随着云计算、物联网、大数据、人工智能、虚拟现实等新一代信息技术与传统制造业的深度融合发展,世界各国分别提出国家层面的制造业转型战略。例如德国的工业4.0、美国的工业互联网、中国制造2025和互联网+制造等。这些战略核心目标之一就是构建物理信息系统（Cyber-Phyical System,CPS）,实现物理工厂与信息化的虚拟工厂的交互和融合,从而实现智能制造。数字孪生（Digital Twins,DT）作为实现物理工厂与虚拟工厂的交互融合的最佳途径,被国内外相关学术界和企业高度关注,但目前大多都处于理论研究阶段,本文结合智能制造专项综合标准化试验验证项目案例,对基于数字孪生的车间管控系统的关键技术进行了研究,并对系统进行了设计实现。本文主要研究内容如下:（1）基于数字孪生重构了车间管控系统的体系架构,传统车间管控系统主要由业务管理层、生产执行层和设备控制层组成,主要实现生产计划执行、生产过程调度、产品质量管控、生产绩效统计分析等功能,缺少工业数据分析、虚拟制造、生产仿真等功能,因此传统车间管控系统不够智能,满足不了智能工厂的车间管控需求。本文在传统车间管控系统的业务管理层和生产执行层之间加入了数字孪生,形成了基于数字孪生的新型车间管控系统体系架构,实现了车间的智能管控。传统车间管控系统引入数字孪生后,管控系统的组成、流程、信息集成发生了变化,本文对基于数字孪生的新型车间管控系统的组成、流程、信息集成、协同制造等几方面进行了研究,并给出了相应的解决方案。（2）基于数字孪生的新型车间管控系统的核心是数字孪生,数字孪生如何实现,目前国内缺少可借鉴的经验。本文从数字孪生集成接口、车间信息建模、仿真分析建模等几个方面给出了实现数字孪生的思路,并对车间信息模型的几何模型的轻量化给出了解决方案。（3）基于数字孪生的车间管控系统的开发实现需要信息技术的支撑,本文以现有信息技术为基础,结合项目案例,从系统功能、面向微服务的系统架构、基于RabbitMQ的服务总线、基于OPCUA的数据采集、基于Tecnomatix的仿真分析等几个关键方面进行了设计和实现。考虑到系统的开发实施需要多专业、多团队的协同工作,本文构建了基于云的多团队协同工作环境。最后展示了部分系统的成果,并对系统的实施效果进行了总结分析。
