#數字孿生支持鋼鐵行業前瞻性智造#

作為傳統制造業代表，近年來鋼鐵行業一直在持續推動數字化、智能化轉型。當下的鋼鐵企業大多已經采用了連續的自動化系統和設備，但和其它制造行業相比，仍然需要用尖端數字化技術取代老舊的技術及管理方式，來解決鋼鐵智造所面臨的各種挑戰。這種挑戰既包括市場需求變化，也包括競爭帶來的運營壓力，還有碳達峰碳中和要求下的轉型壓力。面對挑戰，虛擬孿生是鋼鐵行業要借助的重要技術手段，它可以幫助企業實現可視化新產線、設備、資源、工廠、生產流程及供應鏈的完美規劃，實現整個生產過程的最優控制，不斷優化業務運營，滿足市場需要，提升生產能力，降低營運成本，實現可持續發展，從而在轉型過程中贏得先機。

鋼鐵行業面臨的挑戰

01產品種類激增

    消費者總是不斷地想要新型、獨特的定制產品，這對企業在有限的產線和資源下高效地生產如此多品類的產品形成了巨大的挑戰。

02供需波動

    供應和需求的變化將始終是企業面臨的挑戰，這需要整個供應鏈保持高可見性和柔性，尤其是疫情時代，供應鏈受到了更多外界因素的影響。

03監管壓力增加

    隨著產品體驗變得越來越復雜并不斷融入我們的生活，在確保產品安全可靠性方面，鋼鐵企業面臨著更大的行業監管，和下游客戶一起面臨著合規認證的力。

 

04創新步伐加快

    鋼鐵企業也需要適應不斷加快的產品創新步伐。下游客戶的驅動會持續的帶來創新壓力和利潤，產品研發及新技術使用會越來越占據企業重心，這需要企業采用更有效的運營模式，才能跟上創新的步伐。

05可持續發展是必需

    企業迫切需要通過經濟有效且對社會負責的運營流程來支持產品創新，最大限度消除環境影響，節約能源和自然資源。

企業因新技術及現代化變革也放大了某些挑戰，為確保業務長久持續發展，實現以下目標的緊迫性顯著提升：

• 新設備、新工藝的應用，例如行業中越來越多的電爐煉工藝
• 幫助員工進行多技能培訓，彌補技能差距，來應對智能制造帶來的技能需要，來應對智能制造帶來的無人化，少人化
• 供應鏈柔性，在企業面臨資源成本波動劇烈，資金成本壓力的情況下提供優化選擇
• 靈活與敏捷制造，幫助企業運營快速適應變化，確保企業業務高效運行

達索系統3DEXPERIENCE是運行企業應用及最佳行業解決方案的系統平臺，它是基于模型為企業制造運營規劃、計劃及執行提供支持的基礎。我們將這一平臺提供的內容稱之為虛擬孿生體驗。

在虛擬孿生體驗中，虛擬世界通過建模、仿真和可視化讓用戶看到自己想要實現的業務、產品、計劃方略，然后在現實世界中實現和執行。與此同時，還可利用在現實世界中收集的體驗、認知、數據來刷新虛擬孿生模型，并將其作為一個可不斷優化并改進現實企業運營各方面的完美孿生模型來看護。

虛擬世界和現實世界的這種融合形成了數據閉環能力，可以在幾乎任何場景中以虛擬方式進行優化。

通過虛擬孿生進行優化

場景一：新產線虛擬聯調或舊產線的改造升級

未來，鋼鐵行業會越來越頻繁建立靈活的新產線，或者對舊產線進行升級改造，以應對產品需求的變化，能源消耗的約束。如何在有限時間，有限資源條件下來規劃、驗證最佳的產線布局，在最短的時間里完成產線設備的調試，是該場景下企業所追求的目標。虛擬孿生體驗允許以虛擬方式進行驗證，擺脫實物束縛，以在實際投產、運營之前確定最佳工藝規劃方案，允許在試產之前，進行關鍵設備、關鍵系統和產線的測試和調試，縮短正式投產周期。

利用達索系統DELMIA DM的虛擬孿生技術，可以快速的構建出一個三維的數字化車間和廠房：

• 基于2D圖紙創建3D虛擬模型（BIM和CAD）
• 對工廠進行3D點云掃描

虛擬孿生體驗的功能：

• 在3D中定義設備、資源位置
• 在虛擬環境中驗證工位、設備不同工況下的適用性
• 評估工廠作業環境的合理性、識別潛在風險，如天車的運行模擬
• 與價值鏈中的業務伙伴進行高效協作，如對車間物流，倉儲物流的模擬和優化;

 

場景二：生產計劃與執行

越來越多的鋼鐵企業產線，面臨著產品種類增長和個性化訂單數量的增長，生產所面臨的不僅僅是質量設計的問題，更大的難題在于生產計劃和執行的復雜性超出了靠表格、人工和經驗處理的范疇。

通過對供應鏈中所有變量的定義和模擬，達索系統的行業解決方案能夠輕松處理最艱巨的計劃難題。無論您要處理100個還是100,000個訂單，都可以基于虛擬的生產要素和計劃約束模型，迅速根據全部可用數據進行準確計算，從而生成最佳計劃。而且由于最佳計劃需要從銷售、市場營銷和管理到財務、采購和生產，幾乎每一個部門都參與協作，這些解決方案能實現同步計劃，以便所有協作方都能直接地輸入和訪問相關數據。方案提供的可視化反饋，計劃人員能立即深入了解其計劃和生產排程的質量，進行有效的比對和遴選。利用達索系統DELMIA Quintiq（原“坤帝科”）的計劃與優化功能將您的計劃人員對業務的深度認知與切合實際的KPI驅動方法相結合，在統一的數字化平臺上提供基于數學優化的計劃。您可以為特定流程制定盡可能最佳的計劃；例如，可以先依據一系列場景生成可執行的計劃，然后持續改進它至最佳狀態，就能制定出更優質的管理計劃。

01應用1：熱軋計劃
根據可用資源和待履行訂單準確地計劃這個流程是一項艱巨的工作，即便對經驗最豐富的計劃人員也是如此。每個生產排程都必須考慮待加工的鋼板坯類型，才能提供流暢的排程，盡量縮短連鑄和熱軋間的等待時間。而且由于計劃工作發生在不同的層面，參與計劃工作的計劃人員和管制人員一般承擔著不同的職責。這導致機器設備的分析和優化是單獨完成的，并未通盤考慮其他機器設備或工廠的情況。但是如果使用經優化的計劃系統，計劃人員就能獲得有力的支持，制定出既靈活又精準的計劃。可以迅速構建多種“假設”場景并完成比較，讓所有利益相關方都清楚地看到潛在決策方案的影響，從而確定最可行的計劃。

02應用2：鋼坯計劃與生產排程
借助排序功能，計劃人員能可視化不同的生產場景，制定出需求驅動的最優生產排程。它通盤考慮所有輸入集與規則集，如具體設置時間、轉換規則和質量考量。計劃人員也能通過KPI，觀察到每個行動的結果，如交付時間、吞吐量、庫存水平和產能利用率，從而產生多重效益：如縮短周期，減少在制品，降低庫存，減少能耗。

場景三：生產執行的虛擬孿生

 

未來，鋼鐵行業生產所涉及的要素和要求，比以往任何時候都更為復雜，不僅僅是生產工藝過程的順利進行，還涉及了執行管理的各個方面：任務與維護執行、資產管理和預測性維護。對于這個階段，鋼鐵企業需要有效并高效地執行流程，同時允許實時獲得可付諸實踐的狀態、可追溯性和報告，以便向虛擬孿生模型提供反饋。借助于工廠運營和映射的虛擬工廠，實現工業物聯網（IIoT）數據的情境化。例如，車間管理者能訪問來自物聯網傳感器的實時大數據，分析和追蹤特定3D資產的性能，更快地獲得深入見解，促進對該資產的改進。此外，以此數據為基礎，工廠管理者也能驗證工作定單的執行，確定使用哪個領域的資源和負責具體作業的操作人員。此時在工業物聯網、人工智能和機器學習（ML）的支持下，維護人員和生產經理能排程預測性維護作業，以降低維護成本，縮短維修造成的停運時間，改進生產、操作人員安全以及機器設備性能管理。利用達索系統DELMIA Apriso來建立虛擬孿生，有利于提升績效和推動基于KPI的高效決策，確保產品、人員、設備和物料在運營中的移動能為您創造最大的利潤空間，達成交付目標。

同時，借助于虛擬孿生，整個鋼鐵生產線映射成為一個統一的端到端的虛擬產線，很多跨部門，跨車間，跨組織人員的難題，得到優化和解決。既可以通過大數據，進行整個產線的質量控制和優化，也可以來統籌協調車間物流、倉儲物流和廠外物流，使供應鏈更為順暢，成本更低。

場景四：車間生產協作組織的虛擬

當鋼鐵行業市場需求變得復雜，生產走向精益，車間人員的組織和協作變得不可或缺。組織從人員和事務管理走向虛擬的執行協作管控。/協作是制造機構內的不同利益相關方齊聚在一起，共同分析項目整體需求、需要和目標的過程。設計工程、制造工程、質量保障、銷售、采購和管理都能為創建統一系統貢獻有用的輸入。協同運營達到并超越這些要求。它通過將公司內外的人員、構思、數據連點成線，實現運營優化。

利用達索系統DELMIA 3DLean實現組織的虛擬化，協作的流程化，以及執行的嚴謹高效。正如其名稱所示，DELMIA 3DLean依托“精益”基礎，實踐“改善”（持續改進）和“看板”（拉系統）原則。這種方法通常在制造業中被用于消除各種浪費和最大化效率。在3DEXPERIENCE平臺的支持下，生產運營團隊可以使用這個在云端對每個人開放的現代化、交互式環境，并借助其配備的精益看板和精益小工具，對車間的各項作業進行數字化。通過將多個行動方整合到同一個平臺上，可以數字化地捕獲信息和交互并形成更優質的文檔，用于知識的管理。另外，它也將人員齊聚在促進發現、分析和良好協作的體系下，賦予各團隊發現新的創新方法的能力。

小結

綜上，這些業務場景既代表鋼鐵行業中部分較為緊迫的挑戰，也代表實現鋼鐵制造靈活性的過程中的變革與改進的機會。對鋼鐵企業而言，這需要在數據和有效的、動態的計劃系統的支持下，通過優化制造運營的每個環節或每個流程，找到化解這些問題的方法。這一切都需要從數字化轉型開始，從虛擬孿生帶來的無限仿真，迭代分析和優化開始，從達索系統的鋼鐵行業解決方案開始。