从数“智”出发，自虚拟孪生启航 | 数字孪生如何助力钢铁行业前瞻性智造？
▲从数“智”出发，自虚拟孪生启航 | 数字孪生如何助力钢铁行业前瞻性智造？
作为传统制造业代表，近年来钢铁行业一直在持续推动数字化、智能化转型。当下的钢铁企业大多已经采用了连续的自动化系统和设备，但和其它制造行业相比，仍然需要用尖端数字化技术取代老旧的技术及管理方式，来解决钢铁智造所面临的各种挑战。这种挑战既包括市场需求变化，也包括竞争带来的运营压力，还有碳达峰碳中和要求下的转型压力。面对挑战，虚拟孪生是钢铁行业要借助的重要技术手段，它可以帮助企业实现可视化新产线、设备、资源、工厂、生产流程及供应链的完美规划，实现整个生产过程的最优控制，不断优化业务运营，满足市场需要，提升生产能力，降低营运成本，实现可持续发展，从而在转型过程中赢得先机。
消费者总是不断地想要新型、独特的定制产品，这对企业在有限的产线和资源下高效地生产如此多品类的产品形成了巨大的挑战。
供应和需求的变化将始终是企业面临的挑战，这需要整个供应链保持高可见性和柔性，尤其是疫情时代，供应链受到了更多外界因素的影响。
随着产品体验变得越来越复杂并不断融入我们的生活，在确保产品安全可靠性方面，钢铁企业面临着更大的行业监管，和下游客户一起面临着合规认证的压力。
钢铁企业也需要适应不断加快的产品创新步伐。下游客户的驱动会持续的带来创新压力和利润，产品研发及新技术使用会越来越占据企业重心，这需要企业采用更有效的运营模式，才能跟上创新的步伐。
企业迫切需要通过经济有效且对社会负责的运营流程来支持产品创新，最大限度消除环境影响，节约能源和自然资源。
企业因新技术及现代化变革也放大了某些挑战，为确保业务长久持续发展，实现以下目标的紧迫性显著提升：
新设备、新工艺的应用，例如行业中越来越多的电炉炼工艺
帮助员工进行多技能培训，弥补技能差距，来应对智能制造带来的技能需要，来应对智能制造带来的无人化，少人化
供应链柔性，在企业面临资源成本波动剧烈，资金成本压力的情况下提供优化选择
灵活与敏捷制造，帮助企业运营快速适应变化，确保企业业务高效运行
达索系统3DEXPERIENCE是运行企业应用及最佳行业解决方案的系统平台，它是基于模型为企业制造运营规划、计划及执行提供支持的基础。我们将这一平台提供的内容称之为虚拟孪生体验。
在虚拟孪生体验中，虚拟世界通过建模、仿真和可视化让用户看到自己想要实现的业务、产品、计划方略，然后在现实世界中实现和执行。与此同时，还可利用在现实世界中收集的体验、认知、数据来刷新虚拟孪生模型，并将其作为一个可不断优化并改进现实企业运营各方面的完美孪生模型来看护。
虚拟世界和现实世界的这种融合形成了数据闭环能力，可以在几乎任何场景中以虚拟方式进行优化。
未来，钢铁行业会越来越频繁建立灵活的新产线，或者对旧产线进行升级改造，以应对产品需求的变化，能源消耗的约束。如何在有限时间，有限资源条件下来规划、验证最佳的产线布局，在最短的时间里完成产线设备的调试，是该场景下企业所追求的目标。虚拟孪生体验允许以虚拟方式进行验证，摆脱实物束缚，以在实际投产、运营之前确定最佳工艺规划方案，允许在试产之前，进行关键设备、关键系统和产线的测试和调试，缩短正式投产周期。
利用达索系统DELMIA DM的虚拟孪生技术，可以快速的构建出一个三维的数字化车间和厂房：
基于2D图纸创建3D虚拟模型（BIM和CAD）
对工厂进行3D点云扫描
虚拟孪生体验的功能：
在3D中定义设备、资源位置
在虚拟环境中验证工位、设备不同工况下的适用性
评估工厂作业环境的合理性、识别潜在风险，如天车的运行模拟
与价值链中的业务伙伴进行高效协作，如对车间物流，仓储物流的模拟和优化;
越来越多的钢铁企业产线，面临着产品种类增长和个性化订单数量的增长，生产所面临的不仅仅是质量设计的问题，更大的难题在于生产计划和执行的复杂性超出了靠表格、人工和经验处理的范畴。
通过对供应链中所有变量的定义和模拟，达索系统的行业解决方案能够轻松处理最艰巨的计划难题。无论您要处理100个还是100,000个订单，都可以基于虚拟的生产要素和计划约束模型，迅速根据全部可用数据进行准确计算，从而生成最佳计划。而且由于最佳计划需要从销售、市场营销和管理到财务、采购和生产，几乎每一个部门都参与协作，这些解决方案能实现同步计划，以便所有协作方都能直接地输入和访问相关数据。方案提供的可视化反馈，计划人员能立即深入了解其计划和生产排程的质量，进行有效的比对和遴选。利用达索系统DELMIA Quintiq（原“坤帝科”）的计划与优化功能将您的计划人员对业务的深度认知与切合实际的KPI驱动方法相结合，在统一的数字化平台上提供基于数学优化的计划。您可以为特定流程制定尽可能最佳的计划；例如，可以先依据一系列场景生成可执行的计划，然后持续改进它至最佳状态，就能制定出更优质的管理计划。
根据可用资源和待履行订单准确地计划这个流程是一项艰巨的工作，即便对经验最丰富的计划人员也是如此。每个生产排程都必须考虑待加工的钢板坯类型，才能提供流畅的排程，尽量缩短连铸和热轧间的等待时间。而且由于计划工作发生在不同的层面，参与计划工作的计划人员和管制人员一般承担着不同的职责。这导致机器设备的分析和优化是单独完成的，并未通盘考虑其他机器设备或工厂的情况。但是如果使用经优化的计划系统，计划人员就能获得有力的支持，制定出既灵活又精准的计划。可以迅速构建多种“假设”场景并完成比较，让所有利益相关方都清楚地看到潜在决策方案的影响，从而确定最可行的计划。
借助排序功能，计划人员能可视化不同的生产场景，制定出需求驱动的最优生产排程。它通盘考虑所有输入集与规则集，如具体设置时间、转换规则和质量考量。计划人员也能通过KPI，观察到每个行动的结果，如交付时间、吞吐量、库存水平和产能利用率，从而产生多重效益：如缩短周期，减少在制品，降低库存，减少能耗。
场景三：生产执行的虚拟孪生
未来，钢铁行业生产所涉及的要素和要求，比以往任何时候都更为复杂，不仅仅是生产工艺过程的顺利进行，还涉及了执行管理的各个方面：任务与维护执行、资产管理和预测性维护。对于这个阶段，钢铁企业需要有效并高效地执行流程，同时允许实时获得可付诸实践的状态、可追溯性和报告，以便向虚拟孪生模型提供反馈。借助于工厂运营和映射的虚拟工厂，实现工业物联网（IIoT）数据的情境化。例如，车间管理者能访问来自物联网传感器的实时大数据，分析和追踪特定3D资产的性能，更快地获得深入见解，促进对该资产的改进。此外，以此数据为基础，工厂管理者也能验证工作定单的执行，确定使用哪个领域的资源和负责具体作业的操作人员。此时在工业物联网、人工智能和机器学习（ML）的支持下，维护人员和生产经理能排程预测性维护作业，以降低维护成本，缩短维修造成的停运时间，改进生产、操作人员安全以及机器设备性能管理。利用达索系统DELMIA Apriso来建立虚拟孪生，有利于提升绩效和推动基于KPI的高效决策，确保产品、人员、设备和物料在运营中的移动能为您创造最大的利润空间，达成交付目标。
同时，借助于虚拟孪生，整个钢铁生产线映射成为一个统一的端到端的虚拟产线，很多跨部门，跨车间，跨组织人员的难题，得到优化和解决。既可以通过大数据，进行整个产线的质量控制和优化，也可以来统筹协调车间物流、仓储物流和厂外物流，使供应链更为顺畅，成本更低。
场景四：车间生产协作组织的虚拟
当钢铁行业市场需求变得复杂，生产走向精益，车间人员的组织和协作变得不可或缺。组织从人员和事务管理走向虚拟的执行协作管控。/协作是制造机构内的不同利益相关方齐聚在一起，共同分析项目整体需求、需要和目标的过程。设计工程、制造工程、质量保障、销售、采购和管理都能为创建统一系统贡献有用的输入。协同运营达到并超越这些要求。它通过将公司内外的人员、构思、数据连点成线，实现运营优化。
利用达索系统DELMIA 3DLean实现组织的虚拟化，协作的流程化，以及执行的严谨高效。正如其名称所示，DELMIA 3DLean依托“精益”基础，实践“改善”（持续改进）和“看板”（拉系统）原则。这种方法通常在制造业中被用于消除各种浪费和最大化效率。在3DEXPERIENCE平台的支持下，生产运营团队可以使用这个在云端对每个人开放的现代化、交互式环境，并借助其配备的精益看板和精益小工具，对车间的各项作业进行数字化。通过将多个行动方整合到同一个平台上，可以数字化地捕获信息和交互并形成更优质的文档，用于知识的管理。另外，它也将人员齐聚在促进发现、分析和良好协作的体系下，赋予各团队发现新的创新方法的能力。
小结
综上，这些业务场景既代表钢铁行业中部分较为紧迫的挑战，也代表实现钢铁制造灵活性的过程中的变革与改进的机会。对钢铁企业而言，这需要在数据和有效的、动态的计划系统的支持下，通过优化制造运营的每个环节或每个流程，找到化解这些问题的方法。这一切都需要从数字化转型开始，从虚拟孪生带来的无限仿真，迭代分析和优化开始，从达索系统的钢铁行业解决方案开始。
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