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

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，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)劃設計模式下的缺點，比如非專業(yè)人員難以從設計圖獲取足量信息、規(guī)劃變更周期長及不易協(xié)同工作等問題。

2. 運行與維護階段系統(tǒng)的功能需求

車間是日常制造活動進行的場地，而車間數(shù)字孿生系統(tǒng)如何在車間運行階段發(fā)揮出數(shù)字孿生技術的作用對于推動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、信息難以與實際車間具體設備對應等；

②缺乏實時的物流規(guī)劃及指導，目前車間物流一般根據(jù)專家經驗或者提前進行離線的物流規(guī)劃進行，這種方式無法適應車間制造活動的動態(tài)性，無法根據(jù)實時的車間情況做出最合適的物流運輸決策；

③生產調度過于被動，無法及時發(fā)現(xiàn)問題導致后續(xù)生產資源等的調度出現(xiàn)問題；

④對于產品的質量追溯及分析不夠，無法更好地促進工藝、加工質量的改進；

⑤設備故障的被動式響應，導致影響車間整體運行計劃及效率；

通過以上分析，在車間運行階段，為了改進傳統(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）車間全要素實時監(jiān)控功能，即在車間運行過程中，在系統(tǒng)的虛擬空間內需要能夠以較強的可視化效果展示給工作人員所需的所有數(shù)據(jù)。

2）實時物流規(guī)劃及配送指導功能，即結合實時車間各個工位需求、庫存等實時狀態(tài)給出最優(yōu)的物流路徑，并指導自動配送車或者對應車間人員進行配送。

3）智能生產調度，即結合車間生產資源、設備故障等具體情況，實時調整生產計劃，進行預測性生產。

4）產品質量追溯及分析功能，即在產品質量出現(xiàn)問題時，在物理車間采集的各個工序定位精度、切削力誤差等信息基礎上，通過在虛擬空間進行仿真模擬，對加工質量進行分析預測，從而發(fā)現(xiàn)問題改進工藝，控制加工質量。

5）設備故障預測功能，即需要在車間進行生產活動時，能夠進行設備的故障預測，提前發(fā)現(xiàn)問題，主動推送報警消息，及時做出響應，防止因設備故障問題大量拖延生產計劃。

3. 從人機交互角度看系統(tǒng)的功能需求

隨著信息技術的發(fā)展，涌現(xiàn)出了很多實用的人機交互和計算技術，如AR、VR等。在車間數(shù)字孿生系統(tǒng)中應用這些技術可以使用戶有更好的使用體驗。比如，系統(tǒng)中虛擬車間以三維形式構建，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，對物理車間的各類真實數(shù)據(jù)信息有著非常好的可視化效果，對車間的實時監(jiān)控、故障診斷等方面均會有重要的增強。

4. 系統(tǒng)的總體功能需求