虚拟智能工厂——智能制造的核心基础
一、背景
随着物联网、大数据、移动应用和虚拟现实等新一轮信息技术的发展，全球化工业革命已经提上日程，工业转型进入实质阶段。在中国，智能制造、中国制造2025等战略的相继出台表明国家开始积极行动起来，把握新一轮工发展机遇实现工业化转型。智能工厂作为工业智能化发展的重要实践模式，已经引发行业的广泛关注。
众所周知，智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理和服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程。同时集智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。其本质是人机有效交互。那智能工厂的核心基础是怎样的，建设工厂之前需要做哪些工作才能保证建设的工厂能真正“智能”起来呢，工厂建成之后如何实现智能制造车间的可视化监控呢？这是很多制造企业关心的重点问题。
二、创景可视虚拟智能工厂解决方案
由武汉创景可视技术有限公司提供的虚拟智能工厂解决方案能够搭建智能工厂的核心基础，完美解决这些问题。创景可视的虚拟智能工厂解决方案主要包含建厂前的虚拟车间建模、车间规划仿真优化、物流仿真验证，以及建厂后生产过程中的车间可视化监控。通过采用虚拟仿真技术以及创景可视自主研发的三维交互式虚拟现实引擎PostEngineer，创景可视能够实现对工厂规划、生产计划、装配过程、物流与物料流等规划与生产过程的仿真与验证，解决规划和生产过程中存在的各种“不智能”问题，保证工厂建设过程的虚拟直观化、科学化、智能化，从而在工厂建成之前构建智能工厂的核心基础，确保智能工厂的“地基”牢固可靠不出现任何问题。同时，在工厂建成后，创景可视能够支持人机交互及后台数据驱动，实现制造过程实时监控与可视化。
创景可视的虚拟智能工厂实现原理主要包含三部分：
1、智能制造车间整体建模。数字化车间总体建模包括车间实景、机器人、夹具、AGV物料小车、物料车间等内容。创景可视虚拟现实引擎PostEngineer采用轻量化、LOD等技术以保证大规模场景的流畅显示，定义设备仿真交互属性及数据驱动算法，建设数字化虚拟车间。
图1：智能制造车间整体建模流程
2、车间规划仿真优化。建立工艺参数、物流参数、制造资源布局等数据逻辑模型，对数字化虚拟车间进行规划仿真，用三维动态仿真模拟产品工艺、加工、物流等相关过程，缩短产线设计检讨周期，识别设计缺陷及瓶颈，提出最优化建议，提高车间综合效率，实现车间规划模拟仿真及优化，指导产线设计和建设，提取钻工中心工艺及物流过程仿真规则库并建立仿真模型。
图2：车间规划仿真流程
3、智能制造车间可视化监控。虚拟车间采用轻量化、LOD等技术以保证大规模场景的流畅显示，根据生产状况实时推送各工序加工、物流指令，同时获取现场采集装置如各类传感器、智能装备和终端反馈信息，形成实时高效信息流。三维仿真平台通过与现场数据采集、MES系统交互获取必要的实时信息，以此驱动虚拟数字化车间所有模型依规则运动，实现车间生产动态的实时模拟，并将仿真信息推送至各智能终端及中央控制室LED大屏，同时还可显示车间、CNC、工件、物料的实时和历史统计数据及能源监控等信息，在设备发生报警时，三维监控中会快速定位报警，实现车间的三维可视化监控。
图3：智能制造车间可视化监控
三、案例介绍
2015年，创景可视参与工信部智能制造重点示范项目，为东莞劲胜精密组件股份有限公司量身定制了虚拟智能工厂。该虚拟智能工厂是在东莞劲胜建设工厂之前，首先建立三维数字化虚拟车间，实现物理车间与虚拟车间的深度融合，其次进行车间规划仿真优化，指导产线设计、建设和改造，再次进行物流仿真验证，对作业和物流计划进行模拟仿真，验证其科学合理性，最后在工厂建成投产之后，通过实时数据采集和数据驱动仿真机制，使物理和虚拟工厂同步运行，实现生产过程的三维虚拟实时监控。
创景可视为东莞劲胜研发的虚拟智能工厂，实现了物理车间和虚拟车间的深度融合，可实时掌控现场生产情况、运行情况、生产数据等内容。规划仿真模拟现场设备运行状态，对工艺和物流过程的合理性进行预演和验证，能够规避建设风险，降低研发周期，减小物料损耗率，提高客户的利润。实时监控仿真不仅能够实施常规监控，而且具有实时数据监控功能，能更好的管控现场设备加工状态和具体生产状态，同时具备独具特色的可视化管理功能。除此之外，采用三维虚拟现实技术的虚拟工厂拥有得天独厚的宣传展示条件，能够起到良好的对外展示、宣传效果。
图4：东莞劲胜虚拟智能工厂效果图
