含能材料生产线数字孪生系统利用数字孪生技术可以对物理实体层的数据采集，建立基于数字孪生的数字化模型，并将物理实体和数字孪生体进行双向性数据交互， 通过虚实结合的方式， 实现生产线全周期技术支持，让决策者能够对生产线进行监控与维护，保障生产可靠性。
1. 含能材料生产线数字孪生系统架构
含能材料生产线数字孪生系统借助数字孪生技术，结合现场情况、电气元件、机械设备、工艺流程等实际情况，搭建数字孪生含能材料生产线的体系架构，其中包括物理实体层、感知层、数据层、平台层、应用层。
物理实体层是系统的主体，也是数据的最直接来源。其中包含了可编程逻辑控制器 (PLC)、传感器、电机、变送器、阀门等一些电气设备。物理实体层负责执行下发的任务，同时也传输实时数据与系统进行数据交互。
感知层通过采集含能材料生产线各个分区的传感器实时数据，提高感知精度和效率。
数据层通过数字孪生技术将感知层采集到传感器数据转换为数据层所需要的数据，将采集到的信号数据转换为标准化的数据，保证数据传输过程中的准确性和实时性。
平台层通过建立系统数字孪生模型，为模型进行实时数据支撑，同时也为系统提供智能化管理。在该模型下，对系统的实际运行情况进行数字化映射，提供真实、有效和实时的系统信息。还可以将各个车间的数字孪生体进行分区管理，避免出现数据杂糅和干扰的情况。
应用层可实现数字孪生模型的可视化，其目的是提供全方位、可视化和可远程操作的含能材料生产线系统。同时，可以根据实时数据情况，对系统进行优化和调节，保证安全且高效生产。
2. 含能材料生产线数字孪生系统功能
含能材料生产线数字孪生系统功能主要包括状态评价、系统自主调控、安全生产监测、故障分析等4大模块。
2.1 状态评价
当前系统存在交互数据多、信号耦合性强、关键节点分析难等特点，传统的方法难以对数据进行实时修正和分析，只能通过经验和历史数据对生产进行优化和调节。
含能材料生产线数字孪生系统通过物理实体层采集的信号数据，构建数字孪生体，实现物理实体在虚拟数字模型的映射，并基于多模型、多算法和机器学习等手段，对设备状态进行监控和评价。
2.2 系统自主调控
采用“虚-实”结合的方法，增强数据和实际的交互，通过自学习的方式进化，获取最优解，增强动态自主调控能力。
通过智能仪表、设备监控系统、雨淋系统、暖通系统、给排水系统、动力照明系统、自控系统等，采集实时数据，实时分析系统中各设备的运行状态。通过在线学习、优化算法等方式提升各系统之间的配合，精准调控各系统，实现系统之间的相互调控。
2.3 安全生产监测
在生产过程中，含能材料生产线的安全性和可靠性是放在首位的。生产线为保证安全生产，会通过火灾自动报警系统和雨淋监控系统完成对火灾危险源的检测。
含能材料对温度、压力和湿度等关键参数有严格的生产规范，提前对危险源进行监控，设定关键环节的关键参数阈值，保证生产过程安全，自主对危险源进行处理和调控。
2.4 故障分析
记录物理实体层中系统的异常故障数据，对数据特征进行提取，排除噪声数据和不相关数据，实现故障数据的准确性。再通过机器学习、神经网络等算法，根据历史数据对比当前故障数据，快速分析故障原因，找到处理方法，快速且有效恢复生产。
通过历史故障数据库可以得到各个传感器的故障时间，提前对元件进行保养和维修。根据实际情况制定合理的保养周期，提升可靠性，降低故障率，提升运行效率。
3. 含能材料生产线数字孪生系统应用价值
含能材料生产线数字孪生系统的应用可贯穿生产线的全生命周期。
3.1 设计阶段
在设计阶段，其能够降低创新设计带来的风险。利用含能材料生产线数字孪生系统提前将生产流程进行模拟，建立合适的数字虚拟模型，对系统进行设计初期的分析和评测。
3.2 调试阶段
利用数字孪生技术，自控和机械工程师可以尽早介入项目调试阶段，提前发现电气、机械和程序中的问题。根据产品的实际性能，及时优化和调整参数。含能材料生产线直接进行实料调试容易发生危险，可以在含能材料生产线数字孪生系统先进行模拟调试，降低调试和运行时的风险概率，及时发现可避免问题，排除不必要的安全隐患。
3.3 管理阶段
在使用阶段，决策者根据含能材料生产线数字孪生系统的可视化的界面和采集的实时数据，对生产线的输入输出量进行调整。通过对以往的数据分析，调试和优化部分参数，提升系统的运行效率和稳定性。
3.4 维护阶段
记录历史故障，建立故障数据库。结合历史故障数据，对当前异常故障进行快速、准确定位、维护、复位等操作。而且可以根据历史设备故障频率，合理调整设备的维护周期，降低维护成本，减少停车时间。
含能材料生产线数字孪生系统利用数字孪生技术可以实现含能材料生产线从物理实体到虚拟数字化实体的一对一精准映射，通过智能算法、实时监控、历史数据库分析等手段，实现高效运行。并将虚拟数字化实体反馈至物理实体，提升自主调控能力，为安全生产提供保障。
