工程機械是裝備工業(yè)的重要組成部分，經過幾十年的發(fā)展，我國工程機械行業(yè)已進入穩(wěn)定發(fā)展階段。目前受國內GDP增速放緩、房地產新開工面積下降等因素影響，如圖，2022年工程機械國內銷量有所下滑。但伴隨著中央財政對基建投資力度加大，工程機械行業(yè)下游需求有望得到修復。同時，國家加大數(shù)字經濟的推廣力度，不斷夯實制造業(yè)基礎，對于制造業(yè)提出智改數(shù)轉的要求，打造自動化、數(shù)字化、智能化工廠，實現(xiàn)從中國制造到中國智造的轉變升級。
圖 2017-2022年中國主要工程機械產品銷量及增速
與此同時，隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的推進，越南、馬來西亞等新興市場國家的城鎮(zhèn)化和基礎設施建設，新能源鋰礦的開采，以及歐美國家勞動力短缺，我國工程機械產品出口近年來顯著增長。
圖 2015-2022年中國工程機械進出口金額
總而言之，目前工程機械產品國內市場趨于平穩(wěn)，海外市場增長可期，國內外競爭壓力增大。工程機械行業(yè)呈現(xiàn)出品類多樣、結構復雜等特點，且工作環(huán)境相對復雜且惡劣，為滿足客戶多場景使用需求，并且在碳中和、中國制造2025的大背景下，促使工程機械設備不斷向系列化、輕量化、智能化趨勢發(fā)展。
面對復雜多變的國際環(huán)境和市場，對于工程機械的研發(fā)制造提出了更高的要求，目前的生產制造環(huán)節(jié)中存在信息孤島難打通、綜合管控難度大等問題，具體體現(xiàn)在：
l 工廠規(guī)劃階段機電開發(fā)孤立，設備存在運動干涉風險；
l 工程機械產線復雜，失效模式不明確；
l 產線設備自主設計與外部采購并存，通訊協(xié)議不一致導致數(shù)據(jù)集成困難；
l 產線工站多，線平衡調整困難；
l 觸摸屏、生產面板人機交互能力差；
l 工廠系統(tǒng)種類多且分散，ERP、WMS、MOM、CRM等橫跨產品的設計、采購、制造、營銷環(huán)節(jié)，應用效率低；
l 工廠占地面積廣，巡線效率低、信息傳遞不及時、問題響應不迅速；
l 項目周期長、投資大，停線返工成本高；
通過數(shù)字孿生工廠技術打造工程機械行業(yè)“智改數(shù)轉”,實現(xiàn)降低生產成本、減少能源資源消耗、縮短產品開發(fā)周期，實現(xiàn)工程機械行業(yè)的智能化、數(shù)字化發(fā)展。
數(shù)字孿生工廠技術圍繞工藝、裝備、產線、車間、工廠等多個層級，在工廠規(guī)劃、生產制造階段體現(xiàn)其價值，通過實時監(jiān)測廠區(qū)，呈現(xiàn)影響產品質量的六要素（人、機、料、法、環(huán)、測），在規(guī)劃階段驗證設計方案的可行性，在制造階段以實時數(shù)據(jù)驅動智能化工廠，實現(xiàn)虛實映射、虛實同步、共生演進、閉環(huán)優(yōu)化，實現(xiàn)工廠生產透明化，打造生產制造智慧園區(qū)，建立產線、設備生命周期管理，提升產線設備綜合效率，降低生產安全風險，提供設備定位、節(jié)拍優(yōu)化、預測性維護、遠程運維等功能；打通信息化平臺多維度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)廠區(qū)基于數(shù)字孿生的一體化管控，打造智能化、數(shù)字化的數(shù)字孿生工廠，同步實現(xiàn)工程機械數(shù)字孿生工廠全要素的可視化和智能化轉型，有力支撐工程機械企業(yè)降本增效、提升國際競爭力的目標實現(xiàn)。
建設以數(shù)字孿生驅動的智能工廠，通過采集人、機、料、法、環(huán)、測六要素數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全要素全生命周期管理。以三維場景為基礎，融合人工智能、算法平臺、大數(shù)據(jù)、5G等先進技術，以數(shù)字化、智能化、信息化的理念服務于工廠制造。以數(shù)字化精益工廠推進思路為牽引，以引領級數(shù)字孿生工廠為目標，打造一個“會表達、能思考、知判斷、輔決策”的數(shù)字孿生工廠。
圍繞物理實體、虛擬數(shù)模及數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生工廠通過通訊協(xié)議將三者鏈接，提供仿真驗證、優(yōu)化預測、決策分析等服務，提升生產效率，降低運維成本。
參考案例
某工程機械集團通過數(shù)字化手段降低生產成本，將實時運行數(shù)據(jù)映射到虛擬工廠，優(yōu)化生產工藝，提高生產效率。通過數(shù)字孿生工廠技術對車間智能化設備集中管控并優(yōu)化生產工藝。
該工廠通過IoT物聯(lián)網平臺將車間內所有設備接入，按照管理需求將生產進度自上而下的進行展示，實現(xiàn)生產過程清晰化、透明化，提升管理質量與效率；數(shù)字孿生平臺建設物流來料、出入庫監(jiān)管以及庫存、積壓件預警等功能，實現(xiàn)物流出入廠的全流程跟蹤推進，智能物流系統(tǒng)大幅提升交貨率。
借助數(shù)字孿生工廠的前沿技術，如虛實映射技術、迭代優(yōu)化技術，該數(shù)字孿生工廠數(shù)據(jù)利用率提升20%，數(shù)據(jù)采集效率提高30%，物流擁堵率降低10%，人工成本降低5%，將智能制造拓展到產業(yè)鏈上下游環(huán)節(jié)，助力該集團成為全球工程機械行業(yè)智能制造標桿。
基于某數(shù)字孿生工廠三維模型，結合生產流程邏輯模型，通過PLC信號或SCADA數(shù)據(jù)的實時傳輸獲取現(xiàn)場生產數(shù)據(jù)，實時驅動焊接設備（包括機器人動作、RGV）的虛擬數(shù)模進行運動，實現(xiàn)物理車間和虛擬車間的虛實映射。
集成SCADA系統(tǒng)，采集人、機、料、環(huán)、測、能耗及業(yè)務數(shù)據(jù)，面向生產、質量、設備、工藝、能源等不同的管理維度呈現(xiàn)不同的要素信息，制作統(tǒng)計報表、綜合看板，或直接嵌入三方系統(tǒng)報表、看板，并在數(shù)字孿生三維環(huán)境中實時呈現(xiàn)。
該柔性線制造數(shù)字孿生工廠以實時數(shù)據(jù)進行驅動，實現(xiàn)真實工廠的孿生復現(xiàn)，多維度接入信息化平臺數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基于數(shù)字孿生的一體化管控。讓決策者可以實時查看并管控車間六要素變化。整體改善工廠生產制造，目前項目實施效果為數(shù)據(jù)利用率提升30%，數(shù)據(jù)采集效率提高40%，問題解決效率提升40%，快速響應效率提升25%。打造徐工超級數(shù)字化、智能化工廠。實現(xiàn)創(chuàng)新驅動、持續(xù)發(fā)展、合作共贏。
