工業(yè)領(lǐng)域的全球競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，企業(yè)面臨著產(chǎn)品更新?lián)Q代加快、價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)加劇，以及降低成本、優(yōu)化資源和提升能源效率等一系列壓力。隨著客戶(hù)個(gè)性化需求越來(lái)越多，產(chǎn)品生產(chǎn)也逐漸呈現(xiàn)出種類(lèi)多、變化快等新特征，這迫使卷煙廠(chǎng)等企業(yè)要提升生產(chǎn)線(xiàn)的速度與靈活性，從而能夠針對(duì)市場(chǎng)前端變化快速地調(diào)整生產(chǎn)。
工業(yè)4.0描繪了工業(yè)制造的新藍(lán)圖，對(duì)卷煙廠(chǎng)而言，構(gòu)建虛擬工廠(chǎng)則是實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的基礎(chǔ)。所謂虛擬工廠(chǎng)，是把“現(xiàn)實(shí)制造”和“虛擬呈現(xiàn)”融合在一起，通過(guò)遍布全廠(chǎng)的海量傳感器采集現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)制造過(guò)程中的所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)數(shù)量非常巨大，可實(shí)時(shí)、快速地反映生產(chǎn)中的任何細(xì)節(jié)�；谶@些生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，應(yīng)用數(shù)字化模型、大數(shù)據(jù)分析、3D虛擬仿真等方法，可對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，使虛擬世界中的生產(chǎn)仿真與現(xiàn)實(shí)世界中的生產(chǎn)無(wú)縫融合，利用虛擬工廠(chǎng)的靈活可變優(yōu)勢(shì)，來(lái)促進(jìn)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)。
虛擬工廠(chǎng)有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：第一是真實(shí)工廠(chǎng)與虛擬工廠(chǎng)同步運(yùn)行，真實(shí)工廠(chǎng)生產(chǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)參數(shù)、生產(chǎn)環(huán)境等都會(huì)通過(guò)虛擬工廠(chǎng)反映出來(lái)，這需要采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可用，并通過(guò)連續(xù)、不中斷的數(shù)據(jù)通道交互；第二是虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合，利用三維可視化技術(shù)將生產(chǎn)場(chǎng)景真實(shí)展現(xiàn)出來(lái)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)三維場(chǎng)景中的設(shè)備，使其狀態(tài)與真實(shí)生產(chǎn)場(chǎng)景一致，從而讓管理者充分了解整個(gè)生產(chǎn)場(chǎng)景中各設(shè)備的運(yùn)行狀況，達(dá)到監(jiān)測(cè)、查看、分析的目的；第三是通過(guò)大數(shù)據(jù)與分析平臺(tái)，將云端中匯集的海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、分析、挖掘，幫助工廠(chǎng)制定更明智的決策，快速提高生產(chǎn)效率、降低成本和實(shí)現(xiàn)質(zhì)量目標(biāo)。
卷煙生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集
要達(dá)到虛擬工廠(chǎng)中的生產(chǎn)仿真與現(xiàn)實(shí)世界中的生產(chǎn)無(wú)縫融合，需要生產(chǎn)數(shù)據(jù)與控制傳感數(shù)據(jù)同步到虛擬工廠(chǎng)中，并保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、完整性。一個(gè)卷煙廠(chǎng)采集點(diǎn)多達(dá)數(shù)萬(wàn)個(gè)、設(shè)備接口種類(lèi)十幾種、通信協(xié)議數(shù)十種，生產(chǎn)傳感數(shù)據(jù)要接入到虛擬工廠(chǎng)需經(jīng)過(guò)多次協(xié)議轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)發(fā)，延時(shí)時(shí)間無(wú)法控制。比如卷包車(chē)間的卷包機(jī)傳感數(shù)據(jù)，首先要接入卷包機(jī)工控系統(tǒng)，由Modbus協(xié)議上傳到卷包車(chē)間控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，再通過(guò)Profibus協(xié)議傳送到卷煙廠(chǎng)MES數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，然后卷煙廠(chǎng)虛擬現(xiàn)實(shí)管理系統(tǒng)才能從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取該生產(chǎn)數(shù)據(jù)。而這樣方式下數(shù)據(jù)的傳輸速度，是無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)4.0對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求的。
采用華為AR物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)則可以很好地解決上述問(wèn)題。其不僅支持開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，還支持豐富的行業(yè)接口和總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，可與各種傳感終端直接交互信息，將各種傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)為上層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，無(wú)縫融合工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)與企業(yè)IP網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建扁平智慧的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。如果將AR物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)部署在卷煙廠(chǎng)工控層，由于其支持多種工業(yè)協(xié)議，可以把大量的傳感器、控制器實(shí)時(shí)接入虛擬工廠(chǎng)，實(shí)現(xiàn)一次轉(zhuǎn)發(fā)，全網(wǎng)共享，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完整性將得到很好保證。這樣虛擬工廠(chǎng)的強(qiáng)大計(jì)算能力將與實(shí)際生產(chǎn)連為一體，全廠(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯集到云端，信息孤島不復(fù)存在，生產(chǎn)應(yīng)用和服務(wù)將向云端轉(zhuǎn)移，不僅卷煙生產(chǎn)變得更加靈活，而且可以在生產(chǎn)之前或者生產(chǎn)過(guò)程中動(dòng)態(tài)配置生產(chǎn)方式，隨時(shí)變更原定設(shè)計(jì)方案和生產(chǎn)計(jì)劃，有效實(shí)現(xiàn)“個(gè)性化、小規(guī)模、變化快、可定制”的生產(chǎn)目標(biāo)。
大數(shù)據(jù)分析助力虛擬排產(chǎn)
傳統(tǒng)的排產(chǎn)方法憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工干預(yù)，然后將工單下達(dá)到自動(dòng)化系統(tǒng)執(zhí)行。這種方法比較適應(yīng)大規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)，而對(duì)個(gè)性化、小配方、小批量產(chǎn)品生產(chǎn)的適應(yīng)能力明顯不足，更難以滿(mǎn)足工業(yè)4.0的要求。
虛擬工廠(chǎng)中采集了海量的實(shí)時(shí)及歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并從各個(gè)系統(tǒng)匯集企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃、卷包機(jī)組生產(chǎn)能力、倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存情況、品牌優(yōu)先級(jí)、工藝限制、計(jì)劃變更、設(shè)備故障、質(zhì)量狀況、原輔料供應(yīng)、工藝調(diào)整以及各生產(chǎn)單元間相互制約關(guān)系等大量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如何快速地分析挖掘這些雜亂的數(shù)據(jù)，成為卷煙廠(chǎng)確定排產(chǎn)方案的關(guān)鍵。
基于華為FusionInsight企業(yè)級(jí)大數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)、查詢(xún)、分析平臺(tái)，可以為卷煙排產(chǎn)快速構(gòu)建海量數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)各類(lèi)海量數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的分析和挖掘，幫助卷煙廠(chǎng)從各類(lèi)繁雜無(wú)序的海量數(shù)據(jù)中獲取真正的價(jià)值，及時(shí)洞察生產(chǎn)中的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行決策優(yōu)化。虛擬工廠(chǎng)根據(jù)大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果制定排產(chǎn)方案，并建立卷煙廠(chǎng)生產(chǎn)模型，虛擬仿真系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)模型對(duì)排產(chǎn)方案進(jìn)行仿真。在這個(gè)過(guò)程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，反饋修改方案，找出最優(yōu)排產(chǎn)計(jì)劃。排產(chǎn)調(diào)整周期從數(shù)十小時(shí)縮短到幾分鐘；排產(chǎn)準(zhǔn)確率提高到98%；虛擬仿真排產(chǎn)不消耗實(shí)際生產(chǎn)所需的原料，每年可為卷煙廠(chǎng)節(jié)省數(shù)百萬(wàn)元的資源消耗損失。
GPU加速虛擬工廠(chǎng)
在工業(yè)4.0時(shí)代，虛擬世界將與現(xiàn)實(shí)世界高度融合。通過(guò)計(jì)算、自主控制和聯(lián)網(wǎng)，人、機(jī)器和信息互相聯(lián)接，融為一體，所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)將被全部整合到卷煙廠(chǎng)虛擬現(xiàn)實(shí)管理系統(tǒng)中。卷煙廠(chǎng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)建立全廠(chǎng)的3D模型和設(shè)備3D虛擬生產(chǎn)模型，以三維的形式展現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障信息和主要運(yùn)行數(shù)據(jù)。在三維虛擬工廠(chǎng)里，可以通過(guò)推拉、旋轉(zhuǎn)、放大、透視等，多維度地獲取生產(chǎn)信息。
要完美地展現(xiàn)三維虛擬工廠(chǎng)畫(huà)面需要服務(wù)器具備強(qiáng)大的三維圖形運(yùn)算能力。卷煙廠(chǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)越來(lái)越多，通過(guò)云端架構(gòu)部署服務(wù)器，已是當(dāng)今最重要的趨勢(shì)。隨著應(yīng)用和服務(wù)向云端運(yùn)算轉(zhuǎn)移，卷煙廠(chǎng)虛擬現(xiàn)實(shí)管理系統(tǒng)的服務(wù)器也必然部署在卷煙廠(chǎng)私有云上。普通虛擬機(jī)的GPU是由虛擬平臺(tái)軟件模擬出來(lái)的，處理能力弱，畫(huà)面刷新只有1幀/秒，并會(huì)出現(xiàn)大量貼圖錯(cuò)誤，無(wú)法真實(shí)展示卷煙廠(chǎng)生產(chǎn)狀況。華為FusionSphere應(yīng)用GPU直通技術(shù)，通過(guò)原生的驅(qū)動(dòng)程序訪(fǎng)問(wèn)專(zhuān)業(yè)顯卡硬件加速渲染虛擬工廠(chǎng)三維畫(huà)面，3D處理能力比軟GPU提高幾十倍，很好地滿(mǎn)足了虛擬工廠(chǎng)高性能圖形處理的需求。能高清流暢地展現(xiàn)生產(chǎn)細(xì)節(jié)，使人身臨其境地融入虛擬工廠(chǎng)，實(shí)現(xiàn)在三維環(huán)境下沉浸式數(shù)據(jù)展示。卷煙廠(chǎng)的生產(chǎn)管理效率得到極大提升。比如，過(guò)去人工巡檢全廠(chǎng)需一天時(shí)間，而3D虛擬工廠(chǎng)巡檢只要幾十分鐘，且更易發(fā)現(xiàn)隱蔽的異常情況；以前煙機(jī)設(shè)備檢修繁鎖復(fù)雜，設(shè)備拆解、組裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力，現(xiàn)在結(jié)合狀態(tài)監(jiān)測(cè)的3D可視化設(shè)備檢修效率得到極大提高，還可以遠(yuǎn)程進(jìn)行檢測(cè)操作。
