前言

在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上,，將數(shù)字孿生車間與成本管理結(jié)合起來,，通過數(shù)字孿生技術(shù)融合物理車間與孿生車間生產(chǎn)進(jìn)程，優(yōu)化車間生產(chǎn),，尋求成本管理的數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用新思路,，為企業(yè)的車間成本管理尋找新突破?；跀?shù)字孿生的數(shù)字化生產(chǎn)車間成本管理對(duì)于企業(yè)具有關(guān)鍵意義,。數(shù)字孿生車間的應(yīng)用能夠幫助企業(yè)有效控制生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)營(yíng)績(jī)效及競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),。

（一）基于數(shù)字孿生技術(shù)的車間體系

物理車間與虛擬車間持續(xù)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互,，并將數(shù)據(jù)持續(xù)反饋給對(duì)方，形成一個(gè)閉環(huán),。在數(shù)字孿生車間運(yùn)行過程中，物理車間能夠?qū)⑷藛T、物料,、設(shè)備等車間多源異構(gòu)感知數(shù)據(jù)集成并與虛擬車間數(shù)據(jù)和車間服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)融合與交互,，虛擬車間根據(jù)反饋數(shù)據(jù)仿真物理車間的運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并不斷優(yōu)化物理車間生產(chǎn)進(jìn)程,。同時(shí),，車間服務(wù)系統(tǒng)承載車間各個(gè)應(yīng)用服務(wù)，協(xié)調(diào)運(yùn)行車間生產(chǎn),，全面優(yōu)化和管理車間資源,。車間孿生數(shù)據(jù)融合了物理車間、虛擬車間和車間服務(wù)系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù),，具有實(shí)時(shí),、閉環(huán)與保真性。依托于孿生數(shù)據(jù),，數(shù)字孿生車間融合物理模型與技術(shù),，探討了從生產(chǎn)到車間各項(xiàng)活動(dòng)的各個(gè)階段的運(yùn)行與優(yōu)化，并對(duì)生產(chǎn)過程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,、控制與調(diào)節(jié),。虛擬車間根據(jù)對(duì)物理實(shí)體的多要素、多尺度,、多粒度數(shù)據(jù)的感知,，實(shí)時(shí)更新車間狀態(tài)，通過進(jìn)行仿真,、優(yōu)化,、決策等操作，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的模型,，全流程,、全方位、全要素地還原物理車間實(shí)時(shí)狀態(tài),，對(duì)生產(chǎn)狀況進(jìn)行推演和預(yù)測(cè),，并將結(jié)果反饋到物理實(shí)體，實(shí)現(xiàn)物理數(shù)據(jù)共通互融,。同時(shí),，物理車間實(shí)時(shí)接收虛擬車間的反饋數(shù)據(jù)，嚴(yán)格按照虛擬車間優(yōu)化的生產(chǎn)配置進(jìn)行生產(chǎn),，在不斷地仿真分析反饋進(jìn)程中優(yōu)化生產(chǎn),。系統(tǒng)對(duì)車間實(shí)行數(shù)字化管理并進(jìn)行持續(xù)工藝優(yōu)化，使生產(chǎn)過程不斷完善,，數(shù)據(jù)迭代交互形成完整的閉環(huán),，各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)在不斷優(yōu)化中逐步達(dá)到最佳狀態(tài),。

（二）基于虛擬車間的成本應(yīng)用場(chǎng)景及成本管理模式設(shè)計(jì)

數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)時(shí)性、閉環(huán)性,、保真性將物理車間全方位,、多尺度地映射到虛擬世界，通過對(duì)物理車間的全方位映射形成虛實(shí)結(jié)合,、高度可控的成本管理新形態(tài),，達(dá)到成本管理的新高度。數(shù)字孿生技術(shù)具體應(yīng)用于全車間產(chǎn)品設(shè)計(jì),、制造,、生產(chǎn)與設(shè)備維護(hù)等各個(gè)場(chǎng)景，成本管理系統(tǒng)集成孿生車間匯集的實(shí)時(shí),、閉環(huán),、保真的海量數(shù)據(jù)，以期達(dá)到成本計(jì)劃合理化,、成本核算精準(zhǔn)化,、成本控制全面化、成本分析具象化和成本決策科學(xué)化的成效,。數(shù)字孿生車間將更多車間工作人員從繁瑣重復(fù)的工作中解放出來,，車間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互突破了車間管理結(jié)構(gòu)的層級(jí)之間可能導(dǎo)致的信息屏障，車間成本數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性提升管理人員的決策合理性與科學(xué)性,。孿生車間的動(dòng)態(tài)映射根據(jù)工藝模型模擬生產(chǎn),，直觀地展現(xiàn)不同的工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)方案對(duì)成本的影響,，輔助進(jìn)行成本預(yù)測(cè),，控制誤差，提升成本核算可靠性,。下面選取產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè),、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備健康檢測(cè)三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行描述,。

1.產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)

（1）場(chǎng)景介紹,。數(shù)字孿生車間的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)模型主要包括基于物理車間與虛擬車間產(chǎn)品信息的實(shí)時(shí)交互與比對(duì)，通過物理信息與數(shù)據(jù)的交互融合實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量信息采集與檢測(cè),?；跀?shù)字孿生技術(shù)，憑借孿生車間的高仿真模型作為檢視對(duì)象,，實(shí)現(xiàn)對(duì)車間產(chǎn)品狀態(tài)的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控與信息采集,，準(zhǔn)確捕捉產(chǎn)品質(zhì)量信息并及時(shí)處理。生產(chǎn)完成后進(jìn)行全景式回溯,，確定廢品,、次品出現(xiàn)的位置,，確定原因，進(jìn)一步優(yōu)化物料配比,，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量減少?gòu)U品與次品的產(chǎn)生,。

（2）成本管理成效。產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)場(chǎng)景抓取系統(tǒng)中的產(chǎn)成品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析決策,，保證產(chǎn)品質(zhì)量合規(guī)。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,，車間系統(tǒng)抓取生產(chǎn)線中的各個(gè)流程產(chǎn)品信息,，全流程對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量合規(guī)檢測(cè)。若發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷,，立即定位缺陷產(chǎn)品位置,，將其缺陷程度呈現(xiàn)在孿生車間中并自動(dòng)歸集廢品與次品，將廢品中的可修復(fù)廢品回收處理,，殘料回收,。系統(tǒng)精確定位避免誤判，提高生產(chǎn)效率,，同時(shí)自動(dòng)化檢測(cè)避免人工檢索的繁雜過程,，避免人為操作產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，降低操作難度,，減少質(zhì)量檢驗(yàn)人員,，從而縮減人工費(fèi)用。車間系統(tǒng)將廢品,、次品進(jìn)行相應(yīng)處理后記錄其產(chǎn)生位置,，將信息反饋至管理人員，若存在用料不足等情況及時(shí)優(yōu)化物料分配,，減少殘次品率,。通過降本與增效進(jìn)行成本管理，精細(xì)成本核算過程,。

2.生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

（1）場(chǎng)景介紹,。數(shù)字孿生車間的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，對(duì)車間生產(chǎn)過程會(huì)進(jìn)行全方位精準(zhǔn)管控,。虛擬車間能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地獲取物理車間生產(chǎn)線運(yùn)行時(shí)間,、狀態(tài)等海量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過對(duì)車間產(chǎn)品物理數(shù)據(jù)的采集,、比對(duì),，對(duì)生產(chǎn)線要素完全數(shù)字化鏡像，通過傳感器連接到物理實(shí)體,，判斷生產(chǎn)線的狀態(tài),，并根據(jù)機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)進(jìn)度持續(xù)交互生產(chǎn)實(shí)況數(shù)據(jù),，更新生產(chǎn)計(jì)劃，提升車間生產(chǎn)系統(tǒng)整體的運(yùn)作優(yōu)化程度,。

（2）成本管理成效,。對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)管控滿足了車間成本核算實(shí)時(shí)性的新要求，同時(shí)能夠輔助預(yù)判生產(chǎn)耗費(fèi)的趨勢(shì)和程度,。車間在對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)的控制過程中,，可進(jìn)行全局化成本管控，確定每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)狀態(tài),，獲悉每個(gè)環(huán)節(jié)準(zhǔn)確的成本支出點(diǎn),，便于企業(yè)進(jìn)行成本核算。在對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)過程中,，將數(shù)據(jù)傳輸至孿生系統(tǒng),，直觀展現(xiàn)每個(gè)班組、每個(gè)訂單的生產(chǎn)效率與成本支出,，對(duì)成本管理進(jìn)行細(xì)節(jié)規(guī)劃,，選擇最高效、最節(jié)省成本的模式,。在研發(fā)新產(chǎn)品時(shí),，直接在虛擬車間中運(yùn)行便可得知其產(chǎn)量及成品狀況，提前預(yù)判出錯(cuò)的可能,，避免工藝?yán)速M(fèi),，節(jié)省直接材料費(fèi)用。當(dāng)出現(xiàn)加急訂單時(shí),，生產(chǎn)人員可以應(yīng)用孿生車間系統(tǒng)模擬生產(chǎn)計(jì)劃,，并根據(jù)系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)，找到最優(yōu)的生產(chǎn)計(jì)劃方案,，運(yùn)用最少的人力增加額完成加急訂單,，有效控制車間管理人員工資，同時(shí)最大程度上降低插單對(duì)成本計(jì)劃以及成本管理帶來的影響,。系統(tǒng)根據(jù)物理車間不斷反饋回來的信息對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整,，預(yù)先安排人員加班時(shí)長(zhǎng)，避免人力不必要浪費(fèi),，減少人工費(fèi)用,。同時(shí)達(dá)到成本核算精準(zhǔn)化，實(shí)時(shí)化,，增加成本管理預(yù)判性和科學(xué)性,。

3.生產(chǎn)設(shè)備健康檢測(cè)

（1）場(chǎng)景介紹。生產(chǎn)設(shè)備健康檢測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備故障預(yù)測(cè),、設(shè)備維修等模塊,。數(shù)字孿生技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢控的有效手段，能夠?qū)嵭袑?duì)運(yùn)行環(huán)境的自主感應(yīng),，多粒度多尺度仿真,。借助數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仿真優(yōu)化與鏡像反映，將整個(gè)生產(chǎn)過程中設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)反饋,。系統(tǒng)基于數(shù)字孿生技術(shù)為車間設(shè)備的安裝,、調(diào)試、運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,。

（2）成本管理成效,。車間的生產(chǎn)設(shè)備健康檢測(cè)系統(tǒng)能夠保障車間設(shè)備高效、可靠,、安全運(yùn)行。系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取車間設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),，如設(shè)備是否處于閑置狀態(tài),，設(shè)備是否溫度過高，設(shè)備是否存在損毀情況,、設(shè)備持續(xù)運(yùn)行時(shí)間等,。當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備狀態(tài)異常時(shí)，及時(shí)定位設(shè)備故障點(diǎn)并分析驗(yàn)證,，省去人工檢測(cè)環(huán)節(jié),，減少人工費(fèi)用。當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備持續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過平日負(fù)載時(shí)及時(shí)停機(jī),，全方位地進(jìn)行設(shè)備的日常維護(hù),，提高設(shè)備性能，增加設(shè)備使用年限,，節(jié)省機(jī)物料耗用量,。除全過程實(shí)時(shí)檢測(cè)外，系統(tǒng)定期遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行性能檢測(cè),，捕捉設(shè)備退化情況并進(jìn)行合理維修,，避免出現(xiàn)可以維修的設(shè)備提前報(bào)廢的情況，減少修理費(fèi)用,。

綜上,，以產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),、設(shè)備健康檢測(cè)三個(gè)主要場(chǎng)景為例,，分別展示了數(shù)字孿生車間的運(yùn)作機(jī)制及其在成本管理方面的成效。數(shù)字車間生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使車間異構(gòu)要素之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通,。系統(tǒng)集成物理車間和虛擬車間的人員,、物料,、設(shè)備等實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，在物理車間和虛擬車間之間形成一個(gè)閉環(huán),，不斷優(yōu)化仿真數(shù)據(jù),，并同時(shí)確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性與真實(shí)性。成本管理系統(tǒng)從中提取到客觀,、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息,，用于確定生產(chǎn)數(shù)據(jù)、確定生產(chǎn)耗費(fèi)等成本核算過程,。系統(tǒng)通過獲取實(shí)時(shí)的成本數(shù)據(jù)和明晰各個(gè)成本耗費(fèi)點(diǎn)來確保成本核算的精準(zhǔn)性與客觀性,，從直接材料、直接人工和制造費(fèi)用三個(gè)角度全面削減生產(chǎn)費(fèi)用,，實(shí)現(xiàn)材料耗費(fèi)更少,，人力支出更少，設(shè)備損壞更小,，以期達(dá)到精細(xì)多維的成本控制目標(biāo),。

結(jié)語

推進(jìn)數(shù)字孿生車間及配套建設(shè)，推動(dòng)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,；著力探索如何進(jìn)一步促進(jìn)多元信息技術(shù)與成本管理有效互融,；樹立全員精細(xì)成本管理思想，對(duì)生產(chǎn)成本進(jìn)行全過程控制,。