供应链数字孪生系统构建研究.pdf
《供应链数字孪生系统构建研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《供应链数字孪生系统构建研究.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、IM智慧供应链 Intelligent Supply Chain82 2024年第2期供应链数字孪生系统构建研究刘佳兴,和征*,杨小红(西安工程大学管理学院,陕西 西安 710048)摘要:数字孪生技术能够实现对现实世界的虚拟映射,将数字孪生技术运用到供应链系统中能够实现对供应链全流程的高效监管。因此,基于数字孪生及供应链管理相关理论,本文在利用 OWL DL 语言对供应链数字孪生模型进行规范化表达的基础上,提出了供应链数字孪生系统架构,并对系统架构不同层次所需要的技术及数据获取逻辑进行了详细描述。最后,结合实际案例对数字孪生技术在供应链系统中的应用进行了具体阐述。通过将数字孪生技术与供应链管
2、理相结合,提出了数字孪生技术应用的具体解决方案,为数字孪生技术在供应链管理领域的运用提供了理论支撑。关键词:数字孪生;数据驱动;供应链系统;供应链管理中图分类号:TP278文献标志码:A1引言科学技术的快速发展正在推动一场以信息技术推动产业发展的变革。自德国提出了以智能化为代表的“工业 4.0”概念以来,各国纷纷紧随其后发布了智能制造的相关战略或发展模式,如“新工业法国”战略、英国制造业 2050、“中国制造 2025”等,致力于制造业的转型升级和竞争力的提升。智能制造的发展离不开高效协同的供应链的支撑1,供应链平台化、智慧化的发展为传统制造业向智能制造转变提供了技术渠道2。在智能制造技术不断
3、发展的同时,如何利用数字技术使得供应链管理水平与运转效率得以与智能制造的需求水平相匹配,是实现我国制造业转型升级面临的一大阻碍。而连接了虚拟信息空间与现实物理空间的数字孪生技术3,为这一阻碍的克服提供了可能。数字孪生技术通过联通物理世界和虚拟世界,实现了监控、理解、优化所有物理实体的功能,这种功能涵盖了生物体和非生物体4。基于物理空间和虚拟信息空间的双向交互,信息物理融合系统(Cyber-Physical Systems,CPS)能够实现对制造资源的监测、数据收集和分析、决策和反馈控制,数字孪生作为实现物理信息融合系统的核心技术,为信息物理融合系统的实现提供基金项目:教育部人文社会科学研究西部
4、和边疆地区项目(20XJA630001);陕西省软科学研究计划项目(2023-CX-RKX-015);西安市科技计划软科学项目(23RKYJ0029);西安工程大学 2023 年度研究生创新基金项目(chx2023016)*通信作者:和征投稿网站:Intelligent Supply Chain 智慧供应链IM 2024年第2期 83了技术支撑5。数字孪生即物理实体的虚拟表示,目前已经被应用于制造业、建筑、工程、医疗保健及教育等领域6。就数字孪生在供应链管理方面的应用研究,分别涉及到理论层面和应用层面。在理论层面,Barykin7等认为数字经济下的生产和供应链问题需要综合的、技术的、经济的解决
5、方法,仿真和数字孪生是进行供应链管理的优化程序,有利于提高产品的质量,并且降低技术成本。白燕飞8等针对供应链金融存在的问题,提出了基于数字孪生系统的解决思方案,利用数字孪生技术,可以提高供应链整体的检测和评估水平,从而形成新的供应链金融发展框架。Ivanov和 Dolgui9提出了一个供应链数字孪生的概念,并构建了计算机模型,这一模型可以实时显示网络的状态,模型和数据驱动方法的结合能够保证全球供应链业务的连续性。Yaqoob10等指出数字孪生是现实世界物理组件的镜像表现,可以用于监控、诊断和预测,并提出了利用区块链技术重塑和改造数字孪生,以实现安全生产,从而确保数据的可追溯性、合规性、真实性、
6、质量和安全性。杨洋11表明数字孪生技术的应用可以对供应链的运行状态进行实时监控和有效管理,但目前在应用方面还存在诸如数据采集、数据共享等方面的问题。向峰12等提出了一种基于数字孪生技术的绿色制造模式,构建了含有绿色特征的五维数字孪生模型,该模型融合了物理世界与虚拟世界。在应用层面,Ali13等认为目前数字孪生在智能制造中的应用主要局限于状态监测、模拟和可视化,因此提出了现有数字孪生的扩展概念认知数字孪生,认知数字孪生分为访问、分析和认知三层,具有沟通、分析和智能决策能力。Park14等构建了一个基于数字孪生技术的网络物理物流系统,该系统在多层次的信息物理融合系统结构中与代理网络物理生产系统进行
7、协调,从而为供应链的动态管理提供技术支撑。Marmolejo-Saucedo15以某制药公司为例,提出了基于模拟器和数据分析工具的数字孪生系统,并且可以将这些功能连接到公司的接口中实现系统集成。Damjanovic-Behrendt 和 Behrendt16设计了一个用于智能制造的数字孪生演示器,并指明了实现智能网络物理系统和数字孪生系统所需要的技术及核心 组件。上述学者们的研究为数字孪生在供应链管理方面的应用与发展提供了理论参考和技术应用方法,但对于产品供应链数字孪生系统的构建而言,现有研究并没有提出涉及数字孪生模型构建、物理数据采集及产品状态实时映射等多个方面的整合性解决方案。因此,为实现
8、数字孪生技术在供应链中的应用,提高供应链整体运营效率及信息传递的透明度,优化现有业务流程,本文基于现有研究,构建用于跟踪产品供应链的数字孪生系统,并详细阐述了应用到的关键技术,最后利用实例对所提出的数字孪生系统进行验证。2企业内部供应链全流程模型构建企业内部供应链与企业的业务流程联系紧密,每个环节均涉及到类型众多的设备、工具等,并且所产生的业务数据也不尽相同。根据企业内部供应链运行流程,将全链划分为采购、加工、仓储、销售和运输五个环节。企业内部供应链从采购环节开始,会经历整个加工、仓储及销售流程,最后进行运输。这些环节所发挥的作用各不相同,但环节与环节之间相互关联,通过相互协作,以实现企业内部
9、供应链的平稳运行。对于企业内部供应链的五个流程,材料采购是起点,产品加工是核心,产品仓储是保障,销售与运输是供应链流程运作的关键。企业内部供应链与企业的业务流程相呼应,其中涉及到的人员、数据、信息繁多,将企业内部供应链按流程进行划分,并对每个部分所涉及到的业务流程与关键技术进行描述,得到企业内部供应链全流程模型,如图 1 所示。在原料采购入库时,便会对入库的原料进行记录,包括名称、规格、数量和入库时间等多条信息。在加工阶段,具体流程包括领料、原料运输、原料加工和成品标签。在领料时,会采用射频识别等技术对出库的原料信息进行记录,包括领料时间、领料数量等;在原料运输流程,根据领料阶段的相关信息为原
10、料运输安排对应的运输工具及路线,之后将原料送入加工设备进行产品加工;在获得成品后,为每个成品赋予唯一的身份标识。成品会被送入仓库进行存储,然后根据订单送往目的地。加工、仓储、销售和运输阶段以产品的身份编码为依据,基于传感器、二维码、射频识别等技术,实现对整个流程的监控。3基于 OWL DL 的供应链本体模型构建在供应链数字孪生系统中,物理实体的参数、功能、活动借助模型在虚拟空间进行映射是系统运行的基础和IM智慧供应链 Intelligent Supply Chain84 2024年第2期技术支撑。基于上文所构建的供应链全流程模型,对供应链全流程中涉及到的物理实体、相应功能及其产生的数据进行分类
11、,从而构建逻辑结构统一的供应链本体模型,并对供应链本体模型中的关键要素进行描述,最后阐述供应链数字孪生映射逻辑,为供应链数字孪生系统的构建提供逻辑基础。3.1供应链本体模型构建以企业内部供应链为应用场景,根据上文所提出的供应链全流程模型,将供应链中的关键要素划分为生产设备、人员、产品和运输工具,以实现物理实体的虚拟映射及数据流通。根据企业内部供应链所涉及的内容,选择计算机能够理解的 OWL DL 对供应链本体模型进行描述,供应链本体模型如图 2 所示。供应链本体模型的定义如下:(1)基于OWL DL的供应链本体模型描述是一个三元组,其构成为生产设备 DEquipment、人员 DStaff、产
12、品 DProduct、订单 DOrder和运输工具 DTransport。根据图 2 的供应链本体模型及其所蕴含的关系,订单是供应链所提供服务的抽象概念,不能独立存在,订单的完成需要至少一个供应链提供服务,并且需要调用生产设备 DEquipment、人员 DStaff、产品 DProduct和运输工具DTransport。因此,基于描述逻辑的供应链模型概念定义如下:(2)同理,生产设备 DEquipment、运输工具 DTransport、人员DStaff和产品 DProduct的概念定义如下:(3)式中,生产设备 DEquipment是供应链中支持产品生产的一种资源实体,反之,即如果一个生产
13、设备能够提供产品生产服务,那么这个生产设备就是供应链资源中的一个实体。(4)式中,运输工具 DTransport是供应链中支持订单交付的一种资源实体。(5)式中,人员 DStaff是一个能够操作生产设备 DEquipment和运输工具 DTransport的供应链资源实体,能够提供机器操作服务。(6)式中,产品 DProduct是供应链产出的实体,用来交付订单。3.2供应链本体模型关键要素描述分别从几何、行为和状态三个方面对供应链本体模型的关键要素进行描述17。对于生产设备,图 1企业内部供应链全流程模型投稿网站:Intelligent Supply Chain 智慧供应链IM 2024年第2
14、期 85 (7)式中,EPhysicalinf表示设备物理信息,包括体积、重量等;EOperationalStatus表示设备运行状态,如运行中、空闲等;EProcessingCapacity表示设备加工能力,即设备对原料的处理方式及处理量等;EOperationalProcess表示设备加工过程,即设备在处理原料时所包含的流程;EMachininginf表示设备当前处理加工任务的相关信息。对于人员,(8)式中,SStaffInf表示供应链所涉及员工的基本信息;Sskills表示员工所掌握的工作技能;SWorkingstatus表示员工当前的工作状态;SWorkflow表示员工所负责工作的具体
15、内容;SComple-tionInf表示员工工作完成情况。对于产品,(9)式中,PBasicinf表示所加工产品的基本信息;PMachiningsteps表示加工该产品所需要的具体流程;PCurrentStatus表示产品目前的加工状态;PNumber表示仓库中已有的该产品数量。对于订单,(10)式中,OOrderInf表示订单的基本信息;OStatus表示订单当前所处的状态;OProcess表示订单执行进度;OEquipment表示该订单所涉及到的加工设备;ODepartment表示该订单所涉及到的执行部门及人员;OTransport表示该订单所需要的运输工具。对于运输工具,(11)式中,T
16、Basicinf表示运输工具的基本信息;TStatus表示运输工具当前的状态;TProcess表示运输工具所处的工作流程;TTaskcompletion表示运输工具所执行任务的完成情况。3.3供应链数字孪生映射逻辑在供应链数字孪生系统中,供应链运行过程所涉及的主体主要包括生产设备、产品、人员、运输设备和仓储设备。基于 OWL DL 语言和面向对象的建模技术,在虚拟空间中建立相关实体的本体模型,包括生产设备本体模型、产品本体模型、人员本体模型、运输设备本体模型和仓储本体模型。这些虚拟模型构建的基础是实体本身的参数、功能和活动。基于实体运行逻辑及产生的相关数据,建立数据传输通道,实现数据的内外部交
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 供应 数字 孪生 系统 构建 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。