中國電科38所汽車?yán)走_(dá)智能制造示范產(chǎn)線三維虛擬監(jiān)控項目分享

在《中國制造2025》中，智能制造被定位為中國制造的主攻方向。智能制造是指將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)與設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)融合，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能的先進(jìn)制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱，具備以智能工廠為載體，以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)、以網(wǎng)通互聯(lián)為支撐的四大特征。工信部部長苗圩曾表示：智能制造日益成為未來制造業(yè)發(fā)展的重大趨勢和核心內(nèi)容，也是加快發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，促進(jìn)工業(yè)向中高端邁進(jìn)、建設(shè)制造強(qiáng)國的重要舉措，也是新常態(tài)下打造新的國際競爭優(yōu)勢的必然選擇。當(dāng)前，互聯(lián)網(wǎng)新科技與各行各業(yè)融合加快創(chuàng)新步伐，成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的新動力。汽車、家電、消費(fèi)品等行業(yè)紛紛積極投入到與互聯(lián)網(wǎng)新產(chǎn)業(yè)的磨合與探索中。

在汽車行業(yè)中，汽車?yán)走_(dá)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)和發(fā)展意義。從安全角度來說，車輛事故帶來的死傷和財產(chǎn)損失的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，說明了汽車?yán)走_(dá)的必要性，借助其技術(shù)輔助手段可以預(yù)防部分事故，社會需要機(jī)動車?yán)走_(dá)的發(fā)展。對于汽車所有者而言，汽車?yán)走_(dá)作為一個安全裝置，方便而且不是很昂貴，而且還承擔(dān)一些需要注意力、判斷力和技術(shù)性的工作，從而降低駕駛的強(qiáng)度，減少駕駛員的負(fù)擔(dān)。這對消費(fèi)者具有更現(xiàn)實(shí)的重要性。另一方面，從汽車制造商的角度來說，雷達(dá)是吸引消費(fèi)者購買的另一大特色，它是潛在的收入來源和競爭優(yōu)勢。那么當(dāng)汽車?yán)走_(dá)遇上智能制造這個當(dāng)紅“炸子雞”，將擦出怎么的科技火花呢。

中國電科38所根據(jù)目前智能制造的趨勢，以汽車?yán)走_(dá)智能制造示范產(chǎn)線為依托，對產(chǎn)線設(shè)備進(jìn)行廣泛的數(shù)據(jù)采集，并且以數(shù)字化映射(Digital Twin)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR為技術(shù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線的三維虛擬監(jiān)控應(yīng)用，展現(xiàn)產(chǎn)線真實(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動的三維仿真場景，然后通過上海湃睿的Pi-IoT平臺將軟硬件互聯(lián)并快速定制一系列應(yīng)用場景，以達(dá)成研究目的，從而促進(jìn)具備實(shí)際價值的解決方案的形成。這就是中國電科38所的汽車?yán)走_(dá)智能制造示范產(chǎn)線三維虛擬監(jiān)控平臺項目。

數(shù)字化映射(Digital Twin)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR作為該項目重要的技術(shù)依托。是PTC眾多技能中了不起的杰作。數(shù)字化映射(Digital Twin)是將三維模型通過物聯(lián)網(wǎng)平臺采集的數(shù)據(jù)驅(qū)動，它將現(xiàn)實(shí)世界的物理動作直接體現(xiàn)在數(shù)字世界的三維界面上。說直白一點(diǎn)就是，它就像一面鏡子一樣，產(chǎn)品的信息將被同步動態(tài)得“映射”給制造商，包括產(chǎn)品的物理動作和各種數(shù)據(jù)。真正實(shí)現(xiàn)了讓產(chǎn)品“說話”。數(shù)字化映射能幫助制造商直觀、具體、遠(yuǎn)程得了解到產(chǎn)品是如何被使用，從而了解對客戶來說什么才是最有價值的。后來又搞了一個叫Augmented Reality的東西，翻作：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。這個技術(shù)能夠幫助你看到之前看不到的信息和數(shù)據(jù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)威力巨大，能夠從根本上改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞?。它在?shù)字和現(xiàn)實(shí)世界之間搭建了橋梁，創(chuàng)造的價值惠及整個企業(yè)。再結(jié)合 IoT 數(shù)據(jù)，AR 應(yīng)用程序成為真正的變革性體驗(yàn)，促使著許多企業(yè)完全重新設(shè)想自己如何設(shè)計、生產(chǎn)、銷售、運(yùn)營和維修產(chǎn)品。

有了好產(chǎn)品作為項目堅實(shí)的基礎(chǔ)，也應(yīng)該少不了人為的運(yùn)作搭建。目前，中國電科38所汽車?yán)走_(dá)智能制造示范線虛擬監(jiān)控項目在結(jié)合湃?？萍荚谖锫?lián)網(wǎng)領(lǐng)域優(yōu)秀的技術(shù)能力及優(yōu)質(zhì)的服務(wù)支持下，已出色的完成了該項項目的階段匯報工作。

中國電科38所介紹

中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所(以下簡稱中國電科38所)，1965年建于貴州，1988年底整體遷建合肥市，經(jīng)過50多年的探索和追求，中國電科38所已發(fā)展為集研究、開發(fā)、制造、測試于一體的電子信息高科技、集團(tuán)型研究所，擁有國際水平的設(shè)計研發(fā)平臺，精良完備的電子制造平臺，國內(nèi)先進(jìn)的電子測試、試驗(yàn)平臺，具備從事電子信息技術(shù)研發(fā)和系統(tǒng)工程建設(shè)的強(qiáng)大綜合實(shí)力。擁有國家級集成電路設(shè)計中心、俄羅斯新技術(shù)研發(fā)中心、中國電科浮空平臺研發(fā)中心、安徽省汽車電子工程研究中心、安徽省公共安全信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、安徽省北斗衛(wèi)星導(dǎo)航重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、合肥公共安全技術(shù)研究院、博士后科研工作站等研發(fā)平臺。50多年來，共先后取得1500多項科研成果，其中國家級、省部級科技進(jìn)步獎100多項，多項成果填補(bǔ)國內(nèi)空白、居于國際領(lǐng)先地位。擁有安徽四創(chuàng)電子股份有限公司(中國雷達(dá)第一股，600990)、安徽博微長安電子有限公司、合肥博微電氣有限公司、安徽博微廣成信息科技有限公司、中電科技(合肥)博微信息發(fā)展有限責(zé)任公司等多家產(chǎn)業(yè)化公司。

項目實(shí)施情況：

一、項目需求

中國電子科技集團(tuán)公司第38研究所的汽車?yán)走_(dá)智能制造示范產(chǎn)線三維虛擬監(jiān)控平臺，其需求目的是對產(chǎn)線進(jìn)行三維仿真建模，然后通過設(shè)備真實(shí)采集的數(shù)據(jù)驅(qū)動三維模型來進(jìn)行虛擬結(jié)合真實(shí)的監(jiān)控平臺。

二、 項目實(shí)施內(nèi)容

(1)軟件平臺

軟件采用上海湃睿的Pi-IoT平臺,構(gòu)建智能制造示范產(chǎn)線應(yīng)用場景。技術(shù)由上海湃睿信息科技有限獨(dú)家提供支持。

(2)硬件平臺

產(chǎn)線供應(yīng)商(蕪湖)。

(3)三維模型及引擎

1、三維模型制作;

2、三維引擎采用Web 3D平臺，由湃睿獨(dú)家提供支持。

(4)場景搭建

軟硬件結(jié)合，三維引擎與物聯(lián)網(wǎng)平臺結(jié)合，采用物聯(lián)網(wǎng)平臺獲取設(shè)備數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)給三維引擎用以構(gòu)建三維虛擬監(jiān)控場景。通過雙方提供的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議接口，進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，從而使得真實(shí)數(shù)據(jù)能夠驅(qū)動三維虛擬模型內(nèi)容。

(5)產(chǎn)線設(shè)備數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)

1、設(shè)備廠商提供了基于德國BECKHOFF公司出品的的TwinCAT軟件作為自動化程序設(shè)計軟件，該軟件具備OPC UA服務(wù)器組件，可以使得自動化程序采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)可以通過符合OPC UA協(xié)議的方式供應(yīng)其他系統(tǒng)使用。

2、Pi-IoT平臺提供OPC UA擴(kuò)展支持符合OPC UA協(xié)議的數(shù)據(jù)獲取。

(6)產(chǎn)線三維建模

由于產(chǎn)線本身各設(shè)備的三維模型文件尺寸太大，為了減少對計算設(shè)備能力依賴，對整個產(chǎn)線進(jìn)行重新建模。

(7)物理網(wǎng)平臺與Web 3D平臺數(shù)據(jù)互聯(lián)

1、憑借Pi-IoT平臺本身對RESTFUL API技術(shù)的強(qiáng)大支持能力，將設(shè)備數(shù)據(jù)組織成Web 3D引擎更容易解析的格式實(shí)時供應(yīng)到接口。

2、Web 3D平臺通過輪詢方式，以極短時間間隔不斷請求Pi-IoT接口獲取數(shù)據(jù)，從而達(dá)到實(shí)時映射的作用。

三、項目實(shí)施過程，三維虛擬監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施步驟：

四、項目實(shí)施成果

(1)物聯(lián)網(wǎng)硬件網(wǎng)絡(luò)搭建

1、設(shè)備數(shù)據(jù)采集;

2、工廠與實(shí)驗(yàn)室硬件網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);

(2)物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)開發(fā)

1、產(chǎn)線三維虛擬監(jiān)控平臺;

2、Pi-IoT與Web 3D平臺數(shù)據(jù)對接;

3、虛擬監(jiān)控;

4、設(shè)備數(shù)據(jù)展示;

5、生產(chǎn)異常報警;

6、AR體驗(yàn);

(3)工廠與實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

結(jié)語

汽車?yán)走_(dá)智能制造示范線虛擬監(jiān)控平臺是經(jīng)過數(shù)字化車間三維虛擬監(jiān)控系統(tǒng)基于數(shù)字化映射(DT)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)平臺整合，通過與數(shù)字化車間的設(shè)備數(shù)據(jù)以及DNC系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)流的集成，實(shí)現(xiàn)B/S架構(gòu)下的車間生產(chǎn)現(xiàn)場、中央控制平臺以及客戶端三位一體的信息化服務(wù)平臺。對車間制造資源進(jìn)行三維可視化導(dǎo)航、顯示、分析與管理車間現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)信息、生產(chǎn)工藝參數(shù)信息、車間物流過程、產(chǎn)品質(zhì)量信息以及設(shè)備故障的管理診斷信息等，形成面向整體車間的虛擬監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)透明化生產(chǎn)，故障問題重現(xiàn)與仿真。

中國電科38所與湃?？萍紡?qiáng)強(qiáng)聯(lián)合打造在智能制造過程中，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，連接各種工業(yè)設(shè)備，采集工業(yè)設(shè)備的各種各樣的數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，可以洞見各種瓶頸問題，從而獲得優(yōu)化的依據(jù)與方式方法。