戴敏，張偉，沈克劍，胡永芳

（南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京 210039）

1 數(shù)字化孿生技術(shù)在信息技術(shù)與制造業(yè)的融合概況

信息技術(shù)與制造業(yè)的融合與應(yīng)用促進(jìn)了制造業(yè)的變革，為應(yīng)對(duì)這場(chǎng)變革，世界各國紛紛提出先進(jìn)的制造發(fā)展戰(zhàn)略，以促進(jìn)本國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，如“美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”“德國工業(yè)4.0”“中國制造2025”等，這些舉措的目的都是借助信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)制造的物理世界和信息世界的互聯(lián)互通與智能化操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能制造。作為實(shí)現(xiàn)物理信息系統(tǒng)融合的關(guān)鍵技術(shù)之一，數(shù)字化孿生技術(shù)近年來得到深入研究。

數(shù)字化孿生（Digital Twin,DT）的概念最早誕生于2003年，是由美國密歇根大學(xué)的Grieves 在講授產(chǎn)品全生命周期管理課程時(shí)提出的。數(shù)字化孿生技術(shù)是指用數(shù)字技術(shù)描述和建模一個(gè)與物理實(shí)體的特性、行為和性能一致的過程或方法，它是實(shí)現(xiàn)物理空間與信息空間，如Gartner 公司將數(shù)字化孿生列為十大戰(zhàn)略科技發(fā)展趨勢(shì)之一；洛克希德·馬丁公司將數(shù)字化孿生列為未來國防和航空工業(yè)十大頂尖技術(shù)之首；特別是Rosen 等探索了一種產(chǎn)品全生命周期管理方法，該方法通過系統(tǒng)集成對(duì)產(chǎn)品物理模型、虛擬模型和工程數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，從而使與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)在其全生命周期的各個(gè)階段都能充分使用，并使數(shù)字化孿生技術(shù)在建模、仿真和優(yōu)化技術(shù)有了重大進(jìn)展。因此，基于數(shù)字化孿生技術(shù)的發(fā)源及應(yīng)用趨勢(shì)，數(shù)字化孿生在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造中的綜合參考模型，車間作為制造執(zhí)行的基礎(chǔ)，是實(shí)踐智能制造的重要應(yīng)用場(chǎng)景。

2 數(shù)字化孿生技術(shù)設(shè)備健康狀態(tài)管理的提出

隨著智能制造在國有大中型企業(yè)的不斷推進(jìn)，生產(chǎn)數(shù)字化已經(jīng)大規(guī)模運(yùn)用到現(xiàn)代化的生產(chǎn)節(jié)奏和模式中，企業(yè)的設(shè)備管理系統(tǒng)的建設(shè)也在不斷地完善和提升，交互與融合的有效途徑隨著智能制造在國有大中型企業(yè)的不斷推進(jìn)，生產(chǎn)數(shù)字化已經(jīng)大規(guī)模運(yùn)用到現(xiàn)代化的生產(chǎn)節(jié)奏和模式中，企業(yè)的設(shè)備管理系統(tǒng)的建設(shè)也不斷地完善和提升，但目前設(shè)備的健康管理受到企業(yè)管理系統(tǒng)中的運(yùn)行和實(shí)施過程中各項(xiàng)條件和因素的制約，本文基于設(shè)備健康管理急需進(jìn)行一套系統(tǒng)的新管理創(chuàng)模式來引導(dǎo)和實(shí)施高密度的數(shù)字化生產(chǎn)，因此，提出了數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康狀態(tài)管理。

3 數(shù)字化孿生技術(shù)設(shè)備健康狀態(tài)管理內(nèi)涵和主要做法

3.1 頂層規(guī)劃融合數(shù)字化智能制造，建立健全數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康管理發(fā)展

數(shù)字化孿生車間(Digital Twin Workshop,DTW)是在新一代信息技術(shù)和制造技術(shù)驅(qū)動(dòng)下，通過物理車間與虛擬車間的雙向真實(shí)映射與實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)物理車間、虛擬車間、車間服務(wù)系統(tǒng)的全要素、全流程、全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成和融合，在車間孿生數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)要素管理、生產(chǎn)活動(dòng)計(jì)劃、生產(chǎn)過程控制等在物理車間、虛擬車間、車間服務(wù)系統(tǒng)間的迭代運(yùn)行，從而在滿足特定目標(biāo)和約束的前提下，達(dá)到車間生產(chǎn)和管控最優(yōu)的一種車間運(yùn)行新模式。具體如圖1。

圖1 數(shù)字化孿生車間

圖2 數(shù)字化孿生技術(shù)設(shè)備健康發(fā)展最新情況

基于數(shù)字化孿生車間的理念，數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康狀態(tài)也是依據(jù)此工作模式進(jìn)行頂層的設(shè)計(jì)。依據(jù)數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備特點(diǎn)，在結(jié)合智能制造的新工業(yè)工作生產(chǎn)模式，可將設(shè)備的數(shù)字化孿生設(shè)備健康管理的流程歸結(jié)如圖2 所示的四個(gè)階段。

將數(shù)字化孿生的設(shè)備健康管理，分為4 個(gè)階段：

第1 階段：車間的設(shè)備生產(chǎn)管控僅限于物理實(shí)體空間，這個(gè)階段的生產(chǎn)要素、生產(chǎn)計(jì)劃及生產(chǎn)控制主要以人為操作管理為主，設(shè)備作為生產(chǎn)工具。

第2 階段：隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)備信息空間誕生，使得車間的生產(chǎn)設(shè)備管控步入計(jì)算機(jī)輔助階段，各種企業(yè)資源管理系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等得以使用，生產(chǎn)計(jì)劃的下發(fā)、人員設(shè)備物料等生產(chǎn)要素的管理、生產(chǎn)活動(dòng)的監(jiān)控等方面基本實(shí)現(xiàn)了信息化，但此階段車間物理空間與信息空間缺少交互與融合，設(shè)備依然作為生產(chǎn)工具。

第3 階段：隨著以無線射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification,RFID）、條形碼、二維碼等為代表的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及大數(shù)據(jù)、云制造等技術(shù)的發(fā)展，車間中的設(shè)備的物理空間與信息空間開始交互與融合，人員、設(shè)備、物料等信息實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)采集并動(dòng)態(tài)跟蹤，生產(chǎn)活動(dòng)的預(yù)測(cè)性及對(duì)車間不確定性生產(chǎn)擾動(dòng)的處理能力得以增強(qiáng)，車間的設(shè)備生產(chǎn)管控由單點(diǎn)管理逐步發(fā)展到集成管理、協(xié)同管理和智能管理，這時(shí)，設(shè)備已經(jīng)作為管理要素的重要部分，逐漸體現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)特性，其活躍度和關(guān)注度得到了持續(xù)的提升。

第4 階段：將數(shù)字化孿生技術(shù)應(yīng)用到智能制造廠房中，徹底實(shí)現(xiàn)模擬工作狀態(tài)顯示和實(shí)物設(shè)備之間的有效通信，從而為智能制造生產(chǎn)提供可靠的保障，這時(shí)，設(shè)備就融合到智能制造中成為一個(gè)有機(jī)整體，產(chǎn)生其遠(yuǎn)超于其本質(zhì)生產(chǎn)的特性，為生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)生產(chǎn)保證。

3.2 建立設(shè)備管理全生命周期電子網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備三維建模孿生技術(shù)管理系統(tǒng)

建立全生命周期的綜合保障信息平臺(tái)建設(shè)，涵蓋設(shè)備的自主研制或采購及使用維護(hù)全生命期階段，包括保障性分析、預(yù)測(cè)與健康管理、交互式電子技術(shù)手冊(cè)、設(shè)備維修服務(wù)與保障系統(tǒng)（如圖3）。

圖3 設(shè)備一體化信息化平臺(tái)架構(gòu)圖

數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備的健康管理在廠房?jī)?nèi)首先是要進(jìn)入六性設(shè)計(jì)階段，借助六性協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)(IDS)，按“計(jì)劃—流程—任務(wù)”一體化的理念通過六性工作項(xiàng)目與功能設(shè)計(jì)項(xiàng)目的業(yè)務(wù)集成、方法集成、工具集成和知識(shí)集成，保證六性設(shè)計(jì)的過程是規(guī)范、可控與正確的。通過綜合保障分析（LSA）形成設(shè)備保障方案、維修程序、保障資源等綜合分析。為提升數(shù)字化孿生設(shè)備的自主保障能力，在六性設(shè)計(jì)階段同步開展健康管理開發(fā)系統(tǒng)（PHM）設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備使用和維護(hù)時(shí)發(fā)揮出自主保障能力的效果。設(shè)備使用后，通過虛擬的PHM 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控裝備的狀態(tài)，并進(jìn)行健康評(píng)估、故障隔離和性能預(yù)測(cè)。前端研制階段通過與產(chǎn)品研發(fā)平臺(tái)（PDS）系統(tǒng)進(jìn)行BOM 信息的傳遞，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備保障設(shè)計(jì)一體化；后端使用階段通過故障案例向前端設(shè)計(jì)的閉環(huán)迭代，實(shí)現(xiàn)裝備設(shè)計(jì)的持續(xù)優(yōu)化。

在服務(wù)保障階段，通過數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備服務(wù)與維修保障系統(tǒng)（MRO）對(duì)所有數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備技術(shù)狀態(tài)、維修任務(wù)（包括計(jì)劃修理、預(yù)防性維修、應(yīng)急維修、任務(wù)保障、返修件、日常巡檢等任務(wù)和維修資源等進(jìn)行全過程、全要素管理，通過企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP）進(jìn)行保障資源的調(diào)配和任務(wù)的計(jì)劃管控；借助質(zhì)量管理系統(tǒng)（QMS）對(duì)數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備使用和維護(hù)中的所有故障進(jìn)行FRACAS 閉環(huán)處理，并將處理結(jié)果借助知識(shí)管理系統(tǒng)推送至六性一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備質(zhì)量的持續(xù)優(yōu)化。

通過三維建模，將生產(chǎn)車間內(nèi)設(shè)備的三維建模與重要參數(shù)對(duì)應(yīng)，依據(jù)模型仿真適當(dāng)優(yōu)化車間（生產(chǎn)線）布局。通過數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備的健康管理設(shè)備數(shù)據(jù)庫信息：（1）包括維修維保履歷、設(shè)備利用率、設(shè)備拋料率、生產(chǎn)線漫游、設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)、關(guān)鍵配件壽命等；（2）環(huán)境監(jiān)控：包括溫度、濕度、噪音等環(huán)境狀態(tài)；（3）視頻監(jiān)控：對(duì)關(guān)鍵設(shè)備單元的加工過程可進(jìn)行實(shí)景視頻監(jiān)控，對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警；（4）車間巡檢：在數(shù)字化環(huán)境下進(jìn)行第一人稱視角的車間巡檢，實(shí)現(xiàn)對(duì)車間設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知（如圖4～6）。

圖4 三維建模車間

圖5 三維建模車間內(nèi)實(shí)體設(shè)備選圖

圖6 三維建模后車間內(nèi)實(shí)體設(shè)備放置圖

4 應(yīng)用孿生技術(shù)設(shè)備系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)控實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保穩(wěn)定生產(chǎn)

相對(duì)原先車間人工進(jìn)行記錄能耗、環(huán)境監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，出現(xiàn)問題時(shí)，一般溫濕度已經(jīng)超標(biāo)嚴(yán)重，發(fā)現(xiàn)較晚，通知相關(guān)部門人員到問題解決周期時(shí)間較長，對(duì)生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

通過增加溫濕度感知裝置、設(shè)備電表聯(lián)網(wǎng)、建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗、環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控，并展示發(fā)布。同時(shí)根據(jù)針對(duì)各個(gè)分點(diǎn)位實(shí)際情況，設(shè)定不同的能耗、溫濕度、潔凈度閾值。當(dāng)感知裝置測(cè)量結(jié)果超過設(shè)定閾值時(shí)，該區(qū)域生產(chǎn)狀態(tài)標(biāo)為異常，系統(tǒng)將問題推送至對(duì)于生產(chǎn)班組進(jìn)行預(yù)警提醒，同時(shí)推送部門領(lǐng)導(dǎo)和安全員，確保問題及時(shí)響應(yīng)解決，避免問題擴(kuò)大（如圖7、8）。

圖7 生產(chǎn)線能耗環(huán)境監(jiān)控虛擬采集圖

圖8 生產(chǎn)線環(huán)境監(jiān)控顯示圖

5 依托智能生產(chǎn)組織管理系統(tǒng)實(shí)施數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康管理模式及相關(guān)管理制度

數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康管理，主要是突出其管理的重要性，通過建立虛實(shí)映射的設(shè)備數(shù)字化管控平臺(tái)，對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)的體系化、實(shí)時(shí)化、準(zhǔn)確化管理，解決傳統(tǒng)管理模式掌握不全面、問題發(fā)現(xiàn)滯后、信息不精準(zhǔn)的問題；通過建立設(shè)備健康狀態(tài)預(yù)警性維護(hù)機(jī)制，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備或關(guān)鍵易損件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提前預(yù)警可能出現(xiàn)的故障，降低由設(shè)備造成的產(chǎn)品質(zhì)量問題；建立制造部門與保障部門協(xié)同統(tǒng)一的設(shè)備管理機(jī)制，打造設(shè)備狀態(tài)履歷表以及問題發(fā)現(xiàn)、信息傳遞與故障響應(yīng)一體化聯(lián)動(dòng)機(jī)制縮短問題解決周期（如圖9、10）。

圖9 數(shù)字化孿生技術(shù)設(shè)備管理系統(tǒng)示意圖

圖10 數(shù)字化孿生技術(shù)設(shè)備報(bào)故顯示圖

傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式下，由于缺乏設(shè)備狀態(tài)的了解，往往只有在發(fā)生問題后才會(huì)發(fā)現(xiàn)，部分關(guān)鍵易損件帶病工作。數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康管理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌控，并可監(jiān)控諸如設(shè)備、儀表等關(guān)鍵易損件的實(shí)際狀態(tài)，進(jìn)而進(jìn)行上述部件的壽命預(yù)測(cè)，通過單元級(jí)可視化生產(chǎn)組織管理的大屏進(jìn)行顯示，提示現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行及時(shí)更換，變被動(dòng)維護(hù)保養(yǎng)為主動(dòng)預(yù)測(cè)保養(yǎng)，確保產(chǎn)品質(zhì)量水平（圖11）。

圖11 設(shè)備關(guān)鍵易損件預(yù)測(cè)性維護(hù)

數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康管理模式主要是通過如下制度和方法進(jìn)行管理制度實(shí)施。

第一，建立數(shù)據(jù)收集制度：設(shè)備數(shù)據(jù)開放服務(wù)接口，經(jīng)過整合的數(shù)據(jù)資源、數(shù)據(jù)分析結(jié)果需要以靈活的方式對(duì)外提供服務(wù)，平臺(tái)提供了數(shù)據(jù)開放服務(wù)接口以便上層應(yīng)用訪問所需的各種數(shù)據(jù)。目前，構(gòu)建數(shù)據(jù)開放服務(wù)通常以微服務(wù)的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，上層應(yīng)用只需通過應(yīng)用程序接口來獲取所需的數(shù)據(jù)和服務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各自的功能即可。

第二，建立設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)集成管控制度：現(xiàn)有設(shè)備分布于各機(jī)臺(tái)內(nèi)的測(cè)試數(shù)據(jù)整合帶來了較大困難。開展測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理技術(shù)研究，通過改變測(cè)試數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的方式，將多臺(tái)套、分布式的測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)于一個(gè)集成式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中，并且通過制定品種規(guī)則、階段規(guī)則、配置規(guī)則等，從技術(shù)方面杜絕網(wǎng)絡(luò)端存儲(chǔ)時(shí)可能存在的誤操作問題，保證測(cè)試數(shù)據(jù)的安全性（圖12）。

通過大數(shù)據(jù)技術(shù)是進(jìn)行生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)分析的有效手段，在設(shè)備生產(chǎn)線信息感知手段建立的基礎(chǔ)上，可以通過大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，通過對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、聚類、關(guān)聯(lián)分析，從而解決以往時(shí)效性差、分析不準(zhǔn)確的問題，為技術(shù)人員和管理人員提供實(shí)時(shí)有效的決策信息支持。

圖12 數(shù)字化孿生技術(shù)設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)集成管控對(duì)比圖

第三，建立數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康管理模式數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理與系統(tǒng)集成平臺(tái)制度：為企業(yè)提供工業(yè)大數(shù)據(jù)采集與交換、存儲(chǔ)、計(jì)算和分析的工具平臺(tái)，為上層循環(huán)經(jīng)濟(jì)和本質(zhì)安全應(yīng)用的構(gòu)建奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，其主要由數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接入、數(shù)據(jù)倉庫、計(jì)算框架、數(shù)據(jù)分析工具集以及數(shù)據(jù)開放服務(wù)接口組成。生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量、安全及環(huán)保等數(shù)據(jù)主要是來自MES 系統(tǒng)。數(shù)據(jù)源通過大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理與集成平臺(tái)服務(wù)于應(yīng)用層，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)源被平臺(tái)實(shí)時(shí)接入后分布式存儲(chǔ)到大數(shù)據(jù)平臺(tái)中，通過大數(shù)據(jù)的計(jì)算框架統(tǒng)計(jì)出各種數(shù)據(jù)，最后通過數(shù)據(jù)分析服務(wù)于應(yīng)用層。如循環(huán)經(jīng)濟(jì)一體化與協(xié)同應(yīng)用中通過大數(shù)據(jù)分析，制定更科學(xué)的生產(chǎn)計(jì)劃，優(yōu)化調(diào)度及排放，提供設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與預(yù)警。

第四，建立數(shù)字化孿生技術(shù)設(shè)備生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)分析制度：本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)源主要來自數(shù)字化孿生技術(shù)設(shè)備在生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)產(chǎn)生及歷史積累的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如車間布局、物料數(shù)據(jù)、按照電氣、振動(dòng)、溫度、精度等對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接入主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、分發(fā)、配置以及數(shù)據(jù)治理工作，旨在統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，對(duì)外提供多樣的數(shù)據(jù)接入方式，構(gòu)建數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)處理間的橋梁，將數(shù)據(jù)處理與業(yè)務(wù)側(cè)的數(shù)據(jù)源解耦，對(duì)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分發(fā)、采集狀態(tài)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)治理等，利用基于HDFS 分布式文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，主要將采集的數(shù)據(jù)分類整理后存儲(chǔ)在HBase、Hive 等分布式數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)倉庫中，從而形成相應(yīng)的大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主題數(shù)據(jù)。

第五，建立數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康管理模式主題域制度，確定：①生產(chǎn)主題，主要包括生產(chǎn)流程、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)批次等數(shù)據(jù)；②質(zhì)量主題，主要包括檢驗(yàn)申請(qǐng)、檢測(cè)、工藝檔案、質(zhì)量報(bào)告等數(shù)據(jù)；③安全主題，安全分析、工藝危害、控制策略、異常工況、環(huán)境數(shù)據(jù)等；④能源主題，能耗情況、能源計(jì)劃、能源實(shí)績(jī)等。

第六，建立計(jì)算框架制度：提供目前主流的兩種計(jì)算模式及相應(yīng)的框架，即離線計(jì)算和實(shí)時(shí)計(jì)算框架為數(shù)據(jù)的最終服務(wù)于設(shè)備提供架構(gòu)。

離線計(jì)算框架：其將任務(wù)分解為較小的任務(wù)，分別在集群中的每個(gè)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)中間結(jié)果重新組合數(shù)據(jù)，然后計(jì)算和組合最終結(jié)果。它通常被用來處理歷史數(shù)據(jù)，但是由于海量數(shù)據(jù)的處理需要耗費(fèi)很多時(shí)間，所以批處理系統(tǒng)一般不適合用于對(duì)延時(shí)要求較高的場(chǎng)景。

實(shí)時(shí)計(jì)算框架：實(shí)時(shí)計(jì)算并不對(duì)已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)集進(jìn)行操作，而是對(duì)從外部系統(tǒng)接入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，非常適合應(yīng)用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)景。

數(shù)據(jù)分析工具由數(shù)據(jù)挖掘工具箱、機(jī)器學(xué)習(xí)算法庫和展示工具組成。一般是指從大量的數(shù)據(jù)中通過算法搜索隱藏于其中信息的過程，通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)、在線分析處理、情報(bào)檢索、機(jī)器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)（依靠過去的經(jīng)驗(yàn)法則）和模式識(shí)別等諸多方法來實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。

第七，建立機(jī)器學(xué)習(xí)制度：機(jī)器學(xué)習(xí)是一門多領(lǐng)域交叉學(xué)科，涉及概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)、逼近論、凸分析、算法復(fù)雜度理論等多門學(xué)科。專門研究計(jì)算機(jī)怎樣模擬或?qū)崿F(xiàn)人類的學(xué)習(xí)行為，以獲取新的知識(shí)或技能，重新組織已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)，使之不斷地改善自身的性能。

6 基于數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康狀態(tài)管理實(shí)施效果

6.1 實(shí)現(xiàn)降本增效，有效提升設(shè)備健康狀態(tài)

隨著數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康狀態(tài)管理的建立，陸續(xù)結(jié)合部門的智能制造車間的管理，通過若干管理制度和流程，擺脫了以往依附出現(xiàn)問題后維修問題，解決了只有現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)情況才能進(jìn)行設(shè)備布局及維修調(diào)整的被動(dòng)實(shí)施項(xiàng)目管理體系的局面，構(gòu)建出虛擬設(shè)備運(yùn)行為核心、適應(yīng)生產(chǎn)線設(shè)備使用運(yùn)維的的網(wǎng)絡(luò)化管理架構(gòu)。同時(shí)，以信息化平臺(tái)為載體，控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)體系、故障分析體系、風(fēng)險(xiǎn)防控體系、執(zhí)行體系以及配套維修的機(jī)制運(yùn)行過程的全業(yè)務(wù)流程，有效提升管理的顯性化水平和規(guī)范化水平，改善原先設(shè)備運(yùn)行體系僵化、管理模式單一、觀念落后的局面。通過數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康狀態(tài)管理模式的持續(xù)保持穩(wěn)定，大大減少了人力成本，提高了設(shè)備工作效率，體現(xiàn)出1+1＞2 的管理效益（如圖13）。

圖13 設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)控性能和質(zhì)量

6.2 突破設(shè)備健康運(yùn)行維護(hù)發(fā)展瓶頸，設(shè)備維修費(fèi)用逐年降低

基于數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康狀態(tài)管理構(gòu)建以來，為單位創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。2014～2017年，設(shè)備生產(chǎn)制造能力持續(xù)提升（圖14、15）。

圖14 設(shè)備生產(chǎn)制造能力持續(xù)提升

7 結(jié)語

通過建設(shè)基于數(shù)字化孿生技術(shù)的設(shè)備健康狀態(tài)管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備健康狀態(tài)的高效管控，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行的同時(shí)，減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備維護(hù)效率，預(yù)見產(chǎn)品質(zhì)量和制造過程、推進(jìn)設(shè)計(jì)和制造的高效協(xié)同、確保設(shè)計(jì)和制造的準(zhǔn)確執(zhí)行提供了基礎(chǔ)。

圖15 設(shè)備生產(chǎn)維修費(fèi)持續(xù)下降

將此技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備健康狀態(tài)的管理，不僅可以高效實(shí)時(shí)地記錄和反映產(chǎn)品的構(gòu)型狀態(tài)，而且可以基于反饋回的產(chǎn)品構(gòu)型數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，從而改進(jìn)設(shè)備在生產(chǎn)線的工作流程產(chǎn)能，提高設(shè)備利用率、降低維修率、提高產(chǎn)能輸出比。