数字孪生典型应用案例12

SDI精品解读系列7案例集12

数字孪生应用白皮书（2020版）。

--关于白皮书--

该白皮书由工信部中国电子技术标准化研究院联合20余家数字孪生领域开发商、集成商、科研院所、高校联合编写，梳理数字孪生技术和产业应用发展状况，分析数字孪生技术热点、行业动态和未来趋势，SDI已经进行系列7持续摘录解读。此外，白皮书还收录了系列典型应用案例。SDI继续对重要案例进行分享，供您参阅。

案例十二：钢铁行业质量大数据系统数字孪生应用

钢铁行业冶炼和锻造生产普遍存在以下问题：生产工艺流程复杂、产线和炉台设备供应关系复杂，MES 和执行脱节，质量管理多为事后管理等。

（一）案例背景

本项目主要的建设内容包括特冶厂和锻造厂的质量数据监控、质量实绩查询以及质量分析等三大方面内容，实现工艺设计、工艺执行以及工艺改善的闭环的全面质量数字化管理。整个项目的技术路径采用具有先进数字孪生体架构的优也 Thingswise iDOS 工业数据操作系统，为将来的水平拓展，系统的推广创造了可能性。

（二）系统框架

图 66　钢铁行业质量大数据系统架构图

（三）案例特点

动态的数字孪生

本案例核心是对于物料的在时间和空间上的追踪，通过建立动态的数字孪生体，对钢锭的质量全生命周期进行追踪，从而为质量数据的实时监控、查询，以及预警分析和产品质量追溯打下基础。

将全面质量管理理念数字化

通过前面所说的基于钢坯的动态数字孪生的建立，得以将生产过程中的数据实现跨越时空的串联，真正实现生产过程数字化，对数据的进行追踪、预警和分析，实现从基于结果的碎片化滞后质量管理到基于过程的全流程实时质量管理的飞跃。

（四）涉及的关键技术

设备实时状态 3D 展示技术

通过对设备状态的 3D 展示技术，使得用户操作界面变得直观、易操作。该界面通过前端的 3D 技术与平台的数字孪生体技术相融合，支持状态的实时自动更新，方便用户进行设备监控管理。同时用户可以在界面上对该 3D 设备进行操作，将实物与信息进行精确关联，使得人机交互更加友好易用。（参见下图）

图 68　钢铁行业质量大数据系统产品数字孪生体在虚拟工位的展示和操作示意图

动态生成数字孪生体实例的技术

系统对设备及产品建立了对应的数字孪生体，在生产中，产品不断被制造出来，意味着数字孪生体的实例必须能够动态创建。

温度曲线工艺阶段自动识别技术

系统通过数字孪生体流式计算中的算法模型设计，自动识别温度曲线的升温、保温、降温等工艺阶段，为实时数据与工艺设置数据的自动比对提供了算法基础。

（五）实施成效和意义

经济效益：质量大数据分析系统在预期可以帮企业提高成材率 1%-3%，对一家年产 500 万吨钢的企业来说，按市价 4000 元 / 吨核算，每年可提高 2-6 亿元经济效益。

由于质量大数据分析系统是将工业互联网平台的云计算与微服务、大数据、机器学习与人工智能、模型和应用研发工具引入生产现场，并以数字孪生体框架为基础，系统性地在数字空间映射生产现场的产品、设备和过程的状态和行为，简化工业知识的模型化和软件化过程，以及智能应用的开发，排除了现有的架构瓶颈和应用开发瓶颈，形成了具有特钢行业特点的专业知识模型以及智能化的应用，实现快速的复用并创造价值，在特钢行业，以及其它类似的制造业行具有广泛推广的潜力。