數字孿生工程師：

建一座聰明的“虛擬工廠”

本報記者 李 蕊

走進海爾上海洗衣機互聯工廠，主控室內，張鑫緊盯眼前的數字大屏，指尖輕點鼠標，佔地12萬平方米的廠區被全景還原，做成三維數字模型“毫厘畢現”地呈於屏上。定睛一瞧，好似游戲裡的虛擬世界。

張鑫是海爾卡奧斯數字孿生工程師。眼前這個和真實廠區一模一樣的虛擬“雙胞胎”，正是他與團隊一起建造而成的。

數字孿生工程師怎樣建起一座“虛擬工廠”？這座“虛擬工廠”有何應用價值？記者進行了採訪。

試水數字孿生工廠

“噠噠噠……”工廠內，機械傳動帶不停運轉，精密的零部件在機器人手中“舞動”，一台台洗衣機被生產出來。

在這裡，洗衣機生產是“透明”的——一物一碼、一機一檔。在主控室內的數字孿生大屏上，每台設備運行狀態、每個部件生產過程都能隨時查看。

數字孿生，是一種虛實融合的復合技術，通過建立三維數字模型，將現實生活中的場景實景復刻，在虛擬世界中打造一個“雙胞胎”。

海爾上海洗衣機互聯工廠內，應用數字孿生技術的洗衣機內筒生產線正在運行。受訪者供圖

近年來，隨著物聯網、大數據、人工智能等技術的發展，數字孿生應用領域持續拓寬，有效賦能各行各業，在企業生產制造中的應用越來越廣泛。“我的主要工作是打通虛擬空間和現實空間，不僅要創造出孿生的虛擬世界，還要將現實與虛擬聯通，實現生產的改進優化，降低成本，提高效率。”張鑫介紹。

在張鑫帶領團隊進入工廠數字孿生領域之前，市面上已有大量的數字孿生工廠系統及應用，可實現三維工廠動畫、虛實同步、過程回溯，解決數據融合難、數字平台能力弱、系統信息孤島等問題。

“在走訪調研中，我們發現這種數字孿生技術基本不具備未來推演的能力，如預測生產計劃的可執行性和偏差、異常波動對生產的影響及交貨期延時的風險等，同時也缺乏對生產系統進行定量評估、分析、優化等能力。”張鑫表示，這正是要突破的方向。

建一個一模一樣的“虛擬工廠”，首先得對現實中的每台設備、每道生產工序了如指掌。張鑫帶領的90后團隊，成員個個是互聯網“能手”，可面對工廠操作犯了難。

於是，很長一段時間裡，團隊成員奔走在廠區一線，向產業鏈上的工人請教，摸透設備、產線﹔在設備接入物聯網並投入運營前，找到專家、運營商，一遍遍修改、完善技術方案。

張鑫（坐者）與團隊成員探討技術。受訪者供圖

“‘虛擬工廠’建成前，我們在心中已經完成了千千萬萬次的生產、管理‘演練’。”張鑫說，功夫不負有心人。在團隊日日夜夜的奮戰下，終於利用數字孿生完成了對整條產線的1︰1模擬，一個與實體工廠一致的“虛擬工廠”誕生了。

“虛擬工廠”可不虛

逛一圈工廠，可以感受到數字孿生帶來的生產變革——

拿一個洗衣機內筒來講，為保障精准度，激光焊接時，運行的設備會保持全封閉狀態，無法看到內筒細節。

如何避免生產中的差錯？記者發現，在數字孿生大屏上，通過超高精度模型，真實還原了內筒生產細節。據介紹，在焊接內筒時，依托數字孿生實現同步仿真，對洗衣機內筒進行全方位特寫展示，並記錄設備運行數據，有效提高了生產效率，消除實際生產環節中的盲點，保障了產品質量。

不僅是洗衣機內筒。“我們以數據驅動孿生工廠的設備運轉，可實現全廠人、機、料、法、環、測等全要素實時數據多方式、可視化呈現，對生產全流程監控管理，確保產線運轉穩定可控。”張鑫說。

除了可視、可管，“虛擬工廠”還可“預測未來”——

“結合數字孿生，我們在海爾上海洗衣機互聯工廠打造了數智化全流程質量管理機制，做到了26項數字化智能檢測，改變了過去通過員工經驗發現問題的老路。”張鑫介紹。

“在虛擬的產線中，通過短時間快速仿真模擬，在實際生產前提前驗証排產排程的合理性，預測可能出現的問題，提前優化解決。”張鑫說，“透視過去看現場，挖掘細節追溯源，預測未來明趨勢，‘虛擬工廠’可不虛，作用實著呢！”

並非構建於投產階段，而是在規劃階段，張鑫便帶領團隊搭建了工業元宇宙三維可視化產線搭建與仿真體系。通過物流仿真，計算出效率最優、成本最低的物流排布。

例如，傳統模式下，骨架焊接線位於洗衣機內筒線一側。這種排布會增加地面存儲庫位，並且需要增加直通二樓總裝線的升降機，成本高。

“通過數字孿生，有了第二種布局方案。”張鑫說，“在‘虛擬工廠’中，我們嘗試將骨架焊接線安置到內外筒預裝線旁，生產的雙子骨架通過升降機和傳送線直接進入內外筒預裝線進行預裝，最后一起進入二樓總裝線，實現‘大件不落地、出廠貨不錯’。”實踐對比發現，這種方案在倉儲面積上可節約60%，物流頻次下降30%，直通二樓升降傳送系統的鏈條也可縮減1條。

降門檻促推廣應用

技術逐漸成熟后，新的難題擺在眼前。

“數字孿生的大規模推廣應用成了‘老大難’。”張鑫說，“我們與很多廠家打過交道，常有人問，‘這個虛擬的東西，真能幫我們更好地生產嗎？’”

起初，為了打消廠家顧慮，使其認識到數字孿生建廠帶來的價值，張鑫帶領團隊往一家家工廠跑，可幾天下來，成效不大。“由於數字孿生涉及代碼編寫，操作難度大，企業或相關技術人員一般不太熟悉，聽得直撓頭。”一次調研中，張鑫忽然有了靈感，“能否實現數字孿生無代碼？”

這個提議一出，整個團隊“炸開了鍋”——

有人反對：“這不現實，我們每個程序都需要代碼。”

有人支持：“可以一試，讓代碼隻存在於我們的界面，面向用戶的界面是無代碼的。”

“無論怎樣，為了讓數字孿生技術在建廠上能更加普及，這種嘗試很值得。”張鑫說。

說干就干！團隊又進入了新一周期的創新推進。一次次試驗過后，張鑫設想的“無代碼”終於實現，即推出卡奧斯工序“藍圖”編輯器——無需編寫代碼就能生成孿生園區、車間。

“以前工程師使用這門技術，要先學習傳統編程語言的知識，再一點點敲代碼，技術門檻高，如今我們提供了一種可視化的混合仿真建模工具。”張鑫解釋道，“具體來說，通過1︰1打造與工廠中設備、產線實體完全一致的數字模型，廠家可通過拖拉拽、無代碼的方式在虛擬環境中‘建廠’，搭建產線模型並進行工序排布的仿真模擬。”

於廠區技術人員而言，他們在這座“虛擬工廠”接受崗位培訓、提升技能的同時，也能在其中隨意漫游體驗。通過現場的真實操作，親身融入數字孿生搭建的場景，人們會對數字孿生創造的價值更有體會，接受認可度自然更高。

現在，海爾卡奧斯打造的數字孿生解決方案逐漸在工廠落地，並應用於中國首台雪蠟車研制以及臥龍電氣、上海煙機等企業生產中。以上海煙機為例，基於數字孿生，企業的數據場景構建協同效率提升70%，設備數據傳輸穩定運行時間提升5%。

“未來，我希望盡己所能，讓數字孿生在制造業中的普及度越來越高，深入挖掘數據價值，提供最優生產運營方案，幫助更多企業解決生產過程中的痛點、難點，打造更多聰明的‘虛擬工廠’。”張鑫說。

《人民日報海外版》（2024年4月1日 5版）

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