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一個(gè)智能車間的生命周期可分為規(guī)劃與施工、運(yùn)行與維護(hù)階段。而車間數(shù)字孿生系統(tǒng)在車間的全生命周期內(nèi)都有著重要的作用。

1. 規(guī)劃與施工階段系統(tǒng)的功能需求

傳統(tǒng)的車間規(guī)劃一般都采用二維圖紙的模式，但是此種規(guī)劃模式下，周期較長(zhǎng)，而且不利于車間不同工作人員之間的協(xié)同工作。數(shù)字孿生車間面向車間全生命周期，在規(guī)劃階段數(shù)字孿生車間需要改變傳統(tǒng)車間規(guī)劃設(shè)計(jì)模式下的缺點(diǎn)，比如非專業(yè)人員難以從設(shè)計(jì)圖獲取足量信息、規(guī)劃變更周期長(zhǎng)及不易協(xié)同工作等問題。

2. 運(yùn)行與維護(hù)階段系統(tǒng)的功能需求

車間是日常制造活動(dòng)進(jìn)行的場(chǎng)地，而車間數(shù)字孿生系統(tǒng)如何在車間運(yùn)行階段發(fā)揮出數(shù)字孿生技術(shù)的作用對(duì)于推動(dòng)制造的智能化具有重要的作用。

傳統(tǒng)的制造車間離智能車間還有一定的距離，仍然存在不少的問題：

①傳統(tǒng)車間的監(jiān)控主要以多種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表的形式展示給工作人員，這種方式存在信息分散、可視化效果差、信息難以與實(shí)際車間具體設(shè)備對(duì)應(yīng)等；

②缺乏實(shí)時(shí)的物流規(guī)劃及指導(dǎo)，目前車間物流一般根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)或者提前進(jìn)行離線的物流規(guī)劃進(jìn)行，這種方式無法適應(yīng)車間制造活動(dòng)的動(dòng)態(tài)性，無法根據(jù)實(shí)時(shí)的車間情況做出最合適的物流運(yùn)輸決策；

③生產(chǎn)調(diào)度過于被動(dòng)，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題導(dǎo)致后續(xù)生產(chǎn)資源等的調(diào)度出現(xiàn)問題；

④對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量追溯及分析不夠，無法更好地促進(jìn)工藝、加工質(zhì)量的改進(jìn)；

⑤設(shè)備故障的被動(dòng)式響應(yīng)，導(dǎo)致影響車間整體運(yùn)行計(jì)劃及效率；

通過以上分析，在車間運(yùn)行階段，為了改進(jìn)傳統(tǒng)車間制造過程中的問題，車間數(shù)字孿生系統(tǒng)需要具備的功能需求主要包括：

1）車間全要素實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，即在車間運(yùn)行過程中，在系統(tǒng)的虛擬空間內(nèi)需要能夠以較強(qiáng)的可視化效果展示給工作人員所需的所有數(shù)據(jù)。

2）實(shí)時(shí)物流規(guī)劃及配送指導(dǎo)功能，即結(jié)合實(shí)時(shí)車間各個(gè)工位需求、庫存等實(shí)時(shí)狀態(tài)給出最優(yōu)的物流路徑，并指導(dǎo)自動(dòng)配送車或者對(duì)應(yīng)車間人員進(jìn)行配送。

3）智能生產(chǎn)調(diào)度，即結(jié)合車間生產(chǎn)資源、設(shè)備故障等具體情況，實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，進(jìn)行預(yù)測(cè)性生產(chǎn)。

4）產(chǎn)品質(zhì)量追溯及分析功能，即在產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題時(shí)，在物理車間采集的各個(gè)工序定位精度、切削力誤差等信息基礎(chǔ)上，通過在虛擬空間進(jìn)行仿真模擬，對(duì)加工質(zhì)量進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)問題改進(jìn)工藝，控制加工質(zhì)量。

5）設(shè)備故障預(yù)測(cè)功能，即需要在車間進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)，能夠進(jìn)行設(shè)備的故障預(yù)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)問題，主動(dòng)推送報(bào)警消息，及時(shí)做出響應(yīng)，防止因設(shè)備故障問題大量拖延生產(chǎn)計(jì)劃。

3. 從人機(jī)交互角度看系統(tǒng)的功能需求

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出了很多實(shí)用的人機(jī)交互和計(jì)算技術(shù)，如AR、VR等。在車間數(shù)字孿生系統(tǒng)中應(yīng)用這些技術(shù)可以使用戶有更好的使用體驗(yàn)。比如，系統(tǒng)中虛擬車間以三維形式構(gòu)建，并以VR的方式展現(xiàn)，可以使得用戶沉浸在數(shù)字化環(huán)境中，對(duì)物理車間的各類真實(shí)數(shù)據(jù)信息有著非常好的可視化效果，對(duì)車間的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷等方面均會(huì)有重要的增強(qiáng)。

4. 系統(tǒng)的總體功能需求