工程機械是裝備工業(yè)的重要組成部分，經(jīng)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(nèi)GDP增速放緩、房地產(chǎn)新開工面積下降等因素影響，如圖，2022年工程機械國內(nèi)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(fù)。同時，國家加大數(shù)字經(jīng)濟的推廣力度，不斷夯實制造業(yè)基礎(chǔ)，對于制造業(yè)提出智改數(shù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變升級。
圖 2017-2022年中國主要工程機械產(chǎn)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)，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(chǎn)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(chǎn)品國內(nèi)市場趨于平穩(wěn)，海外市場增長可期，國內(nèi)外競爭壓力增大。工程機械行業(yè)呈現(xiàn)出品類多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，且工作環(huán)境相對復(fù)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(shè)備不斷向系列化、輕量化、智能化趨勢發(fā)展。
面對復(fù)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(chǎn)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(shè)備存在運動干涉風(fēng)險；
l 工程機械產(chǎn)線復(fù)雜，失效模式不明確；
l 產(chǎn)線設(shè)備自主設(shè)計與外部采購并存，通訊協(xié)議不一致導(dǎo)致數(shù)據(jù)集成困難；
l 產(chǎn)線工站多，線平衡調(diào)整困難；
l 觸摸屏、生產(chǎn)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(chǎn)品的設(shè)計、采購、制造、營銷環(huán)節(jié)，應(yīng)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(yīng)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(shù)打造工程機械行業(yè)“智改數(shù)轉(zhuǎn)”,實現(xiàn)降低生產(chǎn)成本、減少能源資源消耗、縮短產(chǎn)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(shù)圍繞工藝、裝備、產(chǎn)線、車間、工廠等多個層級，在工廠規(guī)劃、生產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量的六要素（人、機、料、法、環(huán)、測），在規(guī)劃階段驗證設(shè)計方案的可行性，在制造階段以實時數(shù)據(jù)驅(qū)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(chǎn)透明化，打造生產(chǎn)制造智慧園區(qū)，建立產(chǎn)線、設(shè)備生命周期管理，提升產(chǎn)線設(shè)備綜合效率，降低生產(chǎn)安全風(fēng)險，提供設(shè)備定位、節(jié)拍優(yōu)化、預(yù)測性維護、遠(yuǎn)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(zhuǎn)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(biāo)實現(xiàn)。
建設(shè)以數(shù)字孿生驅(qū)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(chǔ)，融合人工智能、算法平臺、大數(shù)據(jù)、5G等先進技術(shù)，以數(shù)字化、智能化、信息化的理念服務(wù)于工廠制造。以數(shù)字化精益工廠推進思路為牽引，以引領(lǐng)級數(shù)字孿生工廠為目標(biāo)，打造一個“會表達(dá)、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(yù)測、決策分析等服務(wù)，提升生產(chǎn)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(chǎn)成本，將實時運行數(shù)據(jù)映射到虛擬工廠，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。通過數(shù)字孿生工廠技術(shù)對車間智能化設(shè)備集中管控并優(yōu)化生產(chǎn)工藝。
該工廠通過IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺將車間內(nèi)所有設(shè)備接入，按照管理需求將生產(chǎn)進度自上而下的進行展示，實現(xiàn)生產(chǎn)過程清晰化、透明化，提升管理質(zhì)量與效率；數(shù)字孿生平臺建設(shè)物流來料、出入庫監(jiān)管以及庫存、積壓件預(yù)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(shù)，如虛實映射技術(shù)、迭代優(yōu)化技術(shù)，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(chǎn)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(biāo)桿。
基于某數(shù)字孿生工廠三維模型，結(jié)合生產(chǎn)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(chǎn)數(shù)據(jù)，實時驅(qū)動焊接設(shè)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(wù)數(shù)據(jù)，面向生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)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(qū)動，實現(xiàn)真實工廠的孿生復(fù)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(chǎn)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(yīng)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(qū)動、持續(xù)發(fā)展、合作共贏。
