■/ 臧玉華 劉 宏 （通訊作者） 熊思佳 陳靜怡 呂哲琦 尹世豪

一、引言

后疫情時(shí)代，企業(yè)面臨著來(lái)自政策變動(dòng)與市場(chǎng)起伏的多重考驗(yàn)，為在復(fù)雜、多變的外部環(huán)境中獲取利潤(rùn)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，企業(yè)亟需提升成本管理水平。工信部在《“十四五”信息化和工業(yè)化深度融合發(fā)展規(guī)劃》中提出，圍繞機(jī)械、汽車、航空、航天、船舶、兵器、電子、電力等重點(diǎn)裝備領(lǐng)域，建設(shè)數(shù)字化車間和智能工廠，構(gòu)建面向裝備全生命周期的數(shù)字孿生系統(tǒng)?；跀?shù)字孿生技術(shù)的數(shù)字化車間，是根據(jù)對(duì)物理實(shí)體的多要素、多尺度、多粒度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)感知，全流程、全方位、全要素的還原物理車間狀態(tài)，根據(jù)獲取實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、細(xì)小顆粒的數(shù)據(jù)，通過(guò)優(yōu)化、仿真模擬實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)狀況的推演和預(yù)測(cè)。數(shù)字化車間的海量數(shù)據(jù)和優(yōu)化仿真模型，為提升生產(chǎn)成本管理水平打開(kāi)了全新的視角，將極大提升成本計(jì)算的精準(zhǔn)度與實(shí)時(shí)性以及成本管理的預(yù)判性和可控性。

基于此，文章引入數(shù)字孿生車間概念，構(gòu)建了數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于物理車間的全景映射，以車間的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、生產(chǎn)效率監(jiān)測(cè)及設(shè)備健康檢測(cè)三種場(chǎng)景為例，設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的成本管理模式，并分析成本管理提升效果。文章研究成果為提升成本管理提供了新的視角與技術(shù)支持。

二、文獻(xiàn)綜述

數(shù)字孿生的概念最早源于生產(chǎn)工程，于2003年由Grieves 教授在探討產(chǎn)品全生命周期管理時(shí)提出。數(shù)字孿生技術(shù)是一種對(duì)物理世界的鏡像反映，通過(guò)識(shí)別、匯總物理世界的海量數(shù)據(jù)對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行精準(zhǔn)描述，并最終將復(fù)雜的信息可視化。數(shù)字孿生貫穿于孿生對(duì)象的全生命周期，并持續(xù)進(jìn)行全要素模擬仿真，全方位提取孿生對(duì)象的信息，從而為服務(wù)對(duì)象提供高效、智能的服務(wù)方案。在探究數(shù)字孿生概念方面，任友群（2018）提出“數(shù)字孿生”本質(zhì)上是通過(guò)數(shù)字化進(jìn)行模擬仿真建模，通過(guò)持續(xù)集成多層面、多要素的海量物理空間數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)映射出實(shí)體對(duì)象過(guò)去和現(xiàn)在的狀態(tài)。闡述了數(shù)字孿生技術(shù)能夠準(zhǔn)確、客觀地呈現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，其對(duì)比物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)處理問(wèn)題更具優(yōu)越性，特別適用于應(yīng)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題或流程建模。

數(shù)字孿生的技術(shù)基礎(chǔ)包括物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等。目前，數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。肖靜華等（2014）通過(guò)數(shù)字孿生系統(tǒng)將企業(yè)戰(zhàn)略決策分析研究進(jìn)行了深入推進(jìn)，利用數(shù)字孿生技術(shù)為企業(yè)戰(zhàn)略場(chǎng)景建模構(gòu)建了兼具支撐管理層決策、校正實(shí)踐偏差、控制實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)的大數(shù)據(jù)智能平臺(tái)。秦曉珠等（2018）在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)和傳承，利用數(shù)字孿生特性構(gòu)建了物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)字孿生體，通過(guò)模擬仿真其可能遭受破壞的情景等做出相應(yīng)對(duì)策與保護(hù)措施，提升了虛擬空間和現(xiàn)實(shí)世界之間物質(zhì)文化遺產(chǎn)的共融性，同時(shí)拓寬了遺產(chǎn)保護(hù)與開(kāi)發(fā)的可能性?？追背?020）提出將數(shù)字孿生技術(shù)用于優(yōu)化配置圖書(shū)館資源、實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館能耗精細(xì)管理、建立創(chuàng)客中心、構(gòu)建用戶畫(huà)像等場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書(shū)館的全面重構(gòu)，探討了數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于智慧圖書(shū)館的發(fā)展價(jià)值與前景。嚴(yán)興煜等（2021）通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)物理電廠進(jìn)行虛擬建模仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬電廠的決策支撐和優(yōu)化管理，深入闡述了數(shù)字孿生虛擬電廠系統(tǒng)的架構(gòu)和規(guī)劃。

在云大移物智背景下，這些技術(shù)在成本管理方面的應(yīng)用受到了更廣泛的關(guān)注。在大數(shù)據(jù)和成本管理相結(jié)合方面，樊燕萍和蔚利芝（2016）探尋了大數(shù)據(jù)環(huán)境下作業(yè)成本管理的新思路，探索了如何通過(guò)作業(yè)成本管理對(duì)企業(yè)成本進(jìn)行可靠分析、精準(zhǔn)核算和全面控制。提出大數(shù)據(jù)打破了原有作業(yè)成本管理的局限性，優(yōu)化了企業(yè)作業(yè)成本管理流程，利于企業(yè)進(jìn)行成本管理改革，給企業(yè)的創(chuàng)新管理創(chuàng)造了新的機(jī)遇。在大數(shù)據(jù)如何影響企業(yè)成本控制方面，張?jiān)伱泛湍挛木辏?014）從設(shè)計(jì)、采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、生產(chǎn)、銷售、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)詳細(xì)闡述了企業(yè)如何實(shí)現(xiàn)對(duì)成本的可靠控制，表明大數(shù)據(jù)時(shí)代能夠通過(guò)獲取準(zhǔn)確、可靠、全面的數(shù)據(jù)信息，將企業(yè)的成本控制成效量化，從而提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在大數(shù)據(jù)時(shí)代下企業(yè)有效利用好數(shù)據(jù)信息對(duì)于企業(yè)經(jīng)營(yíng)績(jī)效具有重要意義。在物聯(lián)網(wǎng)對(duì)企業(yè)成本的影響方面，譚建華和王雄元（2021）從費(fèi)用粘性切入，分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用為企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)后果，探究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何對(duì)不同產(chǎn)權(quán)的企業(yè)產(chǎn)生影響，并闡述了其影響企業(yè)成本結(jié)構(gòu)的路徑，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了企業(yè)向智能化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，進(jìn)而使企業(yè)成本行為發(fā)生系統(tǒng)性改變，為研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用影響企業(yè)行為提供參考與啟示。

綜上所述，學(xué)者圍繞數(shù)字孿生技術(shù)在智能制造、孿生圖書(shū)館、智慧電廠等領(lǐng)域的應(yīng)用做了大量研究，成本管理方面文獻(xiàn)主要是基于大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等不同平臺(tái)進(jìn)行的研究，鮮見(jiàn)將數(shù)字孿生技術(shù)與成本管理結(jié)合的研究?；诔杀竟芾硇略V求，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于成本管理是可行且必要的，對(duì)于企業(yè)成本控制具有重要意義，因此本文將對(duì)此進(jìn)行深入探究。

三、成本管理的新訴求

成本管理是企業(yè)在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中獲得優(yōu)勢(shì)地位的關(guān)鍵?？茖W(xué)的成本管理能夠幫助企業(yè)降低成本，挖掘潛力，科學(xué)決策，從而提升企業(yè)效益，實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)管理目標(biāo)。隨著時(shí)代的發(fā)展，企業(yè)內(nèi)部成本結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，成本核算日益復(fù)雜化。高新技術(shù)的飛速發(fā)展、全球競(jìng)爭(zhēng)的加劇和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化賦予了成本管理全新的含義，也對(duì)企業(yè)成本管理提出了更高要求。

（一）實(shí)時(shí)性要求

管理者做決策的正確性與生產(chǎn)信息的及時(shí)性緊密相關(guān)。傳統(tǒng)管理會(huì)計(jì)采取以月為周期的成本核算方式，而車間材料等實(shí)際成本每日都在發(fā)生變化，這種成本管理的滯后性為管理者的決策帶來(lái)了很大的不便，很難保證資金投入的科學(xué)性與合理性，直接影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。車間人員無(wú)法獲悉車間實(shí)時(shí)成本動(dòng)態(tài)，事后僅憑經(jīng)驗(yàn)和大量數(shù)據(jù)很難定位到生產(chǎn)過(guò)程中影響成本的具體因素，這為車間成本控制工作帶來(lái)很大的阻礙。數(shù)字孿生技術(shù)的車間全鏡像映射和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互反饋能夠動(dòng)態(tài)管理各個(gè)成本支出點(diǎn)，為成本核算與成本控制的實(shí)時(shí)性提供了可能。

（二）精準(zhǔn)度要求

車間作業(yè)普遍工藝流程長(zhǎng)，產(chǎn)品工序復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)生產(chǎn)工序出現(xiàn)問(wèn)題都可能影響整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)程。在應(yīng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的不穩(wěn)定因素，如產(chǎn)品質(zhì)量異常、生產(chǎn)設(shè)備異常、生產(chǎn)材料短缺等可能引起成本變動(dòng)的問(wèn)題時(shí)，傳統(tǒng)車間從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、定位影響成本因素到提出解決方案耗時(shí)久、效率低。成本管理若缺少細(xì)節(jié)規(guī)劃，無(wú)法精準(zhǔn)定位與管控各個(gè)成本控制風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，很容易導(dǎo)致成本浪費(fèi)，致使企業(yè)失去低成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)車間全流程全方位全要素進(jìn)行管控，采集車間內(nèi)從生產(chǎn)到各項(xiàng)活動(dòng)的各個(gè)階段的數(shù)據(jù)，幫助控制、調(diào)節(jié)與把握車間每個(gè)流程與細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)真正的精準(zhǔn)管控，可靠運(yùn)維，提高成本管理的準(zhǔn)確性與針對(duì)性。

（三）顆粒度要求

企業(yè)想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得成本優(yōu)勢(shì)必須將成本精準(zhǔn)投放，將項(xiàng)目成本顆粒度劃分的更細(xì)。傳統(tǒng)車間下的單一成本管控方式不能在真正意義上反映產(chǎn)品成本的使用情況，管理者很難通過(guò)單一歸類來(lái)了解產(chǎn)品真實(shí)的成本結(jié)構(gòu)。真正有價(jià)值的成本管理需要將核算細(xì)化到更小更細(xì)的單元，要求車間必須結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)成本進(jìn)行產(chǎn)品維度、工序維度、客戶訂單維度等多個(gè)核算對(duì)象進(jìn)行有效管理，從而能夠計(jì)算出每臺(tái)設(shè)備的損耗或閑置情況，直觀地展現(xiàn)班組成本與訂單批次成本等。數(shù)字孿生技術(shù)能夠在孿生車間中實(shí)時(shí)獲悉物理車間每道工序、每個(gè)班組、每個(gè)訂單消耗的物資人力等，將車間真實(shí)成本細(xì)化到每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，使產(chǎn)品成本的使用情況更加清晰具象，滿足車間成本管控的細(xì)顆粒度要求。

（四）多維度要求

企業(yè)成本核算僅僅核算產(chǎn)品成本的模式已經(jīng)無(wú)法滿足企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力需求，僅關(guān)注財(cái)務(wù)角度可能使企業(yè)過(guò)分關(guān)注短期目標(biāo)而犧牲長(zhǎng)遠(yuǎn)利益。由于企業(yè)決策與經(jīng)營(yíng)需要多維度的成本管理支撐，企業(yè)管理者需要成本核算是多維度、多層面的。車間要素復(fù)雜，流程繁瑣，企業(yè)還應(yīng)從班組、工序、訂單等角度去進(jìn)行成本核算，比較哪個(gè)班組生產(chǎn)效率更高，哪些訂單生產(chǎn)效益更高，對(duì)車間生產(chǎn)資源進(jìn)行合理分配。從客戶角度核算不同產(chǎn)品的價(jià)值，從員工角度核算產(chǎn)品給車間帶來(lái)價(jià)值的高低，從業(yè)務(wù)流程角度判斷一個(gè)訂單執(zhí)行所需周期。數(shù)字孿生車間能夠在對(duì)物理車間的模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，優(yōu)化物理車間數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地呈現(xiàn)車間全過(guò)程全要素的信息并將海量數(shù)據(jù)分類集成用于成本管理的各個(gè)模塊，從技術(shù)層面拓寬了企業(yè)成本管理的視角，滿足成本管理多維度訴求。

四、數(shù)字孿生車間系統(tǒng)的構(gòu)建

構(gòu)建虛擬車間是實(shí)現(xiàn)成本管理實(shí)時(shí)性、精準(zhǔn)性要求、顆粒度要求、多維度要求的前提。數(shù)字孿生車間是基于數(shù)字孿生技術(shù)的一種車間生產(chǎn)新模式，它通過(guò)對(duì)車間數(shù)據(jù)的采集與分析完成對(duì)物理車間的鏡像映射。數(shù)字孿生車間主要包括物理車間、虛擬車間、車間服務(wù)系統(tǒng)、車間孿生數(shù)據(jù)四部分。數(shù)字孿生車間可以整個(gè)物理車間全要素全流程模擬并真實(shí)呈現(xiàn)，刻畫(huà)生命周期全業(yè)務(wù)、全要素、全流程孿生數(shù)據(jù)，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)車間流程的全面優(yōu)化與管控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能化。

（一）基于數(shù)字孿生技術(shù)的車間體系

基于數(shù)字孿生技術(shù)的車間體系如圖1所示，主要包括物理車間、虛擬車間、車間服務(wù)系統(tǒng)、車間孿生數(shù)據(jù)及兩兩間數(shù)據(jù)的交互反饋。物理車間與虛擬車間持續(xù)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，并將數(shù)據(jù)持續(xù)反饋給對(duì)方，形成一個(gè)閉環(huán)。在數(shù)字孿生車間運(yùn)行過(guò)程中，物理車間能夠?qū)⑷藛T、物料、設(shè)備等車間多源異構(gòu)感知數(shù)據(jù)集成并與虛擬車間數(shù)據(jù)和車間服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)融合與交互，虛擬車間根據(jù)反饋數(shù)據(jù)仿真物理車間的運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并不斷優(yōu)化物理車間生產(chǎn)進(jìn)程。同時(shí)，車間服務(wù)系統(tǒng)承載車間各個(gè)應(yīng)用服務(wù)，協(xié)調(diào)運(yùn)行車間生產(chǎn)，全面優(yōu)化和管理車間資源。車間孿生數(shù)據(jù)融合了物理車間、虛擬車間和車間服務(wù)系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)，具有實(shí)時(shí)、閉環(huán)與保真性。依托于孿生數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生車間融合物理模型與技術(shù)，探討了從生產(chǎn)到車間各項(xiàng)活動(dòng)的各個(gè)階段的運(yùn)行與優(yōu)化，并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、控制與調(diào)節(jié)。

圖1 數(shù)字孿生車間體系構(gòu)架

虛擬車間根據(jù)對(duì)物理實(shí)體的多要素、多尺度、多粒度數(shù)據(jù)的感知，實(shí)時(shí)更新車間狀態(tài)，通過(guò)進(jìn)行仿真、優(yōu)化、決策等操作，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的模型，全流程、全方位、全要素地還原物理車間實(shí)時(shí)狀態(tài)，對(duì)生產(chǎn)狀況進(jìn)行推演和預(yù)測(cè)，并將結(jié)果反饋到物理實(shí)體，實(shí)現(xiàn)物理數(shù)據(jù)共通互融。同時(shí)，物理車間實(shí)時(shí)接收虛擬車間的反饋數(shù)據(jù)，嚴(yán)格按照虛擬車間優(yōu)化的生產(chǎn)配置進(jìn)行生產(chǎn)，在不斷地仿真分析反饋進(jìn)程中優(yōu)化生產(chǎn)。系統(tǒng)對(duì)車間實(shí)行數(shù)字化管理并進(jìn)行持續(xù)工藝優(yōu)化，使生產(chǎn)過(guò)程不斷完善，數(shù)據(jù)迭代交互形成完整的閉環(huán)，各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)在不斷優(yōu)化中逐步達(dá)到最佳狀態(tài)。

（二）基于虛擬車間的成本應(yīng)用場(chǎng)景及成本管理模式設(shè)計(jì)

數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)時(shí)性、閉環(huán)性、保真性將物理車間全方位、多尺度地映射到虛擬世界，通過(guò)對(duì)物理車間的全方位映射形成虛實(shí)結(jié)合、高度可控的成本管理新形態(tài)，達(dá)到成本管理的新高度。數(shù)字孿生技術(shù)具體應(yīng)用于全車間產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)與設(shè)備維護(hù)等各個(gè)場(chǎng)景，成本管理系統(tǒng)集成孿生車間匯集的實(shí)時(shí)、閉環(huán)、保真的海量數(shù)據(jù)，以期達(dá)到成本計(jì)劃合理化、成本核算精準(zhǔn)化、成本控制全面化、成本分析具象化和成本決策科學(xué)化的成效。數(shù)字孿生車間全流程管控流程如圖2所示。

圖2 數(shù)字孿生車間全流程管控

數(shù)字孿生車間將更多車間工作人員從繁瑣重復(fù)的工作中解放出來(lái)，車間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互突破了車間管理結(jié)構(gòu)的層級(jí)之間可能導(dǎo)致的信息屏障，車間成本數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性提升管理人員的決策合理性與科學(xué)性。孿生車間的動(dòng)態(tài)映射根據(jù)工藝模型模擬生產(chǎn)，直觀地展現(xiàn)不同的工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)方案對(duì)成本的影響，輔助進(jìn)行成本預(yù)測(cè)，控制誤差，提升成本核算可靠性。下面選取產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備健康檢測(cè)三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行描述，場(chǎng)景架構(gòu)如圖3所示。

圖3 數(shù)字孿生車間主要應(yīng)用場(chǎng)景架構(gòu)

1.產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)

（1）場(chǎng)景介紹。數(shù)字孿生車間的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)模型主要包括基于物理車間與虛擬車間產(chǎn)品信息的實(shí)時(shí)交互與比對(duì)，通過(guò)物理信息與數(shù)據(jù)的交互融合實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量信息采集與檢測(cè)?；跀?shù)字孿生技術(shù)，憑借孿生車間的高仿真模型作為檢視對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)車間產(chǎn)品狀態(tài)的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控與信息采集，準(zhǔn)確捕捉產(chǎn)品質(zhì)量信息并及時(shí)處理。生產(chǎn)完成后進(jìn)行全景式回溯，確定廢品、次品出現(xiàn)的位置，確定原因，進(jìn)一步優(yōu)化物料配比，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量減少?gòu)U品與次品的產(chǎn)生。

（2）成本管理成效。產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)場(chǎng)景抓取系統(tǒng)中的產(chǎn)成品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析決策，保證產(chǎn)品質(zhì)量合規(guī)。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，車間系統(tǒng)抓取生產(chǎn)線中的各個(gè)流程產(chǎn)品信息，全流程對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量合規(guī)檢測(cè)。若發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷，立即定位缺陷產(chǎn)品位置，將其缺陷程度呈現(xiàn)在孿生車間中并自動(dòng)歸集廢品與次品，將廢品中的可修復(fù)廢品回收處理，殘料回收。系統(tǒng)精確定位避免誤判，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)自動(dòng)化檢測(cè)避免人工檢索的繁雜過(guò)程，避免人為操作產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，降低操作難度，減少質(zhì)量檢驗(yàn)人員，從而縮減人工費(fèi)用。車間系統(tǒng)將廢品、次品進(jìn)行相應(yīng)處理后記錄其產(chǎn)生位置，將信息反饋至管理人員，若存在用料不足等情況及時(shí)優(yōu)化物料分配，減少殘次品率。通過(guò)降本與增效進(jìn)行成本管理，精細(xì)成本核算過(guò)程。

2.生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

（1）場(chǎng)景介紹。數(shù)字孿生車間的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，對(duì)車間生產(chǎn)過(guò)程會(huì)進(jìn)行全方位精準(zhǔn)管控。虛擬車間能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地獲取物理車間生產(chǎn)線運(yùn)行時(shí)間、狀態(tài)等海量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)車間產(chǎn)品物理數(shù)據(jù)的采集、比對(duì)，對(duì)生產(chǎn)線要素完全數(shù)字化鏡像，通過(guò)傳感器連接到物理實(shí)體，判斷生產(chǎn)線的狀態(tài)，并根據(jù)機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)進(jìn)度持續(xù)交互生產(chǎn)實(shí)況數(shù)據(jù)，更新生產(chǎn)計(jì)劃，提升車間生產(chǎn)系統(tǒng)整體的運(yùn)作優(yōu)化程度。

（2）成本管理成效。對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)管控滿足了車間成本核算實(shí)時(shí)性的新要求，同時(shí)能夠輔助預(yù)判生產(chǎn)耗費(fèi)的趨勢(shì)和程度。車間在對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)的控制過(guò)程中，可進(jìn)行全局化成本管控，確定每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)狀態(tài)，獲悉每個(gè)環(huán)節(jié)準(zhǔn)確的成本支出點(diǎn)，便于企業(yè)進(jìn)行成本核算。在對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，將數(shù)據(jù)傳輸至孿生系統(tǒng)，直觀展現(xiàn)每個(gè)班組、每個(gè)訂單的生產(chǎn)效率與成本支出，對(duì)成本管理進(jìn)行細(xì)節(jié)規(guī)劃，選擇最高效、最節(jié)省成本的模式。在研發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，直接在虛擬車間中運(yùn)行便可得知其產(chǎn)量及成品狀況，提前預(yù)判出錯(cuò)的可能，避免工藝?yán)速M(fèi)，節(jié)省直接材料費(fèi)用。當(dāng)出現(xiàn)加急訂單時(shí)，生產(chǎn)人員可以應(yīng)用孿生車間系統(tǒng)模擬生產(chǎn)計(jì)劃，并根據(jù)系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)，找到最優(yōu)的生產(chǎn)計(jì)劃方案，運(yùn)用最少的人力增加額完成加急訂單，有效控制車間管理人員工資，同時(shí)最大程度上降低插單對(duì)成本計(jì)劃以及成本管理帶來(lái)的影響。系統(tǒng)根據(jù)物理車間不斷反饋回來(lái)的信息對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，預(yù)先安排人員加班時(shí)長(zhǎng)，避免人力不必要浪費(fèi)，減少人工費(fèi)用。同時(shí)達(dá)到成本核算精準(zhǔn)化，實(shí)時(shí)化，增加成本管理預(yù)判性和科學(xué)性。

3.生產(chǎn)設(shè)備健康檢測(cè)

（1）場(chǎng)景介紹。生產(chǎn)設(shè)備健康檢測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備故障預(yù)測(cè)、設(shè)備維修等模塊。數(shù)字孿生技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢控的有效手段，能夠?qū)嵭袑?duì)運(yùn)行環(huán)境的自主感應(yīng)，多粒度多尺度仿真。借助數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仿真優(yōu)化與鏡像反映，將整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)反饋。系統(tǒng)基于數(shù)字孿生技術(shù)為車間設(shè)備的安裝、調(diào)試、運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2）成本管理成效。車間的生產(chǎn)設(shè)備健康檢測(cè)系統(tǒng)能夠保障車間設(shè)備高效、可靠、安全運(yùn)行。系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取車間設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如設(shè)備是否處于閑置狀態(tài)，設(shè)備是否溫度過(guò)高，設(shè)備是否存在損毀情況、設(shè)備持續(xù)運(yùn)行時(shí)間等。當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備狀態(tài)異常時(shí)，及時(shí)定位設(shè)備故障點(diǎn)并分析驗(yàn)證，省去人工檢測(cè)環(huán)節(jié)，減少人工費(fèi)用。當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備持續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)平日負(fù)載時(shí)及時(shí)停機(jī)，全方位地進(jìn)行設(shè)備的日常維護(hù)，提高設(shè)備性能，增加設(shè)備使用年限，節(jié)省機(jī)物料耗用量。除全過(guò)程實(shí)時(shí)檢測(cè)外，系統(tǒng)定期遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行性能檢測(cè)，捕捉設(shè)備退化情況并進(jìn)行合理維修，避免出現(xiàn)可以維修的設(shè)備提前報(bào)廢的情況，減少修理費(fèi)用。

綜上，以產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備健康檢測(cè)三個(gè)主要場(chǎng)景為例，分別展示了數(shù)字孿生車間的運(yùn)作機(jī)制及其在成本管理方面的成效。如圖4 所示，數(shù)字車間生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使車間異構(gòu)要素之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。系統(tǒng)集成物理車間和虛擬車間的人員、物料、設(shè)備等實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，在物理車間和虛擬車間之間形成一個(gè)閉環(huán)，不斷優(yōu)化仿真數(shù)據(jù)，并同時(shí)確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性與真實(shí)性。成本管理系統(tǒng)從中提取到客觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，用于確定生產(chǎn)數(shù)據(jù)、確定生產(chǎn)耗費(fèi)等成本核算過(guò)程。系統(tǒng)通過(guò)獲取實(shí)時(shí)的成本數(shù)據(jù)和明晰各個(gè)成本耗費(fèi)點(diǎn)來(lái)確保成本核算的精準(zhǔn)性與客觀性，從直接材料、直接人工和制造費(fèi)用三個(gè)角度全面削減生產(chǎn)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)材料耗費(fèi)更少，人力支出更少，設(shè)備損壞更小，以期達(dá)到精細(xì)多維的成本控制目標(biāo)。

圖4 基于數(shù)字孿生的車間成本管理流程

五、總結(jié)與建議

本文在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，將數(shù)字孿生車間與成本管理結(jié)合起來(lái)，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)融合物理車間與孿生車間生產(chǎn)進(jìn)程，優(yōu)化車間生產(chǎn)，尋求成本管理的數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用新思路，為企業(yè)的車間成本管理尋找新突破?；跀?shù)字孿生的數(shù)字化生產(chǎn)車間成本管理對(duì)于企業(yè)具有關(guān)鍵意義。數(shù)字孿生車間的應(yīng)用能夠幫助企業(yè)有效控制生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)營(yíng)績(jī)效及競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

基于以上研究，提出如下建議：

1.推進(jìn)數(shù)字孿生車間及配套建設(shè)，推動(dòng)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。數(shù)字孿生車間可以為企業(yè)的生產(chǎn)與成本管理提供依據(jù)，通過(guò)對(duì)車間孿生數(shù)據(jù)的分析和處理，企業(yè)應(yīng)配合數(shù)字孿生系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全過(guò)程優(yōu)化與改進(jìn)，打破舊的車間成本管理模式，將精細(xì)化生產(chǎn)成本管理運(yùn)用到具體生產(chǎn)目標(biāo)中，構(gòu)建最佳的成本管理模式。

2.著力探索如何進(jìn)一步促進(jìn)多元信息技術(shù)與成本管理有效互融。數(shù)字孿生技術(shù)車間的建設(shè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)密不可分，企業(yè)應(yīng)積極升級(jí)優(yōu)化，著力探索如何將這些信息技術(shù)與數(shù)字孿生深度融合并應(yīng)用于企業(yè)成本控制與管理，適應(yīng)高新技術(shù)下新的商業(yè)模式與組織結(jié)構(gòu)，將數(shù)字孿生等多元信息技術(shù)融入企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐。

3.樹(shù)立全員精細(xì)成本管理思想，對(duì)生產(chǎn)成本進(jìn)行全過(guò)程控制。產(chǎn)品成本管控是企業(yè)獲得競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵，貫穿企業(yè)生產(chǎn)始終，企業(yè)的成本管理成效與每個(gè)員工、每個(gè)生產(chǎn)流程休戚相關(guān)。除車間生產(chǎn)環(huán)節(jié)外，采購(gòu)、物流等環(huán)節(jié)也是至關(guān)重要的。企業(yè)應(yīng)把降低成本的總體目標(biāo)貫穿于生產(chǎn)全過(guò)程。