工業(yè)領(lǐng)域的全球競爭越來(lái)越激烈，企業(yè)面臨著(zhù)產(chǎn)品更新?lián)Q代加快、價(jià)格競爭加劇，以及降低成本、優(yōu)化資源和提升能源效率等一系列壓力。隨著(zhù)客戶(hù)個(gè)性化需求越來(lái)越多，產(chǎn)品生產(chǎn)也逐漸呈現出種類(lèi)多、變化快等新特征，這迫使卷煙廠(chǎng)等企業(yè)要提升生產(chǎn)線(xiàn)的速度與靈活性，從而能夠針對市場(chǎng)前端變化快速地調整生產(chǎn)。
工業(yè)4.0描繪了工業(yè)制造的新藍圖，對卷煙廠(chǎng)而言，構建虛擬工廠(chǎng)則是實(shí)現這個(gè)目標的基礎。所謂虛擬工廠(chǎng)，是把“現實(shí)制造”和“虛擬呈現”融合在一起，通過(guò)遍布全廠(chǎng)的海量傳感器采集現實(shí)生產(chǎn)制造過(guò)程中的所有實(shí)時(shí)數據，這些數據數量非常巨大，可實(shí)時(shí)、快速地反映生產(chǎn)中的任何細節。基于這些生產(chǎn)數據，在計算機虛擬環(huán)境中，應用數字化模型、大數據分析、3D虛擬仿真等方法，可對整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評估和優(yōu)化，使虛擬世界中的生產(chǎn)仿真與現實(shí)世界中的生產(chǎn)無(wú)縫融合，利用虛擬工廠(chǎng)的靈活可變優(yōu)勢，來(lái)促進(jìn)現實(shí)生產(chǎn)。
虛擬工廠(chǎng)有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：第一是真實(shí)工廠(chǎng)與虛擬工廠(chǎng)同步運行，真實(shí)工廠(chǎng)生產(chǎn)時(shí)的數據參數、生產(chǎn)環(huán)境等都會(huì )通過(guò)虛擬工廠(chǎng)反映出來(lái)，這需要采集的生產(chǎn)數據實(shí)時(shí)可用，并通過(guò)連續、不中斷的數據通道交互；第二是虛擬與現實(shí)結合，利用三維可視化技術(shù)將生產(chǎn)場(chǎng)景真實(shí)展現出來(lái)，生產(chǎn)數據實(shí)時(shí)驅動(dòng)三維場(chǎng)景中的設備，使其狀態(tài)與真實(shí)生產(chǎn)場(chǎng)景一致，從而讓管理者充分了解整個(gè)生產(chǎn)場(chǎng)景中各設備的運行狀況，達到監測、查看、分析的目的；第三是通過(guò)大數據與分析平臺，將云端中匯集的海量數據轉化、分析、挖掘，幫助工廠(chǎng)制定更明智的決策，快速提高生產(chǎn)效率、降低成本和實(shí)現質(zhì)量目標。
卷煙生產(chǎn)實(shí)時(shí)數據采集
要達到虛擬工廠(chǎng)中的生產(chǎn)仿真與現實(shí)世界中的生產(chǎn)無(wú)縫融合，需要生產(chǎn)數據與控制傳感數據同步到虛擬工廠(chǎng)中，并保證數據采集的實(shí)時(shí)性、準確性、完整性。一個(gè)卷煙廠(chǎng)采集點(diǎn)多達數萬(wàn)個(gè)、設備接口種類(lèi)十幾種、通信協(xié)議數十種，生產(chǎn)傳感數據要接入到虛擬工廠(chǎng)需經(jīng)過(guò)多次協(xié)議轉換和轉發(fā)，延時(shí)時(shí)間無(wú)法控制。比如卷包車(chē)間的卷包機傳感數據，首先要接入卷包機工控系統，由Modbus協(xié)議上傳到卷包車(chē)間控制系統的實(shí)時(shí)數據庫，再通過(guò)Profibus協(xié)議傳送到卷煙廠(chǎng)MES數據采集系統，然后卷煙廠(chǎng)虛擬現實(shí)管理系統才能從數據采集系統的數據庫中獲取該生產(chǎn)數據。而這樣方式下數據的傳輸速度，是無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)4.0對數據實(shí)時(shí)性的要求的。
采用華為AR物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)則可以很好地解決上述問(wèn)題。其不僅支持開(kāi)放標準的以太網(wǎng)接口，還支持豐富的行業(yè)接口和總線(xiàn)標準，可與各種傳感終端直接交互信息，將各種傳感網(wǎng)絡(luò )協(xié)議轉為上層網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，無(wú)縫融合工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)與企業(yè)IP網(wǎng)絡(luò )，構建扁平智慧的物聯(lián)網(wǎng)架構。如果將AR物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)部署在卷煙廠(chǎng)工控層，由于其支持多種工業(yè)協(xié)議，可以把大量的傳感器、控制器實(shí)時(shí)接入虛擬工廠(chǎng)，實(shí)現一次轉發(fā)，全網(wǎng)共享，生產(chǎn)數據的實(shí)時(shí)性和完整性將得到很好保證。這樣虛擬工廠(chǎng)的強大計算能力將與實(shí)際生產(chǎn)連為一體，全廠(chǎng)數據實(shí)時(shí)匯集到云端，信息孤島不復存在，生產(chǎn)應用和服務(wù)將向云端轉移，不僅卷煙生產(chǎn)變得更加靈活，而且可以在生產(chǎn)之前或者生產(chǎn)過(guò)程中動(dòng)態(tài)配置生產(chǎn)方式，隨時(shí)變更原定設計方案和生產(chǎn)計劃，有效實(shí)現“個(gè)性化、小規模、變化快、可定制”的生產(chǎn)目標。
大數據分析助力虛擬排產(chǎn)
傳統的排產(chǎn)方法憑借經(jīng)驗進(jìn)行人工干預，然后將工單下達到自動(dòng)化系統執行。這種方法比較適應大規模、標準化產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)，而對個(gè)性化、小配方、小批量產(chǎn)品生產(chǎn)的適應能力明顯不足，更難以滿(mǎn)足工業(yè)4.0的要求。
虛擬工廠(chǎng)中采集了海量的實(shí)時(shí)及歷史生產(chǎn)數據，并從各個(gè)系統匯集企業(yè)的生產(chǎn)計劃、卷包機組生產(chǎn)能力、倉庫庫存情況、品牌優(yōu)先級、工藝限制、計劃變更、設備故障、質(zhì)量狀況、原輔料供應、工藝調整以及各生產(chǎn)單元間相互制約關(guān)系等大量結構化和非結構化數據，如何快速地分析挖掘這些雜亂的數據，成為卷煙廠(chǎng)確定排產(chǎn)方案的關(guān)鍵。
基于華為FusionInsight企業(yè)級大數據統一存儲、查詢(xún)、分析平臺，可以為卷煙排產(chǎn)快速構建海量數據信息處理系統，通過(guò)對各類(lèi)海量數據信息實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的分析和挖掘，幫助卷煙廠(chǎng)從各類(lèi)繁雜無(wú)序的海量數據中獲取真正的價(jià)值，及時(shí)洞察生產(chǎn)中的風(fēng)險，進(jìn)行決策優(yōu)化。虛擬工廠(chǎng)根據大數據分析的結果制定排產(chǎn)方案，并建立卷煙廠(chǎng)生產(chǎn)模型，虛擬仿真系統根據生產(chǎn)模型對排產(chǎn)方案進(jìn)行仿真。在這個(gè)過(guò)程中，及時(shí)發(fā)現問(wèn)題，反饋修改方案，找出最優(yōu)排產(chǎn)計劃。排產(chǎn)調整周期從數十小時(shí)縮短到幾分鐘；排產(chǎn)準確率提高到98%；虛擬仿真排產(chǎn)不消耗實(shí)際生產(chǎn)所需的原料，每年可為卷煙廠(chǎng)節省數百萬(wàn)元的資源消耗損失。
GPU加速虛擬工廠(chǎng)
在工業(yè)4.0時(shí)代，虛擬世界將與現實(shí)世界高度融合。通過(guò)計算、自主控制和聯(lián)網(wǎng)，人、機器和信息互相聯(lián)接，融為一體，所有的生產(chǎn)數據將被全部整合到卷煙廠(chǎng)虛擬現實(shí)管理系統中。卷煙廠(chǎng)虛擬現實(shí)系統建立全廠(chǎng)的3D模型和設備3D虛擬生產(chǎn)模型，以三維的形式展現設備的運行狀態(tài)、故障信息和主要運行數據。在三維虛擬工廠(chǎng)里，可以通過(guò)推拉、旋轉、放大、透視等，多維度地獲取生產(chǎn)信息。
要完美地展現三維虛擬工廠(chǎng)畫(huà)面需要服務(wù)器具備強大的三維圖形運算能力。卷煙廠(chǎng)生產(chǎn)系統越來(lái)越多，通過(guò)云端架構部署服務(wù)器，已是當今最重要的趨勢。隨著(zhù)應用和服務(wù)向云端運算轉移，卷煙廠(chǎng)虛擬現實(shí)管理系統的服務(wù)器也必然部署在卷煙廠(chǎng)私有云上。普通虛擬機的GPU是由虛擬平臺軟件模擬出來(lái)的，處理能力弱，畫(huà)面刷新只有1幀/秒，并會(huì )出現大量貼圖錯誤，無(wú)法真實(shí)展示卷煙廠(chǎng)生產(chǎn)狀況。華為FusionSphere應用GPU直通技術(shù)，通過(guò)原生的驅動(dòng)程序訪(fǎng)問(wèn)專(zhuān)業(yè)顯卡硬件加速渲染虛擬工廠(chǎng)三維畫(huà)面，3D處理能力比軟GPU提高幾十倍，很好地滿(mǎn)足了虛擬工廠(chǎng)高性能圖形處理的需求。能高清流暢地展現生產(chǎn)細節，使人身臨其境地融入虛擬工廠(chǎng)，實(shí)現在三維環(huán)境下沉浸式數據展示。卷煙廠(chǎng)的生產(chǎn)管理效率得到極大提升。比如，過(guò)去人工巡檢全廠(chǎng)需一天時(shí)間，而3D虛擬工廠(chǎng)巡檢只要幾十分鐘，且更易發(fā)現隱蔽的異常情況；以前煙機設備檢修繁鎖復雜，設備拆解、組裝費時(shí)費力，現在結合狀態(tài)監測的3D可視化設備檢修效率得到極大提高，還可以遠程進(jìn)行檢測操作。
