流程管控)、可预测(生产计划排程优化,设备预测性维护)。

卡奥斯D3OS产品体系架构

图1卡奥斯D3OS产品体系架构

(一)loT Plat设备物联,提供基础数据来

卡奥斯D3OS搭建了实现资产和设备管理的物联网平台—IoT Plat,快速搭建企业级物联系统。提供设备接入、资产管理、规则引擎、可视化等服务,通过MQTT、HTTP和CoAP等协议的加密传输,完成工业环境中全设备的接入以及数据采集。帮助传统工业设备的入网上云,实现了工业环境中海量数据的接入以及关键数据的实时传输,有效解决了物理 模型与数字模型的真实性与动态一致性问题。

(二)Data Thread数据主线组件,深度挖掘数据价值

跨系统数据汇聚、处理及数据价值的挖掘,帮助企业快速、高效的汇聚物联数据及信息系统数据。支持多源异构的结构化和非结构化数据,通过可拖拽的模块化的组件搭建数据ETL处理流程,同时内置了低代码的数据处理引擎灵活处理企业各类数据。实现对设备、生产、工 艺、质量、能耗等多方数据的统一治理分析,大幅提高数据采集及清洗 的效率、准确性和便捷性。同时降低大数据处理分析技术门槛,用户只需简单操作组件面板的配置项,即可实现复杂的调度任务处理,为企业决策提供分析依据。

(三)DT Studio数字孪生场景编辑器,快速搭建高逼真虚拟场景

DT studio整合数据建设虚拟场景,实现卡奥斯D3OS各类场景的数字孪生。设备模型库提供大量工业设备在线模型,通过所见即所得的场景编辑器十几分钟创建一个数据驱动的孪生工厂,可让企业便捷的监控与管理全生命周期的设备、产线、工厂。

(四)DI Engine 工业智能决策引擎,实现生产流程再造

为了解决柔性作业车间动态调度问题中存在的问题以及复杂供应链管理难题,DI Engine通过人工智能,提出了智能车间调度新模式。卡奥斯D3OS利用DI Engine能力,人工智能与数字孪生驱动的智能调度决策优化,以及对产线设备及生产流程的仿真和生产计划的模拟,实现对生产过程与结果的预测,推动生产排程和工艺的优化调整,预测可能发生的业务中断及其影响,解决供应链体系问题,改善运营态势。

3、应用效果

(一)轻松管理百万级设备,智能化处理海量数据

通过loT Plat集成物联数据平台,有效打通了设备生产方与终端使用方之间的壁垒,实现设备远程监控、在线运维、数据分析和预测性维护等在内的全生命周期管理。

(二)跨系统数据汇聚处理,全流程挖掘数据价值

Data Thread数据主线组件可实现跨系统数据汇聚、处理及数据价值的挖掘,帮助企业沉淀数据资产。助力企业实现数据监测实时化、数据BI可视化、决策科学化。

(三) 生产流程智能再造,数据驱动企业决策

DI Engine工业智能决策引擎,帮助企业实现高效、准确、快速、科学的高级生产计划与排程。通过打通各系统的数据信息孤岛,实现生产流程再造,助力降本增效。

(四) 自由构建工业数字化场景

依托DT Studio,实现各类场景的数字化、实景化、可视化以及虚拟制造仿真,高度还原场景细节,并支持视角切换、在线巡检和数据面板实时加载等,助力企业快速搭建数字化场景。

4、主要创新点

(一)攻关以真实数据驱动的虚实融合场景构建技术

卡奥斯D3OS,基于海尔在工业流程行业具备的生产过程连续、控制自动化程度高、数据经验累积丰富、加工制造模式成熟等优势,结合卡奥斯工业互联网平台沉淀的机理模型、知识图谱、人工智能、物联网等技术组件,在数字孪生领域及人工智能领域开展关键技术的攻关,突破性构建工业智能、数字孪生、设备物联、数据主线四大创新模块,实现:全场景三维/实景可视化、全要素数据可视化、数据治理、设备管理与追踪、生产流程管控、生产计划排程优化及设备预测性维护。

卡奥斯D3OS高精度数字孪生工厂

图2 卡奥斯D3OS高精度数字孪生工厂

(二)DI Engine智能驱动虚拟生产

卡奥斯D3OS融合人工智能深度强化学习,数字孪生模型汇聚了计划中和已发布的工作订单、销售订单、待批事项、需求/供应的实时数据和快照等,通过数据驱动的决策智能,推进数字孪生和深度强化学习在制造生产中的落地(如图3)。

1.智能供应链优化

当供应链环境变化进行最大化优化,供应链的变化最终会影响到原材料、零配件库存。

2.APS生产计划优化

当零配件,或其他条件(比如:可用设备)变化时,及时调整生产计划,使损失降到最低。

3.设备调度优化

通过深度强化学习物流和供应链体系,将更多任务交给系统自动执行,从客户服务到仓库,整个自动化智能流程可以长时间无差错运行,从而减少错误和事故数量,控制成本。

图3卡奥斯D3OS DI Engine智能驱动虚拟生产

图3 卡奥斯D3OS DI Engine智能驱动虚拟生产

DI Engine采用基于算法的自动排程,能科学实时响应各种现场不可预测的扰动,计算由扰动引起的连锁反应,实时生成新的生产计划排程以适应现场动态变化,达到接单极大化、产能利用最大化,订单延迟最小化。

5、推广价值

平台已对某工厂几十台工业设备逬行建模,生动形象的实时展示设备的运行情况的监控和记录并逬行精益化管理,减少设备的停机时长, 保障生产计划按时完成。

通过搭建物联网平台采集数据,利用大数据分析技术对数据进行集成分析,建立故障预警、诊断、设备生命周期等工业机理模型,并进行预测性维护,逐步培育出生产大数据决策能力。与此同时,工厂设备几何模型、数据模型与仿真机理模型的高效融合,实现了产线中上千个点位的数字孪生与互操作。

通过数字孪生技术搭建智能生产系统,实时监控设备运行状态,通过数据分析排查产能和合格率的原因,提高设备的产能和合格率,最终实现产能的提升。

卡奥斯D3OS致力于以数字孪生技术的创新应用实现企业数字化转型新范式,正助力各行业、各领域的数字化转型、释放数据价值,加速开拓具备行业引领性的巨大价值空间。

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