一个智能车间的生命周期可分为规划与施工、运行与维护阶段。而车间数字孪生系统在车间的全生命周期内都有着重要的作用。

1. 规划与施工阶段系统的功能需求

传统的车间规划一般都采用二维图纸的模式，但是此种规划模式下，周期较长，而且不利于车间不同工作人员之间的协同工作。数字孪生车间面向车间全生命周期，在规划阶段数字孪生车间需要改变传统车间规划设计模式下的缺点，比如非专业人员难以从设计图获取足量信息、规划变更周期长及不易协同工作等问题。

2. 运行与维护阶段系统的功能需求

车间是日常制造活动进行的场地，而车间数字孪生系统如何在车间运行阶段发挥出数字孪生技术的作用对于推动制造的智能化具有重要的作用。

传统的制造车间离智能车间还有一定的距离，仍然存在不少的问题：

①传统车间的监控主要以多种数据统计表的形式展示给工作人员，这种方式存在信息分散、可视化效果差、信息难以与实际车间具体设备对应等；

②缺乏实时的物流规划及指导，目前车间物流一般根据专家经验或者提前进行离线的物流规划进行，这种方式无法适应车间制造活动的动态性，无法根据实时的车间情况做出最合适的物流运输决策；

③生产调度过于被动，无法及时发现问题导致后续生产资源等的调度出现问题；

④对于产品的质量追溯及分析不够，无法更好地促进工艺、加工质量的改进；

⑤设备故障的被动式响应，导致影响车间整体运行计划及效率；

通过以上分析，在车间运行阶段，为了改进传统车间制造过程中的问题，车间数字孪生系统需要具备的功能需求主要包括：

1）车间全要素实时监控功能，即在车间运行过程中，在系统的虚拟空间内需要能够以较强的可视化效果展示给工作人员所需的所有数据。

2）实时物流规划及配送指导功能，即结合实时车间各个工位需求、库存等实时状态给出最优的物流路径，并指导自动配送车或者对应车间人员进行配送。

3）智能生产调度，即结合车间生产资源、设备故障等具体情况，实时调整生产计划，进行预测性生产。

4）产品质量追溯及分析功能，即在产品质量出现问题时，在物理车间采集的各个工序定位精度、切削力误差等信息基础上，通过在虚拟空间进行仿真模拟，对加工质量进行分析预测，从而发现问题改进工艺，控制加工质量。

5）设备故障预测功能，即需要在车间进行生产活动时，能够进行设备的故障预测，提前发现问题，主动推送报警消息，及时做出响应，防止因设备故障问题大量拖延生产计划。

3. 从人机交互角度看系统的功能需求

随着信息技术的发展，涌现出了很多实用的人机交互和计算技术，如AR、VR等。在车间数字孪生系统中应用这些技术可以使用户有更好的使用体验。比如，系统中虚拟车间以三维形式构建，并以VR的方式展现，可以使得用户沉浸在数字化环境中，对物理车间的各类真实数据信息有着非常好的可视化效果，对车间的实时监控、故障诊断等方面均会有重要的增强。

4. 系统的总体功能需求