概述：怎样以及为何为汽车生产线创建数字孪生。

CNH公司是全球资本货物的领导者。它由意大利投资公司Exor进行财务控制，由包括凯斯、纽荷兰和依维柯在内的12个品牌组成。通过其品牌，CNHI设计、生产和销售各种的农业、工业和商业车辆和动力系统。CNH在全球180个国家的66个制造工厂和53个研发中心拥有63,000多名员工。该公司在纽约证券交易所上市，是意大利股票市场指数的组成部分。

Fair Dynamics主要在米兰以外的地区运营，在银行、制造业和公共服务等多个行业提供广泛的咨询服务。该公司最近被Engineering Ingegneria Informatica S.p.A.收购，一家在意大利和国际上提供软件和IT服务的供应商。2017年，合并营业收入超过10亿欧元。

Fair Dynamics采用创新技术解决工业问题并提高效率，主要方法是运用建模和仿真。为此，该公司自2010年以来一直在使用AnyLogic平台，Fair Dynamics是AnyLogic在意大利的分销商。

问题

制造过程正变得越来越数字化。普遍认为，现在我们正进入第四个工业时代（工业4.0），并且已经开始向智能工厂过渡。在智能工厂中，运用网络物理系统监视物理过程、创建物理世界的虚拟副本、进行分散决策。数字孪生是这些系统运行的核心。

随着数字化进程的推进，很多企业都在尝试人工智能、云计算等新技术，希望逐步向智能工厂转型，并从中受益。

CNH工业认为要开始应用工业4.0新的技术，设施维护流程是一个有前途的领域。在汽车和相关行业，停机造成成本可能会非常高。对于像CNHI这样的全球企业来说，停机一分钟的成本可能高达16万美元以上，并且这个数字还在逐年上升。因此，改进设施维护流程以减少停机时间可以带来显著的成果。确定最关键的区域，即使是非常小的比例改进也可以节省大量资金。

因此，CNH工业公司希望尝试一种数字工具用于评估和选择不同维护政策，并在一个试点项目上与Fair Dynamics达成一致。他们决定专注于处理依维柯日常货车底盘焊接的单一生产线（意大利Suzzara工厂的Mascherone系列）。在虚拟环境中，创建这条线的数字孪生。该仿真可使CNHI管理层能够在各种情况下了解备案维护策略的优点，并做出更好的维护决策。

选择Suzara工厂运用生产数字孪生并不是随机的CNH Industrial采用世界级制造（WCM）原则，这是一个不断改进的创新计划。当时，CHNI只获得了一项WCM金奖，而位于Suzazara的依维柯（Iveco）工厂则非常可能获得第二个WCM金奖。CNHI希望看到新技术怎样帮助实现这一目标。

解决方案

焊接线

本次数字孪生项目专注于特定生产线——依维柯货车底盘焊接生产线。 该线可以用贯穿多个站的输送机表示。用户要求Fair Dynamics将注意力集中在自动焊接站(图中橙色方块)上，当一辆货车停在其中一个工位时，机器人就会协同工作完成焊接。

焊接枪有一个致命的弱点—— 层状包装(一种在操作过程中必须弯曲的导体)。焊接枪移动过程中会逐渐导致铜板层的损坏。当损坏变得严重并且充分改变导电性时，它可导致层状包装本身的熔化。虽然通常更换铜板层在几分钟内就可完成，但铜板层出现问题到层状包损坏可能需要几个小时。选择使用可以监控和预测铜板层运行状况的数字孪生就可以大大减少停机时间。

Fair Dynamics构建了基于智能体的数字孪生，利用以下智能体:

• 厢式货车——有不同类型的厢式货车智能体，根据厢式货车的类型来生产。每种类型都需要不同的处理操作(可能涉及不同的操作、工作站和机器人)，这会影响组件的退化
• 站点——每个站点智能体的特征是它包含的不同数量的机器人，并受特定规则的控制
• 机器人——每个机器人配有一个传感器，向仿真模型发送一个关于机器人实际情况的信号。每个机器人的智能体，依次提供一个特定的PHM(预后和健康管理)模型，根据接收到的信号预测机器人的退化情况。

通过以这种方式构建数字孪生，Fair Dynamics可以为测试和使用引入三种基本的维护策略:

• 定期维护（根据计划更换部件）。
• 基于状态的维护（根据报警信号更换部件）
• 预测性维护（组件根据其状态和使用信息按计划更换）

在这个项目中，已经证明AnyLogic软件对创建数字孪生非常有用。除了使用基于智能体的建模方法之外，还运用了自定义功能，使Fair Dynamics的数字孪生可以定制其预测ELF（机器学习）模型。在这类系统中，建模和机器学习技术的集成是具有巨大潜力的。

通过使用AnyLogic，数字孪生与外部数据源对接。从外部数据源导入生产顺序、车型焊点、机器人生命周期曲线等数据，运行时由智能体自动读取。此外，可以将系统作为独立应用程序导出并交付给多台计算机，从而减少数据约束和IT部门的需求。

结果

在“数字孪生”的帮助下，CNHI的管理人员和专家可以获得不同维护策略配置的经济和生产后果的详细信息和演示性信息。这是通过运行各种假设场景来实现的，在这些场景中，用户不仅可以更改不同的核心参数(例如维护策略、生产计划、工作日程等)。而且如果需要，还可以改变线路或机器人的特性。

该系统可以处理近期和远期的未来，而且，使用数字孪生进行仿真易于使用工具来分析和比较方案 - 使人们能够快速了解流程更改如何影响维护成本。数字孪生可以提供各种数据，包括总产量、维护时间、备件总成本和维护工作成本。 简而言之，数字孪生是建立高效生产线运营的详细而全面的工具。