Unity Open Day 北京站-工业专场：工业元宇宙赋能格力智能制造

在工业元宇宙中，构建由物理世界映射的可交互的虚拟世界，并将虚实融合的技术覆盖工业全链条环节，解决研发、生产制造、服务等场景中的实际难题，有着非常重要的应用价值。工业元宇宙如何赋能高质量发展？遇到什么机遇与挑战？我们应该如何应对？在Unity技术开放日北京站工业专场中，格力电器用户体验设计中心主任赖元杰带来演讲《工业元宇宙赋能格力智能制造》。赖元杰：非常感谢Unity给机会和大家分享一个关于工业元宇

Unity官方开发者社区

860人浏览 · 2023-06-28 18:13:43

Unity官方开发者社区 · 2023-06-28 18:13:43 发布

赖元杰：非常感谢Unity给机会和大家分享一个关于工业元宇宙的话题，我们也聊一聊在工业元宇宙方面格力的一些应用和见解。我们在三四年前就在做元宇宙方面的研究，先看一个视频。

主要是工程场景，我们希望打造一个虚拟场景来实现实体和线上业务结合，利用大数据，包括互联网，工业自动化技术手段，把实体业务和线上业务结合。我们做了一个飞船，是把工业互联网、数据中心和智慧工厂放在一个层面。

去年在北京开了一个工业元宇宙协同发展组织成员大会，组织是由工信部指导下，格力作为副理事单位推动元宇宙的发展。也希望借这个机会有更多的单位和机构加入这个组织，为工业元宇宙做一些推动和努力，把更多应用落地到实体企业里面。

这是一个展厅的场景，是在疫情期间做的虚拟展示。

这是指挥中心场景，通过线上的平台触发线下的业务。

为什么做数字工厂？也是基于Unity打造的，基于三维仿真的数字化规划。通过对整个生产工艺流程建模，在虚拟场景中试生产，进一步优化规划方案。在规划层面的仿真模型可以在实验过程中进行产能分析与评估，预测未来可能的市场需求，动态模拟生产系统的响应能力；在装配计划层面的仿真模型中，通过仿真实验进行节拍平衡分析，优化现场调度，规划最优的装配任务和资源配置。

我们通过业务目标、当前痛点、设计目标和设计策略几个维度来打造数字工厂，这次主要是讲业务目标和设计策略。

做数字化工厂最重要的目的是为精细化管理，把原来看不到的流程和细节通过线上的方式展示出来，提高管理水平和生产效率。主要从规划设计、生产运营，优化迭代，虚拟仿真这几个方面进行支撑管理，打通了从产品设计→工艺→工厂规划→生产→交付的核心流程，实现了产品全生命周期管理系统的应用；在多车间协同制造环境下达到计划与执行一体化、物流配送敏捷化、质量管控协同化目标，实现混流生产与个性化产品制造，以及人、财、物、信息的集成管理。从虚拟现实到增强现实再到数字孪生。

数字工厂的规划在建厂前就介入了，包括一些工厂模型、业务模型、分析模型，在规划过程中就开始思考这个问题。再到投产运行阶段，就可以做一些分析，包括验证的过程。数字化工厂从工厂规划到建造到评估再到制造再到运营，打通了整个流程。

我们构建虚拟工厂的目标也分三个阶段：短期、中期和长期目标。短期目标，从虚拟工厂的维度实现对工厂的生产活动计划以及生产过程控制进行管理；中期目标，实现物理工厂与虚拟工厂的双向映身与实时交互，实现物理工厂以虚拟工厂的全要素、全流程以及多业务数据融合。长期目标，数字孪生进行过程管控、智能批量排产与调度，探索生产管控最优的运行新模式。

以3D模型为基础，以数据驱动，作为虚拟世界与现实世界的映射。最终能达到自动化和标准化、精细化和柔性化、数字化和透明化的要求。纵向下，统一集团与分厂的数据源，实现多地域，多基地的统一管理和分布式应用。横向上，多个职能部门协同制造，拉动整体业务流程。

构建数字化工厂的优势包括车间全景可视化、生产流程可视化、数据综合管理、异常报警及时可控。技术维度考虑到传感器，工业场景产业场景，包括软件、数字孪生的应用、网络通信，这是我们要考虑的问题。从应用角度要考虑一些发展技术，包括未来扩展和迭代。

实现全系统内数据同步更新，从几个方面把真实世界的物理拷贝到虚拟世界上，实现实时同步、实时监控、模拟仿真、逆向操作、数据可视化、大屏数显、移动端操作、XR模式，这都是我们要应用的场景。

做这个工厂最终目的希望看得全、看得透、看得见，这是我们关心和考虑的问题，希望每个产线，每个工序都可以看到和监控到运营的状态。

我们做这个东西之前要考虑到虚拟制造和物理制造的流程，比如从数据接收、工艺分工、排产，还有工艺设置，这些流程先通过虚拟制造的方式做规划。到物理制造的时候，再次验证这个流程对不对，也让我们下达计划和排产，还有计划管理、文档管理、生产执行调度等等，这样的流程映射虚拟制造和物理制造的过程，希望两者是打通的，配合运行，这是生产过程规划。

再讲讲技术框架，也是基于Unity平台打造的。主要业务场景就是可视化显示和产线仿真、培训、数据分析优化、场景漫游和实时监控，这是我们的数字孪生场景。我们用平台管理它，包括有一些材质、仿真动画、场景的搭建，都是由平台支撑。我们现在用的模块主要是DCC模型，主要用的是Blender和C4D。

这是数字孪生平台的流程和环境，希望通过模型导入到平台里，从而实现虚拟现实，包括可视化和程序的搭建。

大概讲一下数字工厂的功能，产品设计、工厂布局、工艺规划、生产仿真、虚拟装配、实验验证，这就是基本的功能。也是从实体到系统到过程到认知打造的，希望通过这样的功能打造看到工厂之前看不到的细节，通过过程和验证把生产能力提高。

最重要还是要过程数字化，不仅仅是做一个模型和模式，过程要数字化，产品开发过程数字化、设计过程数字化、产品本身数字化、技术支持与服务过程数字化、产品销售和经营决策过程数字化、数字化信息和知识共享，这样才能驱动虚拟的世界和实体世界的融通，要求数字化全流程全方位，才能做出比较好的数字化工厂。

讲讲数字工厂的应用特点。主要是优化工艺流程和质量管理用的多一点；在质量管控中，生产过程中来监控和响应来自lot 传感器的数据，把这个过程做好了，通过参数化的设置达到很好的协作过程。

这是一个信息架构，这是我们一条老的生产线，通过老的生产线改造实现数字孪生的过程。我们在这条十几年前的产线现场做了一些网络布局，包括一些传感器的布局等实现孪生的效果。

系统集成方案里面的系统比较多，包括ERP和MES两大系统，作为生产运营中心执行，主要管物料计划、工业管理、排产、能源管理、安全环保，通过系统数据打通模型和现场的过程，形成一个闭环。

这是工厂单体分厂做了高集成、打通数据链条、全工厂的数据联通。中间是总装厂，旁边就是一些配套厂，通过这种直观方式把数据和信息流打通。

生产管理可视化，这是产线的某个场景，实现了生产管理、智能排期、质量管理和工艺路线、商业智能这样一些功能。也支持现场数据接口同步到远程监控，实现精准配料，提升库存利用率和周转效率，这是现场的数据流。

信息和物理空间之间的数据融合，上面是数据流，下面是现场的产线，可以模拟订单在产线的位置，信息怎么推过来，推到产线怎么驱动，工序怎么动，达到虚实融合。主要是通过订单来驱动到现场的网关，接收以后把信息反馈到产线里，通过信息驱动生产。

我们考虑到工厂里有人，有机器，有环境，一定是根据现实做出来，它的尺寸、高度、位置都跟现场一致。

这是从虚拟演进到现实的过程，中间是一个模型到现实的场景切换，我们在现场会扫描一些模型空间，预先设定好，通过传感器驱动模型跟空间的映射，形成从产品设计、工艺设计再到生产制造，再到运营的过程。

做数字孪生工厂的过程中，现实端遇到问题比较多，有些系统没有数据接口，一开始要统一数据接口，这个比较麻烦。也缺少现场的智能分析模型及仿真分析，缺乏可视化监控。还有一些产线和设备接口比较多，很难统一。在设计端，模型从无到有、模型交互的方式、模型组装过来是否正确、模型准确性以及校对、模型设备数据采集、不具备仿真力，做简单的动画等都是我们遇到的问题。

数字化工厂主要解决了像生产实时监控、设备行为、设备状态、建立3D模型驱动以达到3D可视化效果、设备联动等方面问题。

这是我们做的产线模拟仿真，以实现合理的布局。搭这个产线前期要通过模型，包括采集现场动作实现动画，模型跟现场是同步的。

虚拟工厂映射实际工厂，通过模型、传感器更新、数据交互，优化生产过程达成可视化展示。

下面讲讲怎么做的这个模型。首先有一个平台以提高生产效率，最重要的是怎么做、怎么管理系统的过程。我们通过现实的空间到虚拟空间，映射交互打造可视化平台。

首先会进行视觉分层，从物理到数字，从环境层、交互、视觉层和看板层，前期都要规划。先从位置、空间、大小、环境、方位做一个环境的搭建，再往上做模型的交互，要结合场景、设备、辅助元素等，最终就是转场，视觉表达，还要结合看板。

这是模型设计策略，基于三维建模、技术仿真和数据采集这三个技术层级进一步细分，明确了构建从物理到数字的分层体验。模型的参数、动作、数据接口进行了分组，方便复用。

这就是我们的设计过程模型管理，前期大概做了一千多个模型，从一开始是人工制做，到放到Unity里面通过工具转化使用。

这是场景的过程，从建筑空间到产线空间，到人员设备、设备行为，通过这四个维度实现场景的搭建，这就是一个完整的单体模型构建。

从视角角度，因为最终是显示在屏幕上，会考虑一些视觉过程，包括全景、近景、中景。

模型管理，第一步要把园区、厂房、产线、设备到传感器一步步到整合工厂进行拆解并进行数字化模块的分层制作。第二步是要根据业务场景和业务流程，将生产好的数字化模块进行拼装搭建，还原真实的生产流程，方便我们以后做新的场景搭建拿出来复用。第三步就是要构建出场景、物理对象、变量之间的变化关系，从而在空间仿真中体现出来，很快就可以实现这样的效果。