关注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。
