智慧工厂合集 | CIMPro孪大师卷烟厂数字孪生解决方案
2026/8/20 11:56:23 网站建设 项目流程
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烟草行业作为国民经济的重要组成部分,正面临"双碳"目标下的绿色转型压力。国家局在《烟草行业"十四五"绿色低碳循环发展工作方案》中明确提出"优化工厂建设规模、优化厂房空间使用、优化建筑空间及层高、优化工艺空间及布局,进一步降低单位建筑面积能耗"。与此同时,卷烟生产对环境的严苛要求——尤其是高架库温湿度控制——直接影响原辅材料存储质量和成品品质。

传统暖通设计基于标准规范和设计师经验判断,设备负荷选型偏大,加之缺乏智控系统投入,实际运营中普遍存在"大马拉小车"的能耗浪费现象。

数字孪生技术的引入,正在从根本上改变这一局面。本文基于上海漂视网络股份有限公司推出的CIMPro孪大师数字孪生开发平台,以合肥卷烟厂高架库温湿度智能控制项目为核心案例,梳理数字孪生在卷烟厂中的典型应用场景,帮助读者建立对智慧工厂数字孪生的系统认知。

效果展示

CIMPro孪大师搭载自研的PiCIMOS图形引擎,具备完全自主知识产权,不依赖任何国外开源或商业引擎,从底层实现了技术自主可控。在卷烟厂数字孪生场景中,平台围绕三大核心能力构建:

多源数据融合能力:支持Revit、SolidWorks、Navisworks、3ds Max、OSGB倾斜摄影等多种三维模型格式,以及GIS、BIM数据的同场景融合,实现从厂区宏观布局到设备级细节的无缝切换。

工业协议深度对接:原生支持OPC UA、Modbus、MQTT等工业协议,可直接接入PLC、SCADA、DCS等车间控制系统,实时采集温度、湿度、压力、流量等环境参数与设备状态数据。

零代码场景搭建:通过拖拽式交互与配置式数据绑定,无需编程即可完成三维场景搭建、数据看板配置和告警规则设置,大幅降低数字孪生项目的交付门槛。

系统分析

高架库温湿度智能控制——核心案例

合肥卷烟厂高架库是卷烟厂的核心仓储空间,用于存储烟叶、辅料和成品,其温湿度控制精度直接影响产品品质。传统控制模式下,操作人员依赖经验手动调节空调参数,温湿度波动大、能耗高,且无法应对季节变化和工艺调整带来的动态需求。

CIMPro孪大师联合合肥设计院,基于数字孪生技术构建了完整的"自感知、自适应、自决策、自执行"孪生智控体系。

技术路线:需求分析→确定研究对象及场景→多维度模型构建(物理空间结构、通风管路系统、室内通风系统)→温湿度场模拟仿真(变风量/定风量条件、不同工艺/室外环境)→仿真模型优化与实施验证。

高精度数字孪生模型构建:通过Revit等工具精细化建模,建立高架库的详细几何模型,包含货架布局、通风管道、空调机组等构件,不仅保留几何信息,还关联供应商、材质、导热系数等物理属性。同时,利用图像识别算法实现低成本快速建模,在CAD图纸基础上自动识别构件元素并搭建三维模型。

温湿度场模拟仿真:在高架库数字孪生体上,模拟不同工况下的气流组织与温湿度均衡性——

  • 变风量条件空间场分析:模拟空调送风量动态变化时,库内温湿度场的响应特性
  • 定风量条件空间场分析:分析恒定送风量下,不同区域温湿度差异及均衡性
  • 不同工艺运行状态空间场分析:模拟进出库作业、设备启停等工艺变化对温湿度的影响
  • 不同室外环境条件空间场分析:模拟季节性温差、昼夜温差等外部环境对库内温湿度场的扰动

智能优化与控制:通过实际运行数据对模型进行校准,对比仿真结果与实测数据的差异,调整送风策略、优化气流组织、改进传感器布局。最终构建的预测模型将结果实时反馈至空调控制系统,动态调整送风参数(风速、风量、方向),实现温湿度控制精度提升、能耗降低至少5%

政策支撑:本项目已获国家局批复(中烟办〔2024〕17号),通过BIM+创新应用平台部署,在合肥卷烟厂完成验证应用,未来将推广至行业工业企业。

卷包车间承担卷烟卷接和包装任务,设备密集、运行速度快、故障停机成本高。

CIMPro孪大师在卷包车间场景中,重点聚焦设备综合效率(OEE)的可视化管控。每台卷接机、包装机的运行状态、产量、停机原因、故障频率等数据,在三维场景中以设备为单位实时呈现。

设备健康监测:通过OPC UA协议接入卷接机PLC数据,实时监测关键参数——烟枪温度、接装纸张力、切割刀片寿命等,结合历史数据建立趋势分析模型,提前预判设备故障。

产线效率看板:在三维场景中叠加产量达成率、废品率、停机时长等OEE关键指标,管理者一眼识别瓶颈机台,辅助优化排产和维保计划。

能源管控中心

卷烟厂是典型的能耗密集型工厂,制丝、卷包、空调、空压、锅炉等系统能耗占比大,且各系统之间相互耦合。

CIMPro孪大师的能源管控中心,将全厂电力、燃气、蒸汽、压缩空气等能源介质的数据统一接入,在三维厂区场景中以热力图、趋势图、仪表盘等多种形式呈现。

分区域能耗监测:按车间、产线、设备层级逐级下钻,实时展示各单元的能耗数据,以颜色热力图标识高能耗区域,辅助管理者快速定位能耗异常点。

能耗趋势分析:基于历史数据构建能耗预测模型,分析日、周、月、季的能耗变化趋势,结合生产计划自动生成能耗预算,当实际能耗超预算时自动预警

空调节能联动:将高架库温湿度控制系统与能源管控中心打通,当温湿度控制精度满足要求时,自动优化空调机组运行策略(如变频调节、送风温度重置),最大限度降低空调系统能耗——这也是本项目预期实现能耗降低至少5%的核心技术路径

厂区安防与物流

卷烟厂对安防要求极高,厂区周界、原料库、成品库、危化品仓库等区域需要全天候监控。

CIMPro孪大师将厂区视频监控、门禁系统、电子围栏、巡更系统在三维场景中统一集成。监控摄像头在三维模型中按实际位置标注,点击即可调取实时画面;门禁状态以颜色标识,人员进出记录实时更新;巡更路线以动态轨迹线展示,偏离预设路线时自动告警。

物流车辆管理:原料入库车辆和成品出库车辆在三维场景中实时定位追踪,展示车辆排队状态、装卸进度、等待时间等数据,辅助调度中心优化车辆进出管理。

仓储可视化:高架库的货位占用状态、库存周转率、物料批次信息在三维场景中直观展示,支持按批次、按时间维度检索物料位置,找货时间从小时级缩短到分钟级

设备预测性维护

设备非计划停机是卷烟厂最大的隐性成本之一。CIMPro孪大师基于设备运行数据和AI算法,构建设备健康状态评估模型。

关键设备状态监测:对制丝线的烘丝机、卷包线的卷接机、动力车间的空压机和锅炉等关键设备,实时采集振动、温度、电流、压力等参数,在三维场景中以仪表盘和趋势图展示。

故障预测与预警:基于历史故障数据和设备运行曲线,系统自动学习设备的"正常"运行模式,当参数偏离正常范围时提前预警,并给出可能的故障原因和处置建议。例如,烘丝机滚筒轴承温度持续上升时,系统提前72小时发出维护提醒,避免因轴承卡死导致的非计划停机。

维修工单闭环:系统自动生成预防性维护工单,关联设备位置、备件库存和维修人员,在三维场景中标注维修区域和注意事项,实现从"故障发现→工单派发→维修执行→结果确认"的全流程闭环管理

总结

卷烟厂数字孪生不是简单的"三维可视化大屏",而是以数字孪生模型为底座、以数据驱动为核心、以业务场景为落点的系统性工程。从高架库温湿度的精准控制,到制丝卷包车间的设备运维,再到全厂能源管控和安防物流,每一个场景都在解决一个具体的生产运营痛点。

CIMPro孪大师作为国产自主可控的数字孪生开发平台,基于自研PiCIMOS图形引擎,实现了从数据接入、场景构建、仿真模拟到应用交付的全链路闭环,并已适配银河麒麟、统信UOS等国产操作系统,兼容海光、飞腾等国产CPU及达梦、人大金仓等国产数据库,满足政企项目对信创合规和数据安全的要求。

当前,烟草行业的数字化转型已进入深水区,数字孪生技术正从展示工具向管理工具进化。对于技术选型者和项目决策者而言,理解这套体系的底层逻辑和适用场景,比追逐概念本身更有价值。

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