デジタル双子は知能製造の発展の基礎である

　　一、デジタル双晶技術の発展は新たな段階に入る

近年、デジタル双晶技術は急速に発展し、ますます広範な普及を実現し、各方面から大きな注目を集めている。

工業・情報化部標準化院が発表した「デジタル双子応用白書2020」の学術界定義によると、デジタル双子はデジタル化方式で物理実体の仮想実体を作成し、履歴データ、リアルタイムデータ及びアルゴリズムモデルなどを用いて、物理実体の全ライフサイクル過程をシミュレーション、検証、予測、制御する技術手段である。この技術はモノのインターネット、ビッグデータ、クラウドコンピューティング、人工知能などの次世代情報技術の発展のおかげで、工業製造、都市管理、建築工事、農業計画、健康医療、環境保護などの業界で広く応用されている。

特にスマート製造分野では、デジタル双子化が注目されており、航空、自動車、電子、ロボットなどの業界の研究開発と製造に応用されている。デジタル双晶は製造業の物理オブジェクトのために仮想空間を作成し、そして生産設備などのオブジェクトの各種属性を仮想空間にマッピングし、複雑な製造プロセスをシミュレーションし、製品設計、生産、物流、品質管理と知能サービスなどの閉ループ最適化を実現し、分析予測を行う。伝統的な製造システムと比べて、生産要素が多様で、動的な生産経路の最適化、資源の秩序化配置、データの意思決定を十分に利用するなどの特徴がある。

「第14次5カ年計画」以来、デジタル双子は新たな発展段階に入り、我が国の製造業のデジタル化のモデルチェンジとスマート化のアップグレードに応用すべき有効な道となった。政府、企業、業界組織はデジタル双子技術の応用普及に対して高度な重視を与え、「第14次5カ年計画」知能製造計画と二化深度融合計画などの計画を公布し、一連の関連支持政策を実行し、多種の応用白書を公布し、関連するグループ基準を制定し、多種の成功した技術製品と解決方案を開発し、多くのパイロット企業が登場し、デジタル双子に基づくインテリジェント化生産の新しいモデルの探索を開始した。

　　二、紡績知能製造におけるデジタル双晶の応用は多くの分野に及ぶ

スマート製造は紡績工業のデジタル化・モデルチェンジの主な方向として、実体経済の基礎を固め、現代化産業システムを構築し、新型工業化を実現する高度に引き上げられた。このような背景の下で、『紡績工業「第十四次五カ年計画」発展要綱』はデジタル双晶を知能製造の重要技術の一つと定義し、近年、紡績知能製造の重点分野とシーンでいくつかの典型的な応用を得て、モデル設計、データ収集、分析予測、シミュレーションなどの面で有効な役割を果たして、紡績知能製造の発展に有力な支えを提供した。

　　プロダクトデザイン

デジタル化技術はすでに織物服装の設計段階に広く応用されている。デジタル双晶技術の更なる応用、デジタル双晶モデルを構築することによって製品のシミュレーションを行い、それによって仮想環境の中で各種の真実なシーンをシミュレーションし、そして生産過程と結合し、それによって伝統的な設計の中のサンプリングコストを減少し、適時に問題を発見し、設計過程を最適化し、全体の効率を高める。

服装設計において、デジタル双晶技術はスタイル設計、生地選択、3 D仮想試着、さらに裁断、縫製などの生産段階に関連し、服装の設計から生産までの全プロセスのデジタル化を実現し、特に服装のカスタマイズにおいてより大きな役割を果たす。

　　せいさんせいぞう

インテリジェント化生産は紡績インテリジェント製造の核心である。紡績生産過程において、デジタル双晶モデルのリアルタイムモニタリングを通じて、紡績品生産過程における重要なパラメータを随時モニタリングし、調整し、問題を発見し、解決し、生産の全プロセスの正確で間違いのない協同操作を実現し、製品の品質を保証し、生産効率を高める、可視化されたプラットフォームを通じて生産スケジューリングと管理の最適化を行い、一体化した生産管理制御を実現し、さらにスマート工場の建設を推進する。

紡績生産プロセスは複数の段階に関連し、例えば紡績生産現場は設備の相互接続に基づいて、清櫛、並太、紡績糸と絡筒などの技術プロセスに基づいて、職場のデジタル双生モデルを構築する。モデルを通じて生産過程を支えるインテリジェント化処理、生産ユニットの生産状況をタイムリーに展示してビッグデータ分析を行い、インテリジェントな生産排出と技術の最適化を実現し、さらにインテリジェントな意思決定を提供し、紡績現場のリアルタイム過程監視、製品品質、資源管理、計画調整、エネルギー消費などの問題を解決する。

　　生産物流

生産物流システムは知能製造の重要な部分として、生産ラインの各段階を結ぶ絆であり、生産ラインの自動化の程度を高めた。デジタル双子技術はこの分野での応用が早く、技術が成熟しており、多くの成功例がある。

紡績企業の生産物流において、デジタル双晶技術を応用し、シミュレーション分析、自主決定などの方法を通じて仮想モデル、知能管理制御などの各機能の更新と最適化を行い、物理実体輸送過程に対する制御と指導を実現する、インテリジェント物流デジタル双晶管理制御プラットフォームを開発し、全物流システムの装備をカバーする透明化監督管理及びインテリジェントサービスシステムを構築する、企業に可視化された操作インタフェースを提供することができ、企業は物流段階における各指標を直感的に理解し、物流方案をタイムリーに調整することができる。

　　品質管理制御

製品の品質管理制御は紡績生産の重要な一環であり、デジタル双晶モデルを構築することを通じて、製品または半製品に対してシミュレーション分析を行い、異なる生産、品質検査パラメータ下の紡績品の合格率と品質等級などの指標を予測し、紡績品の生産効率と品質安定性を高める。この分野でのデジタル双子の応用研究が開始され、効果が見られた。

糸品質予測において、原綿配合比、原料品質、プロセスと設備パラメータなどのデータを結合し、デジタル双晶技術を応用し、紡績生産の各段階のデータ予測モデルを構築し、さらに紡績生産の重要工程の物理モデルを結合し、正確な糸品質予測を実現することができる。

　　設備メンテナンス

設備のメンテナンスと故障の分野では、デジタル双晶は大きな利点があり、多くの業界に応用されている。

デジタル双晶は物理実体のリアルタイム仮想モデルを提供し、設備センサーは温度、振動、衝突、荷重などのデータをリアルタイムでデジタル双晶モデルに入力するとともに、設備使用環境のデータをモデルに入力し、実際の設備作業環境の変化と一致していれば、リアルタイムで設備の作業状態を監視し、設備の出現状況の前に予測を行うことができ、予期せぬダウンタイムを回避するために、予期せぬダウンタイム内に問題のある部品を交換するための潜在的な障害を事前に検出してください。これにより、設備の修理難易度と修理コストを明らかに低減し、効果的に設備の寿命を延長することができる。

　　製品サービス

インテリジェント化サービスは紡績インテリジェント製造の不可欠な部分であり、デジタル双子技術の製品の全ライフサイクルへの応用は探索に値する分野である。

デジタル双晶モデルを通じて、短時間で関連紡績製品の記録、履歴メンテナンス状況、品質検査記録、位置情報などのデータを取得することができ、在庫、販売とアフターフォローの追跡管理を容易にし、サービス品質を高め、コストを下げることができる。モデルによるデータの分析と予測、可視化運営プラットフォームを結合し、的確にソリューションを提供することで、顧客のニーズを迅速に満たし、顧客満足度を高めることができる。

　　三、紡績細分化業界の各応用特徴

デジタル双子の応用普及の過程で、最も重要な点は各細分化業界の特徴を正確に把握し、異なる規模の企業の需要を密接に結合し、異なる側重点に対して、業界シーンの着地を実現することである。近年、紡績業界は多方面の応用を展開し、一連の成果を上げている。

　　化学繊維業界

化学繊維業界の生産ラインは自動化の程度が高く、比較的に良い知能製造の基礎があり、デジタル双晶の応用は比較的に早い。

北自科学技術はデジタル双晶モデルを構築することを通じて、化学繊維フィラメントの各プロセスにおける各装備の状態データを取得し、化学繊維フィラメントの生産現場の三次元可視化監視と正確な管理制御を実現した、インテリジェント物流デジタル双晶管理制御プラットフォームを開発し、全物流システムの装備をカバーする透明化監督管理及びインテリジェントサービスシステムを構築し、フィラメント作業場を虚模倣、虚映実、虚制御実と虚予実のインテリジェント物流デジタルシーンを形成し、新鳳鳴、恒力などの化学繊維大手企業で成功的に応用された。

　　綿紡績業界

綿紡績企業の装備自動化レベルは近年大幅に向上し、紡績生産ラインの知能化は全業界で先進的なレベルにあり、デジタル双晶は生産、品質検査、物流などの方面に応用され始めた。

北航などの部門は武漢裕大華のために紡績作業場のデジタル双晶可視化プラットフォームを建設し、3 D可視化監視生産設備を建設し、生産スケジューリングの自動生産を行い、紡績ビッグデータ分析などの多種機能を実現することができる、天工大はデジタル双晶に基づく糸品質予測システムを開発し、必要に応じて紡績生産の半製品品質または完成品糸品質を予測し、無錫経緯の櫛綿機などの設備に配置することができる、デジタル双晶技術を用いた綿糸紡績カートリッジのインテリジェント搬送物流システムは、並荒連システムのカートリッジ搬送作業にも応用され始めている。

図1スマートカートリッジ搬送デジタル双晶システム

　　捺染業界

捺染業界は紡績全産業チェーンの重要な一環であり、知能化、グリーン化はモデルチェンジとグレードアップの重要な指標となり、デジタル双子化はすでに生産過程とオンライン検査に応用されている。

亜東捺染とハイアールオスカーは協力し、染色生産ラインに3 Dデジタル双晶システムを構築し、作業場のシーンのリアルタイム展示、分析、最適化を実現した、常州はデジタル双晶技術を用いて捺染企業の現実生産過程における仮想立体式、全方位知能映像オンライン検査システムを開発し、捺染業の省エネ高効率、グリーン環境保護、低炭素排出削減の持続可能で健康的な発展を支持した。

図2捺染3 Dデジタル双晶システム

　　アパレル業界

アパレル業界は直接消費市場に向けており、近年、スマート製造の発展速度は明らかに加速しており、デジタル双子はアパレルの設計、生産、カスタマイズ、スマート化サービスなどの面で広い発展の見通しを持っている。

ヤゴール氏はデジタル双晶技術と低遅延の5 Gネットワークを頼りに、スーツ工場の生産現場データ、ステーション、効率、設備運営状態、受注生産などのデータをリアルタイムで監視し、生産運行状態に対してシミュレーション、分析、予測、最適化を行った、紡績情報センターは服装設計デジタル双子プラットフォームを構築し、没入感とシミュレーション効果に富んだ設計と展示シーンを通じて、服装の3次元、動態、マルチユーザー、遠隔、協同のインタラクティブ設計を実現した。

　　産業用織物業界

産業用織物業界は紡績工業の新たな成長点であり、近年、スマート製造の面で大きな進展を遂げている。宇宙智造などの部門は疫病発生期間に医療衛生用紡績品の工業インターネットプラットフォームを構築し、産業チェーンのデジタル双子環境を構築し、応急状態における産業チェーンの連動保証に保障を提供した。

　　紡機業界

紡績機業界は紡績企業に装備保障を提供し、知能製造分野での貢献が際立っており、デジタル双晶は設備の遠隔メンテナンスなどの面で重要な役割を果たしている。無錫宏源は化学繊維加弾機作業場のインテリジェント化クラウドプラットフォームの技術開発を展開し、デジタル双晶技術を運用し、ユーザーのリアルタイムデータモニタリングを実現し、そして積極的に資源を統合し、デジタル化作業場の工事を推進した。

　　四、デジタル双子と人工知能、ビッグデータ、工業インターネットなどの技術の応用融合推進

紡績知能製造全体は「交響楽」であり、さまざまな技術が相互に浸透し、密接に結合し、相互に支えられている。デジタル双子の応用を推進すると同時に、人工知能、ビッグデータ、工業インターネットなどの技術の総合開発と融合推進を全面的に考慮し、紡績知能製造の全体的なレベルを向上させなければならない。

　　人工知能

デジタル双子と人工知能は密不可分と相互依存であり、同じく紡績知能の製造が知能化レベルを高める鍵である。

デジタル双晶は仮想的な知能製造シーンを提供し、人工知能アルゴリズムが仮想環境で訓練とテストを行うことができ、それによってアルゴリズムの性能、正確性と信頼性を最適化する、人工知能の機械学習、自然言語処理、コンピュータ視覚などの技術をデジタル双子に応用し、大量のデータを分析することにより、より正確な予測と最適化を行い、生産監視、スケジューリングと管理レベルを向上させる。両者の密接な結合は生産効率と製品品質を大幅に向上させ、生産コストを下げ、知能化レベルを高めることができる。

　　ビッグデータ

ビッグデータはデジタル双晶応用において非常に重要な支持技術であり、両者の結合は紡績知能製造に重要な意義を持っている。

デジタル双晶システムは各種設備センサーが収集したリアルタイムデータとシミュレーションデータを収集、記憶することができ、大量のデータを形成し、ビッグデータ技術に多種多様なデータ源とリアルタイムシーンを提供し、データ分析の精度と効率を増加する、ビッグデータ技術はこれらのデータを効率的に管理、分析、マイニングし、有用な情報と知識を抽出し、デジタル双晶の応用に支持を提供することができ、長期的な応用過程で各種類のデータの蓄積を重視しなければならない。また、ビッグデータはデジタル双晶モデルの有効性と正確性を評価し、最適化し、デジタル双晶をフィードバックし、改善することもできる。

　　産業用インターネット

工業インターネットプラットフォームはデジタル双晶を実現する重要な担体であり、デジタル双晶は工業インターネットの重要な技術及び重要な場面であり、紡績業界の複数の事例がこれを証明した。

工業インターネットは生産設備、業務システム、サプライチェーンなどの施設の相互接続、生産、管理、監視、最適化などの段階の高効率集積を実現する。工業インターネットに基づいて、デジタル双晶技術を通じて仮想的な工場モデルを構築し、生産データのリアルタイム相互作用を実現し、工業インターネットの業界応用シーンを豊富にし、工業インターネットのモデルと応用革新を牽引することができる、工業インターネットプラットフォームを用いて企業のマルチチャネルのデータ集約を実現し、実際の需要に基づいてデジタル双子モデルを構築することができ、デジタル双子を企業生産管理の各業務段階において効果的に体現させ、デジタル双子システムのライフサイクルを延長した。

将来の発展段階では、紡績知能製造は業界の特徴を結合し、デジタル双子技術の応用と発展を加速し、紡績の各分野の知能化レベルの向上を牽引し、さらに深刻な変革をもたらし、その深遠な意義は決して過小評価してはならない。しかし、デジタル双晶の普及応用には依然として一定の難度が存在しており、例えばデータの一致性、プラットフォームの互換性、システムの開放性、モデルの統合、標準の制定などの面での挑戦はすべて段階的に解決しなければならない。未来のデジタル双子は現在の多分野、多業界の応用を基礎に、モノのインターネット、クラウドコンピューティング、人工知能、ビッグデータなどの次世代情報技術を融合し、応用分野とシーンを絶えず開拓し、紡績産業のデジタル化のモデルチェンジ、知能化のグレードアップの重要な柱と核心要素となり、広い応用の将来性を持っている。

（中国紡績工業連合会産業部元副主任呉迪/文）