數(shù)字孿生不僅限于設(shè)計和工程，而是通過集成制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）來改變制造過程，本文探討了MES在實現(xiàn)制造卓越中的關(guān)鍵作用。

當(dāng)今全球互聯(lián)的世界中，制造和供應(yīng)鏈面臨前所未有的復(fù)雜性和需求。新冠疫情等事件突顯了這些系統(tǒng)的脆弱性，促使制造商尋找創(chuàng)新解決方案以保持領(lǐng)先并減少中斷。

什么是數(shù)字孿生？

數(shù)字孿生的定義多種多樣，各有其正確性，因為這個概念對不同人來說意義不同。根據(jù)AWS的文章，“數(shù)字孿生是一個動態(tài)更新數(shù)據(jù)的物理系統(tǒng)的數(shù)字表示，模仿物理系統(tǒng)的真實結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和行為，以推動業(yè)務(wù)成果?！边@一定義強調(diào)了業(yè)務(wù)成果，應(yīng)指導(dǎo)數(shù)字孿生實施的要求。

數(shù)字孿生包括：

• 預(yù)生產(chǎn)孿生：在工程和設(shè)計領(lǐng)域，回答“假設(shè)”問題以評估在進(jìn)行重大投資之前的可行性。
• 運營孿生：結(jié)合數(shù)字和物理模型，具有持續(xù)的數(shù)據(jù)流以顯示實時狀態(tài)，并可能包括預(yù)測分析以檢測模式和預(yù)測未來事件。

MES的數(shù)據(jù)對于創(chuàng)建貫穿產(chǎn)品生命周期的全面數(shù)字孿生至關(guān)重要，尤其是在工程和設(shè)計階段之外的運營階段。

什么是MES？

MES軟件跟蹤和管理從開始到完成的生產(chǎn)過程，并捕獲重要的制造數(shù)據(jù)，它優(yōu)化操作并幫助決策，從原材料到成品。據(jù)LNS Research稱，自2019年以來，MES的采用率翻了一番，凸顯了其在轉(zhuǎn)向價值方面的重要性。

MES與數(shù)字孿生的交集

數(shù)字孿生需要四個組件：業(yè)務(wù)成果、數(shù)字表示、相應(yīng)的物理系統(tǒng)和動態(tài)更新的數(shù)據(jù)連接。MES在最后一部分尤其重要，特別是在離散制造中。

考慮一個典型的機(jī)械加工廠，有計算機(jī)數(shù)控（CNC）機(jī)器、坐標(biāo)測量機(jī)器（CMM）和視覺機(jī)器，這些機(jī)器提供實時數(shù)據(jù)，如條形料長度、測量尺寸、工具使用和運行時間。

MES可以通過捕獲產(chǎn)品編號、訂單編號、產(chǎn)品經(jīng)過的其他操作、原材料供應(yīng)商、零件的客戶和具體的質(zhì)量控制來情境化這些數(shù)據(jù)。結(jié)合來自產(chǎn)品生命周期管理（PLM）和ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，這些信息構(gòu)成了數(shù)字孿生所要創(chuàng)建的完整圖景。

想象一下一個過程或機(jī)器的數(shù)字表示，其中包含所有當(dāng)前的操作參數(shù)和對未來訂單的預(yù)測，如材料可用性、工具壽命和維護(hù)計劃。計劃人員可以查看他們可以用當(dāng)前庫存和機(jī)器供應(yīng)安排多少訂單。工廠經(jīng)理可以直觀地看到生產(chǎn)速度和潛在的瓶頸，維護(hù)經(jīng)理可以確定剩余的工具壽命并計劃下一次維護(hù)。

MES數(shù)據(jù)的情境化使來自其他傳感器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的原始信息與創(chuàng)建數(shù)字孿生的業(yè)務(wù)目的相關(guān)聯(lián)。 

技術(shù)挑戰(zhàn)和可能性

建立數(shù)字孿生涉及從數(shù)字表示、物理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和集成等組件中整合各種技術(shù)能力，這種復(fù)雜性源于數(shù)字表示通常是工程和設(shè)計工作的結(jié)果，以3D或2D格式建模物理系統(tǒng)，同時，物理系統(tǒng)由操作資產(chǎn)組成，數(shù)據(jù)和連接來自多種技術(shù)。

例如，考慮值40，這個數(shù)字在沒有上下文的情況下是沒有意義的，它可能代表CNC機(jī)器21號上的棒材長度，以鈦合金制成，由供應(yīng)商XYZ提供，供客戶ABC的部件號1122使用。由于這些信息存在于不同的系統(tǒng)中，因此需要更緊密的數(shù)據(jù)集成和情境化。

許多解決方案涉及將數(shù)據(jù)從傳感器移動到云端，在那里更容易進(jìn)行集成和分析，然而，只有少數(shù)技術(shù)早期采用者將MES集成到這個框架中，并將其作為數(shù)字孿生的一個組成部分。

未來趨勢和采用

根據(jù)LNS Research報告，截至2023年，只有33%的制造商實施了MES。隨著MES的發(fā)展周期，不是所有制造商都將其視為數(shù)字孿生的促成因素，而是為了其核心功能而實施它。許多這些MES也很舊，難以集成。

此外，目前制造中的數(shù)字孿生主要集中在機(jī)器和資產(chǎn)上，幾乎沒有或沒有與MES數(shù)據(jù)的集成。用例主要集中在遠(yuǎn)程監(jiān)控上。

隨著制造商現(xiàn)代化其MES并接受數(shù)字孿生，我們預(yù)計進(jìn)一步的技術(shù)進(jìn)步將促進(jìn)更深入的集成，這一趨勢將使MES和其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)利用更加全面，推動制造過程中的更大創(chuàng)新和效率。將會有更多的用例超越維護(hù)，涵蓋生產(chǎn)力、質(zhì)量、供應(yīng)鏈等領(lǐng)域。

結(jié)論 

數(shù)字孿生代表了一種變革性的方法來實現(xiàn)制造卓越，在過程優(yōu)化和決策中提供戰(zhàn)略優(yōu)勢。隨著技術(shù)的發(fā)展，它們與MES的集成將變得越來越重要，這對于希望保持競爭力和創(chuàng)新的制造商來說是至關(guān)重要的。