请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版
搜索
房产
装修
汽车
婚嫁
健康
理财
旅游
美食
跳蚤
二手房
租房
招聘
二手车
教育
茶座
我要买房
买东西
装修家居
交友
职场
生活
网购
亲子
情感
龙城车友
找美食
谈婚论嫁
美女
兴趣
八卦
宠物
手机

详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios

[复制链接]
查看: 87|回复: 0

2万

主题

2万

帖子

6万

积分

管理员

Rank: 9Rank: 9Rank: 9

积分
61833
发表于 6 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品
导读:假如不能切确大白数字孪生技术的底子内在就囫囵吞枣天时用数字孪生技术,很大要会“走入邪路”。




文/ e-works CEO、总编 黄培博士

 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品

当前,数字孪生(Digital twin)是各界关注的热门,举世著名IT研讨机构Gartner曾在2017年至2019年连续三年将数字孪生列为十大新兴技术之一。北京航空航天大学陶飞教授团队对数字孪生技术举行了持久的深入研讨,撰写了一批国际水准的学术论文。近期,美国产业互联网同盟(IIC)、IDC、埃森哲、中国信通院、赛迪等研讨机构相继颁发了关连白皮书,我国从政府主管部分到企业也很是关注数字孪生技术。
可是,当前业界对于数字孪生技术还存在一些暗昧以致毛病的熟悉,给数字孪生技术披上了一层机密的面纱。e-works以为,假如不能切确大白数字孪生技术的底子内在就囫囵吞枣天时用数字孪生技术,很大要会“走入邪路”。为此,本文盼望结合产业界的利用需求与理论,厘清对数字孪生的底子熟悉,指导企业切确大白和利用数字孪生技术。
01
关于数字孪生的内在


很多业界支流公司都对数字孪生给出了自己的大白和界说,对于数字孪生的根源,本文不再赘述。本文首先对Gartner在过去三年对数字孪生的论述举行解读。
2017年,Gartner在十大新兴技术的专题对数字孪生的表白是:数字孪生是实物或系统的静态软件模子,在三到五年内,数十亿计的实物将经过数字孪生来表达。经过利用实物的零部件运转和对情况做出反应的物理数据,以及来自传感器的数据,数字孪生可用于分析和模拟现实运转状态,应对变革,改良运营,实现增值。数字孪生所发挥的感化就像一个专业技师和传统的监控和控制器(例如压力表)的结合体。推动数字孪生利用需要举行文化变革,结合装备保护专家、数据科学家和IT专家的上风。将装备的数字孪生模子与生产法子、情况,以及人、营业和流程的数字表达结合起来,以实现对现实全国加倍正确的数字表达,从而实现仿真、分析和控制。[1]
 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品
△ Gartner2017年公布的新兴技术成熟度曲线


在Gartner2017年公布的新兴技术成熟度曲线中,数字孪生处于创新萌生期,间隔成熟利用另有5-10年时候。

2018年,Gartner在十大新兴技术专题中对数字孪生的表白是:数字孪生是现实全国实物或系统的数字化表达。随着物联网的普遍利用,数字孪生可以毗连现实全国的工具,供给其状态信息,响应变革,改良运营并增加价格。到2020年,估量将有210亿个传感器和末端接入点毗连在一路,在未几的未来,数十亿计物体将具稀有字孪生模子。Gartner公司副总裁David Cearley指出,经过维修、保护与运营(MRO)以及经过物联网提升装备运营绩效,有望节省数十亿美圆。[2]
短期内,数字孪生将有助于资产治理,但终极将经过洞察产物操纵情况,以及有哪些改良路子,从而终极企业提升运营绩效。
除了经过物联网毗连“物”,数字孪生毗连的工具另有更多!八孀攀焙虻耐埔,我们这个全国的万事万物几乎都可以与其数字工具静态地相互毗连,并可以也许基于AI实现高级仿真、运营和分析,” Cearley指出!按泳迷独纯,处置城市计划、数字营销、医疗保健和产业计划的专业人士都将在向集成的数字孪生全国转型中获益! 例如,未来的人类数字模子可以供给生物识别和医疗数据,而全部城市的数字孪生模子将可以也许实现高级模拟。
从2018年Gartner公布的新兴技术成熟度曲线中可以看出,数字孪生已经进入了过热期,其建立和预期出现了高峰,超越其当前本事,会构成投资泡沫。

 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品
△ Gartner2018年公布的新兴技术成熟度曲线


2019年,Gartner在十大新兴技术专题中对数字孪生的表白以下:
数字孪生是现实保存中物体、流程或系统的数字镜像。大型系统,例如发电厂或城市也可以建立其数字孪生模子。数字孪生的想法并不新,可以回溯到用盘算机帮助计划来表述产物,大要建立客户的在线档案,可是现在的数字孪生有以下四点差别:[3]

  • 模子的坚忍性,聚焦于怎样支持特定的营业成果;
  • 与现实全国的毗连,具有实现实时监控和控制的潜力;
  • 利用高级大数据分析和人工智能技术来获得新的商机;
  • 数字孪生模子与实物模子的交互,并评价各类场景怎样应对的本事。

当前的重点是基于物联网利用的数字孪生,可以经过供给保护和牢靠性信息,洞察产物怎样更有用地运转和有关新产物和进步服从的数据,以改良企业决议。机关的数字孪生正在兴起,以经过建立机关的流程模子,可以举行实时监控并进步流程服从。

从上述分析中可以看出,Gartner对于数字孪生的大白也有一个不停演进的进程,而数字孪生的利用主体也不范围于基于物联网来洞察和提升产物的运转绩效,而是延长到更广漠的范围,例如工场的数字孪生、城市的数字孪生,以致机关的数字孪生。
举世著名PLM研讨机构CIMdata以为:数字孪生模子不大要零丁存在;可以有多个针对差别用处的数字孪生模子,每个都有其特定的特征,例如数据分析数字孪生模子、MRO数字孪生模子、财政数字孪生模子、工程孪生模子以及工程仿真数据孪生模子;每个数字孪生模子必须有一个对应的物理实体,数字孪生模子可以而且应领先于物理实体而存在;物理实体可所以工场、船舶、根柢法子、汽车或任何典范的产物;每个数字孪生模子必须与其对应物理实体有某些形式的数据交互,但不必是实时或电子形式。

GE Digital以为:数字孪生是资产和流程的软件表示,用于大白、猜测和优化绩效以改良营业成果。数字孪生由三部分组成:数据模子、一组分析工具或算法,以及常识。[4]

     西门子以为:数字孪生是物理产物或流程的捏造表示,用于大白和猜测物理工具或产物的性能特征。数字孪生用于在产物的全部生命周期,在物理原型和资产投资之前模拟、猜测和优化产物和生产系统。[5]


SAP以为:数字孪生是物理工具或系统的捏造表示,但其远远不单是一个高科技的表面。数字孪生操纵数据、呆板进修和物联网来帮助企业优化、创新和供给新办事。[6]

PTC以为:数字孪生(PTC翻译为数字映照)正在成为企业从数字化转型法子中获益的最好路子。对于产业企业,数字孪生重要利用于产物的工程计划、运营和办事,带来垂危的贸易价格,并为全部企业的数字化转型奠基根柢。[7]
    陶飞教授指出:当前对数字孪保存在多种差别熟悉和大白,现在尚未构成同一共鸣的界说,但物理实体、捏造模子、数据、毗连和办事是数字孪生的焦点要素。差别阶段(如产物的差别生命周期)的数字孪生出现出差别的特点,对数字孪生的熟悉与理论离不开具体工具、具体利用与具体需求。从利用和打点现实需求的角度动身,现实利用进程中不愿定要求所建立的“数字孪生”具有全数理想特征,能满足用户的具体需求即可。


在赵敏教员和宁振波教员撰写的《铸魂:软件界说制造》一书中指出,数字孪生是理论先行,概念后成;数字孪生模子可以与实物模子高度相像,而不大要相当;数字孪生模子和实物模子也不是一个简单的一对一的对应关系,而大要存在一对多,多对一、多对多,以致一对少,一对零和零对一等多种对应关系。
     结合学术界的研讨和产业界的理论,e-works以为,数字孪生并不是一种单元的数字化技术,而是在多种使能技术灵敏成长和交织融合根柢上,经过构建物理实体所对应的数字孪生模子,并对数字孪生模子举行可视化、调试、体验、分析与优化,从而提升物理实体性能和运转绩效的综合性技术计谋,是企业推动数字化转型的焦点计谋法子之一。


02
数字孪生的底子特征



数字孪生的底子特征是真假映照。经过对物理实体构建数字孪生模子,实现物理模子和数字孪生模子的双向映照。构建数字孪生模子不是方针,而是本事,需要经过对数字孪生模子的分析与优化,来改良其对应的物理实体的性能和运转绩效。
任何物理实体都可以建立其数字孪生模子,一个零件、一个部件、一个产物、一台装备、一把加工刀具、一条生产线、一个车间、一座工场、一个修建、一座城市,以致一颗心脏、一小我体等。对于差别的物理实体,其数字孪生模子的用处和偏重点差别很大。
例如,达索系统帮助新加坡构建了数字城市,建立了一座城市的数字孪生模子,不单包含了地理信息的三维模子,各类修建的三维模子,还包含了各类地下管线的三维模子。该模子作为城市的数字化档案,可以用于优化城市交通,便于各类公共法子的保护。Biodigital公司建立了生物数字人体模拟演示的在线平台,可以帮助医生和科学家研讨人体机关,举行模拟实验。在太空摸索的进程中,科学家经过数字孪生模子对远在太空的航天器,例如登陆火星的“猎奇号”火星车举行远程监控、仿真与操控。明显,物理实体的结构越复杂,其对应的数字孪生模子也会越复杂,实现数字孪生利用的难度也更大。
 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品
△ 图源:达索系统(新加坡数字城市)
    03
数字孪生的关键使能技术


数字孪生灵敏成为飞腾,源于数字化计划、捏造仿真和产业互联网(产业物联网)等关键使能技术的发财成长与交织融合。
数字化计划技术从早期的二维计划成长到三维建模,从三维线框外型进化到三维实体外型、特征外型,发生了诸如间接建!⑼浇!⒒煜5燃际,以及面向修建与施工行业的BIM技术(修建信息模子)。三维建模技术不单用于产物计划阶段,而且可以实现三维工艺计划。产物的三维模子中不单包含几多信息、装配关系,还包含PMI(产物制造信息,包含尺寸、公役、形位公役、粗糙度和材料规格等信息)等制造信息,已经可以实现MBD(基于模子的产物界说)。

为了支持产物三维模子的快速欣赏,可以从包含三维工艺特征的完整三维特征模子中,抽取出仅包含几多信息的轻量化三维模子。基于三维外型和三维表示技术,捏造现实技术(VR)获得了发财成长,普遍用于汽车、飞机、工场等复杂工具的捏造体验,包含沉醉式捏造现实系统Cave,用于产物展现和市场推行的三维衬着技术,以及基于视景仿真的模拟驾驶技术等。近年来又成长起来增强现实技术(AR),其特点是可以将实物模子和数字化模子融合在一个可视化情况当中,从而实现传感器数据的可视化,还可以举行产物操纵、装拆及维修进程的三维可视化,实现产物操纵培训、维修保护等利用。

捏造仿真技术从早期的有限元分析成长到对流场、热场、电磁场等多个物理场的仿真,多范围物理建模,对振动、碰撞、噪声、爆炸等各类物理现象的仿真,对产物的活动仿真,及材料力学、弹性力学和动力学仿真,对产物持久操纵的疲惫仿真,对全部产物的系统仿真,以及针对注塑、铸造、焊接、折弯和冲压等各类加工工艺的仿真,以及装配仿真,帮助产物实现团体性能最优的多学科仿真与优化,针对数控加工和产业呆板人的活动仿真(其中数控仿真又可以分为仅仿真刀具轨迹,以及仿真全部工件、刀具和数控装备的活动),另有面向工场的装备结构、产线、物流和人因工程仿真。假如从仿真的工具来区分,捏造仿真技术可以分为产物性能仿真、制造工艺仿真和数字化工场仿真。
在数字化计划技术和捏造仿真技术成长和集成利用的进程中,发生了Digital Mockup(DMU,数字原型)、Digital Prototyping(数字样机)、Virtual Prototype(捏造样机)、Functional Virtual Prototype(全功用捏造样机)等技术,重如果用于实现复杂产物的活动仿真、装配仿真和性能仿真。经过对数字样机举行捏造实验,可以淘汰物理样机和物理实验的数目,从而低落产物研发和试制本钱,进步研发服从。
另一方面,随着传感器技术和无线通讯技术的成长,二十一世纪以来,物联网利用越来越广。除在消耗范围利用之外,为了支持高价格产业装备的运转监控和维修保护,产业物联网(IIOT)起头遭到业界普遍关注。IIOT采集的数据典范和采集频次比平常的物联网利用高很多,而利用的数学模子和分析方式也比平常的物联网利用复杂很多。
在学术界的研讨和GE、西门子等产业巨头的树模效应驱动下,数字孪生技术起头遭到普遍关注。2016年6月,我在美国加入西门子产业软件一年一度的举世媒体与分析师集会会议时,西门子利用了Digital Twin、Digital Thread(数字主线)等术语。我那时倡议他们对这些名词术语赐与表白,后来西门子给我发来对十多个名词的表白,e-works专门对这些名词术语举行了翻译,颁发了一篇文章。

从数字孪生技术的成长背景可以看出,数字孪生模子是相对于其物理模子而言的。可以先建立数字孪生模子,利用数字孪生模子来举行捏造实验,但终极照旧要建立物理模子,经过对数字孪生的分析,来优化物理模子的运转。

除了上述技术,产业大数据、人工智能等技术也是数字孪生的关键使能技术。

需要夸大的是,数字孪生的关键使能技术在数字孪生诞生之前就已经存在。而数字孪生的利用,又促进了这些关键使能技术的进一步成长。

04
产物的数字孪生

和工场的数字孪生



差别物理实体的数字孪生利用重点差别很大。

产物数字孪生利用的重点在于复杂的机电软一体化装备,例如发电装备、工程呆板、呆板加工中心、高端医疗装备、航空策动机、飞机、卫星、船舶、轨道交通装备、电梯、通讯装备,以及可以也许实现智能互联的通讯终端产物。

在产物的计划制造生命周期,可以经过在实物样机上安装传感器,在样机测试的进程中,将传感器采集的数据传递到产物的数字孪生模子,经过对数字孪生模子举行仿真和优化,从而改良和提升终极定型产物的性能;还可以经过半实物仿真的方式,部分零部件采取数字孪生模子,部分零件采取物理模子来举行实时仿真和实验,考证和优化产物性能。另一方面,在产物创新计划时,大大都零部件会重用前一代产物的零部件,假如老产物已经建立了关键零部件的数字孪生模子,一样也该当举行重用,从而提升新产物研发服从和质量。
产物退役的生命周期是产物的数字孪生利用最焦点的阶段。特别是对于长寿命的复杂装备,经过产业物联网采集装备运转数据,并与其数字孪生模子在类似工况下的仿真结果举行比对,可以分析出该装备的运转能否一般,运转绩效怎样,能否需要更换零部件,并可以结合人工智能技术分析装备的健康水平,举行故障猜测等。对于高端装备产物,其数字孪生模子该当包含每一个实物产物退役的全生命周期数字化档案。
在产物的报废采取再操纵生命周期,可以按照产物的操纵履历、维修BOM和更换备品备件的记载,结合数字孪生模子的仿真结果,来判定哪些零件可以举行再操纵和再制造。例如SpaceX公司的一级火箭实现了复用,结合数字孪生技术,可以加倍切确地判定哪些零部件可以复用,从而大大低落了火箭发射的本钱。

工场的数字孪生利用也分为三个方面:在新工场建立之前,可以经过数字化工场仿真技术来对构建工场的数字孪生模子,并对自动化控制系统和产线举行捏造调试;在工场建立时代,数字孪生模子可以作为现场施工的指南,还可以利用AR等技术在施工现场指导施工;而在工场建成以后正式运转时代,可以经过其数字孪生模子对实体工场的生产装备、物流装备、检测与实验装备、产线和仪表的运转状态与绩效,以及生产质量、产量、能耗、产业平安等关键数据举行可视化,在此根柢上举行分析与优化,从而帮助工场进步产能、提升质量、低落能耗,并消除平安隐患,制止平安变乱。

     现在,已有很多企业建立了生产监控与批示系统,对车间举行视频监控,表示装备状态(停机、正!⒃ぞ捅ň龋,展现各类分析报表和图表等。构建数字孪生工场可以进一步提升工场运转的通明度。但是,要构建工场完整的高保真数字孪生模子,需要工场的修建、产线、装备和产物的数字孪生模子,难度很大。装备和产线的数字孪生模子构建,有赖于厂商供给关连数据,仅仅经过立体相机拍照,经过逆向工程构建的车间三维模子精度很低,而且也只包含表面的三维模子。可是,即即是仅仅底子的暗示性的低精度的工场数字孪生模子,对于工场治理者实时洞察生产、质量和能耗情况,尽早发现装备隐患,制止非筹划停机,也具有适用价格。


     需要夸大的是,对于一个已经建成投产的工场,在工场运转进程中,其数字孪生工场所表示的全数数据和状态信息,均来自实在的物理工场,而非仿真结果。毫无疑问,要构建数字孪生工场,需要实现装备数据采集和车间联网(M2M)。


下图是美的团体的数字孪生工场利用实例。

 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品

△ 美的团体数字孪生工场利用实例


数字孪生工场对于离散制造企业和流程制造企业都有很是垂危的价格。在观察英国Aveva公司时,我们观赏了该公司对于化工场和无人海上钻井平台的数字孪生利用展现,数字孪生利用对于工场的平安运营具有垂危意义。
产物数字孪生模子与工场数字孪生模子在产物的制造进程中可以实现融合利用。在推动工场的数字孪生利用时,倘使有高保真的产物数字孪生模子,而且在此根柢上可以也许构建产物的制造、装配、包装、测试等工艺的数字孪生模子,以及各类刀具和工装夹具的数字孪生模子,则可以在数字化工场情况中,加倍精准地对产物制造进程举行分析和优化。

05
产物数字孪生模子的演进

和数字主线



产物的数字孪生模子是一个“不停发展、不停丰富”的进程,在全部产物生命周期中,从产物的需求信息、功用信息、材料信息、操纵情况信息、结构信息、装配信息、工艺信息、测试信息到保护信息,不停扩大,不停丰富,不停完竣。数字孪生模子越完整,就越可以也许逼近其对应的实体工具,从而对实体工具举行可视化、分析、优化。
假如把产物全生命周期各类数字孪生模子比方为散乱的珍珠,那末将这些珍珠串起来的链子,就是数字主线(Digital Thread)。数字主线不单可以串起各个阶段的数字孪生模子,也包含产物全生命周期的信息,确保在发生变更时,各类产物信息的同等性。
CIMdata以为,数字主线是一种信息交互的框架,可以也许买通本来多个竖井式的营业视角,连通装备生命周期数据(也就是其数字孪生模子)的互联数据流和集成视图。数字主线经过强大的端到真个互联系统模子和基于模子的系统工程(MBSE)流程来支持和支持。波音公司展开了数字孪生和数字主线利用理论,提出基于模子企业(MBE)“钻石模子”。
 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品
△ 波音公司提出的基于模子企业的“钻石模子”


对产物数字孪生模子的仿真分析,可以发现产物出现了什么题目。但假如要探讨为什么出现题目,还需要依靠数字主线把各个阶段的数字孪生模子串起,来举行整合分析。
 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品

△ 数字孪生与数字主线(根源:林诗万)


埃森哲在其颁发的《数字孪生:打造生力产物,重塑客户体验》白皮书中很是夸大数字主线和数字孪生的亲近联系。所谓生力产物指的是Live Product。埃森哲以为,数字主线是贯串于公司各个职能部分和产物生命周期的信息流,涵盖产物构想、计划、供给链、制造、售后办事等各个环节,以致内部的供给商、互助同伴、和客户发生的数据,使其能对产物及其运转供给全景的静态信息,赋能数字孪生的斥地和更新。数字主线使得产物计划、制造和运维进程中所操纵的流程以及所发生的数据可以也许链接、追溯和治理;而数字孪生是在产物计划至运维的全部生命周期内,操纵经过数字主线管控的数据对产物举行建!⒍圆锏男阅堋⑿形傩蟹抡妗⒉虏狻⒄锒虾头从。   06
数字孪生

在制造业的典型利用处景


数字孪生技术在各个行业有普遍的利用处景。陶飞教授团队在《盘算机集成制造系统》2018年第1期刊登的“数字孪生及其利用摸索”一文中,归纳了14种利用处景,后来又在论文中先容了数字孪生在航空航天、电力、汽车、石油自然气、健康医疗、船舶航运、城市治理、聪明农业、修建建立、平安急救、情况保护等11个范围,45个细分类的利用。

 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品

△ 数字孪生的产业利用(根源:陶飞教授)

e-works以为,数字孪生在制造业的利用远景广漠。其中,产物的数字孪生利用覆盖产物的研发、工艺计划、制造、测试、运维等各个生命周期,可以帮助企业推动数字化营销和自助式办事,有助于企业提升保护办事支出,创新贸易形式;工场数字孪生在工场计划、建造,生产线调试、安装,工场运转监控、产业平安等方面都可以对企业带来价格;数字孪生在供给链治理范围也可以利用,例如车间物流调理、运输途径优化等。
以下先容一些数字孪生在制造业的典型利用:
① 产物的运转监控和智能运维。


     对于可以也许实现智能互联的复杂产物,特别是高端智能装备,将实时采集的装备运转进程中的传感器数据传递到其数字孪生模子举行仿真分析,可以对装备的健康状态和故障征象举行诊断,并举行故障猜测;假如产物运转的工况发生改变,对于拟采取的调解步伐,可以先对其数字孪生模子在仿真云平台上举行捏造考证,假如没有题目,再对现实产物的运转参数举行调解。下图是ANSYS的数字孪生技术在风电行业利用的案例。经过利用数字孪生技术,可以帮助风电企业制止非筹划性停机,实现猜测性保护和运转控制与优化。


 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品

ANSYS在风电行业的数字孪生利用案例

     对于航空策动机的数字孪生利用,由于每台策动机的飞翔履历差别,飞翔的情况差别,健康退役的寿命,以及保护历史差别很大,是以,该当对每台航空策动机建立其对应的数字孪生模子。GE航空对于正在空中运转的航空策动机举行实时监控,一旦出现故障隐患,可以经过对数字孪生模子的分析来猜测风险品级,实时举行维修保护,明显提升了飞翔平安。GE航空经过数字孪生模子记载了每台航空策动机每个架次的飞翔门路、承载量,以及差别飞翔员的驾驶风尚和对应的油耗,经过分析和优化,可以延长策动机的退役周期,并改良策动机的计划计划。


 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品

△ GE航空的数字孪生利用

在数字孪生利用范围,GE与ANSYS公司展开了计谋互助。经过数字孪生技术的利用,实现产物的健康治理、远程诊断、智能保护和同享办事。经过结合传感器数据和仿真技术,帮助客户分析特定的工作条件并猜测故障,从而节省运维本钱。GE航空经过汇总计划、制造、运转、完整飞翔周期的关连数据,猜测航空策动机的性能表示:
○ 将策动机传感器数据与性能模子结合,按照运转情况的变革和物剃头动机性能的衰减,构建自顺应模子,精准监测航空策动机的部件和整机性能;


○ 将策动机历史维修数据中的故障形式注入三维结构模子和性能模子,构建故障模子,利用于故障诊断和猜测;


○ 将航空公司历史飞翔数据与性能模子结合并融合数据驱动的方式,构建性能猜测模子,猜测整机性能和残剩寿命;


○ 将部分线性化模子与飞机运转状态情况模子融合并构建控制优化模子,实现策动机控制性能寻优,使策动机在飞翔进程中发挥更好的性能。

西门子未来自智能传感器的温度、加速度、压力和电磁场等信号和数据,以及来自数字孪生模子中的多物理场模子和电磁场仿真和温度场仿真结果传递到Mindsphere平台,经过举行对照和评价,来判定产物的可用性、运转绩效和能否需要更换备件。

 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品

△ 西门子的数字孪生利用案例

    在复杂装备的运维方面,可以经过AR技术,基于产物的数字孪生模子天生产物操纵、装配或拆卸的三维动画。在实物情况下,透过各类穿着装备或移动终端举行示教。PTC供给了先辈易用的AR利用平台。

② 工场运转状态的实时模拟和远程监控。


     对于正在运转的工场,经过其数字孪生模子可以实现工场运转的可视化。包含生产装备现在的状态,在加工什么定单,装备和产线的OEE、产量、质量与能耗等,还可以定位每一台物流装备的位置和状态。对于出现故障的装备,可以表示出具体的故障典范。华龙讯达利用数字孪生技术,在烟草行业举行了工场运转状态的实时模拟和远程监控理论,中烟团体在北京便可以实现对散布在各地的工场举行远程监控。海尔、美的在工场的数字孪生利用方面也展开了行之有效的理论。

③ 生产线捏造调试。


在捏造调试范围,西门子公司及上海智参、广州明珞等互助同伴已展开了很多理论。捏造调试技术在数字化情况中建立生产线的三维结构,包含产业呆板人、自动化装备、PLC和传感器等装备。在现场调试之前,可以间接在捏造情况下,对生产线的数字孪生模子举行呆板活动、工艺仿真和电气调试,让装备在未安装之前已经完成调试。
     利用捏造调试技术,在捏造调试阶段,将控制装备毗连到捏造站/线;完成捏造调试后,控制装备可以快速切换到现实生产线;可随时切换到捏造情况,分析、批改和考证正在运转的生产线上的题目,制止长时候且高贵的生产搁浅。


捏造调试技术对企业的价格表示在:早期考证优化研发+工艺+制造的可行性,淘汰物理样机投入本钱;淘汰去用户现场做呆板人调试时候和出错率,节省出差本钱;真假融合后为全部工场的数字孪生打好根柢,工场建成以后可以与SCADA系统融合,打造基于三维模子的可视化监控系统,实现工场的数字孪生。
    Maplesoft公司的MapleSim平台供给了一体化的生产线捏造调试打点计划。罗克韦尔自动化凭借百年的行业积聚,近期经过计谋投资和加速整合生态互助同伴等方式在加速完竣数字化打点计划。2019年,罗克韦尔自动化收买了数字模拟和仿真的创新型工程软件斥地商Emulate3D。其软件使客户可以也许在制造和自动化本钱现实发生和托付终极计划之前对呆板和系统计划举行捏造测试,改良系统计划和计划决议,以即可以也许在终极计规定型与制造本钱落地之前对装备系统的计划举行考证,大大收缩产物上市时候和进步运营服从,还可以操纵工场的数字孪生模子对员工举行培训,低落工场运营的风险。
 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品

△ Emulate3D和MapleSim捏造调试平台

美的团体旗下的美云智数的MIoT.VC系统供给了基于数字孪生的捏造调试打点计划。其组件库内置1400多个呆板人组件,内置KUKA、ABB、安川、川崎等各支流呆板人协议;可以经过图形示教,可以快速举行呆板人姿势计划、活动途径干与检查和姿势公道性分析;支持呆板人姿势和轨迹的离线编程与捏造调试,与现场装备的实时联机;支持喷涂、焊接等呆板人行动示教、离线编程及捏造调试。该系统支持OPC-UA 和西门子S7两大产业协议。
 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品

△ 美云智数的MIOT.VC捏造调试系统

④ 机电软一体化复杂产物研发。


对于高度复杂的机电软一体化产物,可以在研发阶段经过构建产物的数字孪生模子,并经过工程仿真技术的利用加速产物的研发, 帮助企业以更少的本钱和更快的速度将创新技术推向市场。应用数字孪生技术,可以也许综合操纵结构、热学、电磁、流体和控制等仿真软件举行单物理场仿真和多场耦合仿真,对产物举行计划优化、确认和考证,还可以构建正确的综合仿真模子来分析现实产物的性能,实现连续创新。经过结合创成计划技术(Generative Design)、增材制造技术、半实物仿真技术,可以明显收缩产物上市周期。

GE公司以为,从概念计划阶段起头推动航空策动机的数字孪生利用,更轻易地将计划和结构模子与运转数据关连联,同时,另有助于优化计划,进步生产服从。精航伟泰测控仪器(北京)有限公司供给了基于模子的卫星数字孪生存划打点计划,可以最洪流高山将考证后的计划模子自动转化为卫星的物理实现,例如可以按照关连计划模子自动天生星载软件的代码。
⑤ 数字营销。


对于尚未上市的新产物,经过公布其概念阶段的数字孪生模子,让消耗者挑选更爱好的计划计划,然后再举行具体计划和制造,这样有助于企业提升销售业绩。同时,经过构建基于数字孪生模子的在线设备器,可以帮助企业实现产物的在线选配,实现多量量定制。下图是比特视界(北京)科技有限公司(BITONE)为宝沃汽车斥地的在线设备器,动感实足,可以检察各类设备的表面和内饰。

 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品


△ BITONE斥地的汽车在线设备器


07
数字孪生对制造企业的利用价格



IDC在2018年5月颁发的《数字孪生收集》报告中指出,到 2020 年末,65%的制造企业将操纵数字孪生运营产物和/或资产,低落质量缺点本钱和办事托付本钱 25%。

 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品

△ 数字孪生对制造企业的价格
IDC《数字孪生收集》报告

产物数字孪生利用的价格是经过真假融合、真假映照,连续改良产物的性能、为客户供给更好的体验,提高产物运转的平安性、牢靠性、安定性,提升产物运转的“健康度”,在此根柢上提升产物在市场上的合作力。同时,经过对产物的结构、材料、制造工艺等各方面的改良,低落产物本钱,帮助企业进步盈利本事;而工场数字孪生利用的价格重要表示在构建通明工场,提升工场的运营治理水平,进步团体OEE,低落能耗,促进平安生产等方面。要真正实现工场数字孪生利用的价格,需要装备用户企业和装备制造企业举行深条理的互助。
GE公司对数字孪生的利用价格给出了一段典范描摹:数字孪生经过海量的计划、制造、检测、维修、在线传感器及运营数据来建立和获得信息,应用一系列高保真的盘算的和基于物理实体的模子,以及高级分析方式来猜测资产装备在其全生命周期的健康和绩效。数字孪生模子的切确水平孀攀焙蛲埔,经过更大都据来对模子举行精炼,以及类似装备安排其数字孪生利用而提升。模子随着数据的连续采集而不停批改。数字孪生模子供给了装备的具体常识,猜测对各类大要场景的应对情况,并作为实时参照来构建各类利用系统,以实现优化各类办事,进步绩效和服从,改良运维、供给链和营业运营等营业价格。[8]
数字孪生技术最早的提倡者之一,NASA国家先辈制造中心主任John Vickers以为:“数字孪生模子的终纵方针是在捏造情况中建立、测试和生产所需装备。只要当它满足我们的需求时,才举行实体生产。然后,又将实体生产进程经过传感器传递给数字孪生模子,以确保数字孪生模子包含我们对实体产物举行检测所可以也许获得的全数信息!

另一篇GE颁发于2015年的文章指出:数字孪生模子的上风是经过结合从计划到实时采集装备的数据等关连信息,来对装备在全生命周期举行优化。不单可以低落原型计划或制造的本钱,而且可以经过将实时数据导入数字孪生模子举行分析,从而猜测故障,低落保护本钱,淘汰停机时候。

08
数字孪生支流厂商和打点计划



当前,数字孪生范围在举世遭到普遍关注。西门子、达索系统、PTC、ANSYS、罗克韦尔自动化、Aveva、ESI、GE、SAP、Unity、微软、Altair、Maplesoft、Bentley、力控科技、华力创通、触角科技、优也科技、华龙讯达、美云智数、寄云科技、华天软件、精航伟泰、比特视界和同元软控等国内外厂商供给了数字孪生的关连打点计划。

西门子的数字孪生打点计划覆盖周全,从计划工具、捏造仿真、制造运营治理到产业自动化、物联网平台等关键技术,均供给响应的技术。为了建立加倍完整的数字孪生利用模子,西门子在CAD/PLM等产业软件根柢上,不停加大投资,前后并购整合了质量治理、生产筹划排程、制造实行、仿真分析等各范围领先的技术。

西门子的数字孪生利用分为产物数字孪生(Product Digital Twin)、生产数字孪生(Production Digital Twin)和性能数字孪生(Performance Digital Twin)构成了一个完整的打点计划系统,并把西门子现有的产物及系统包揽其中,例如Teamcenter、NX、Simcenter等。

  • 产物数字孪生:在产物的概念和计划阶段建立数字孪生后,使得工程师可以按照响应的要求仿真和考证产物属性:例如评价产物能否安定,能否直观易用?汽车车身能否供给尽大要低的空气阻力?电子装备能否牢靠?不管是触及呆板、电子、软件照旧系统性能,数字孪生都可以用于提早测试和优化。
  • 生产数字孪生:它触及从工场的呆板、装备、传感器等全部生产情况的各个方面。经过在捏造情况中仿真和调试,在现实操纵起头之前,便可以识别毛病和避免故障。
  • 性能数字孪生:不停地从产物或生产线获得运转数据。如答应以连续监控来自呆板的状态数据和制造系统的能耗数据等信息。这使得可以实行猜测性保护维修,以避免停机并优化能耗。
   
ANSYS Twin Builder是一款针对数字孪生的产物软件包,能帮助工程师快速构建、考证和安排物理产物的数字化表示形式。这款开放式打点计划可以集成任何IIoT平台,而且包含运转时安排功用,从而可以也许在运转进程中连续监控所用的每台资产装备。在ANSYS Twin Builder的支持下,产业资产的毗连功用与团体系统仿真充实结合,能帮助客户展开诊断和故障断根工作,肯定理想的保护步伐,优化每个资产装备的性能,并获得极富洞察力的数据,从而改良新一代产物。
近来,Ansys与微软、戴尔、Lendlease等团结推行数字孪生技术,配合组建了数字孪生同盟(Digital Twin Consortium, www.digitaltwinconsortium.org)。ANSYS与众多同伴的互助,表白仿真技术不再仅仅只是作为工程师计划更出色产物和低落物理测试本钱的利器,经过打造数字孪生,仿真技术的利用扩大到各个运营范围,涵盖产物的健康治理、远程诊断、智能保护和同享办事等利用。

     PTC对于数字孪生(数字映照)的认知更夸大数字全国与现实全国的联系。PTC的数字孪生涵盖产物计划、制造、操纵,再将操纵数据回传举行监测分析,使得现实全国与数字全国之间的数据传递构成完整回路,增强现实全国与数字全国的毗连。


     随着产业企业天生越来越多的有关物理全国的数据,PTC将这些数据映照回界说其产物、流程和职员的 IT 系统,以增强数字主线。同时PTC的物联网平台ThingWorx和增强现实平台Vuforia等缔造的数据,可以进一步挖掘数字孪生利用的价格。


PTC还与罗克韦尔、Ansys等建立了互助关系。PTC的ThingWorx、Vuforia与罗克韦尔自动化的MES、FactoryTalk Analytics 以及 Industrial Automation 平台,可以简化企业的毗连方式,实现更好的互联互操纵性。而在ThingWorx上快速增加ANSYS工程仿真技术,经过两大技术平台之间建立联系,则有助于将原始数据变革为可采取法子的新型智能信息。
达索系统的数字孪生实现重要依托3DEXPERIENCE平台,将企业产物的斥地、考证、生产、销售、运营全流程与企业项目治理流程整合,实现真假融合与交互。3DEXPERIENCE平台将关连技术和功用集成到一个同一的数字化创新情况中,建立数字孪生,从全部生态系统获得洞察力和专业常识,从而丈量、评价和猜测产业资产的表示,并以智能方式帮助企业优化本身运营。

达索系统与ABB建立了举世互助同伴关系,为数字化产业客户供给怪异的、从产物生命周期治理到资产健康的软件打点计划组合。两家公司融合ABB Ability数字化打点计划和达索系统3DEXPERIENCE平台的上风,配合为客户供给先辈的数字孪生打点计划,帮助客户以更高的团体服从、灵活性和可连续性运转。

Altair作为举世仿真技术领先厂商之一,近年来举行一系列关连并购,拟订了响应的数字孪生存谋。Altair数字孪生集成平台融合了物理和数据驱动的映照,以支持全部产物生命周期的优化。基于Altair Activate,结合硬件在环和物联网功用,举行多学科系统建模,实现数字孪生技术。除此之外,Altair与ACROME互助,基于3D+lD系统协同仿真引擎,推出了面向数字孪生概念的机电一体化仿真与实物尝试平台相结合的公用讲授套件。SAP在2016年公布了资产智能收集AIN(Asset Intelligent Network),并在2018年汉诺威工博会上公布数字孪生收集(Networks of Digital Twins),将制造商和运营商在产物的差别阶段的数字化映像数据真正买通。SAP的数字孪生系统经过在数字全国中打造一个完整的数字化映照,实现了实时的工程和研发。在产物的操纵阶段,SAP数字孪生系统采集装备的运转状态,举行分析,得生产物的现实性能,再与需求计划的方针比力,构成产物研发的闭环系统。这样的一个闭环系统,对于产物的数字化研发和产物创新有着很是垂危的意义。


ESI团体提出了混淆孪生概念,可以对办事中的产物举行数值模拟,并得出牢靠的猜测性保护计划。Hybrid Twin混淆孪生模子的操纵丰富了实在数据的捏造样机并操纵AI和呆板进修使更切确的猜测变得可行和适用。Hybrid Twin监控系统实时变革,可切确猜测各个产物特定行为的几率。经过构建Hybrid Twin混淆孪生模子,ESI团体帮助风电场的保护和监控本钱均匀低落了30%。
Unity基于本身实时3D技术和人机交互引擎,围绕数字孪生技术系统供给实时3D斥地工具;同时面向特定利用处景,与互助同伴配合推出完整打点计划。在Unity平台上,斥地者可以完成从帮助产物计划、制造到终极产物上市的全生命周期,实现全流程的数字化。
Aveva为产业和根柢法子行业供给周全的复合数字孪生(composite Digital Twin)。Aveva的数字孪生打点计划涵盖资发生命周期和运谋生命周期,打点进程模拟、计划、工程、施工数据与供给链、运营和保护等一系列题目。Aveva在数字孪生范围不单建立了很是周全的数字化装备模子,同时能对装备各类信息和变更举行高效治理,帮助企业进步数据质量,淘汰毛病、耽搁和返工,低落本钱。

微软Azure将数字孪生作为一项 IoT 办事,是一套构建可感知情况的 IoT 打点计划,帮助建立综合性的物理情况模子。它可建立空间智能图,对职员、空间和装备之间的关系和交互建模。从物理空间而非差别的传感器中查询数据。此外,它还能构建可重用、高度可缩放且可感知空间的体验,跨物理全国和数字全国将流式处置惩罚数据链接到一路。

Bentley面向数字孪生范围推出的iTwin Services,即数字孪生模子云办事,可供给多范围的对应办事,其中包含概念创新、施工、检验、灾后重建、运营创新等办事。它可帮助连续检察项目状态,且可向前或向后查询变更分类时候线上的任何请求的项目状态,并实现任何项目时候线状态之间变革的可视化和分析可见性。

值得留意的是,Bentley所提的数字孪生打点计划与BIM打点计划有明显的区分:数字孪生办事于差别项目阶段的使命,会碰到来自差别厂商、差别软件所缔造的数据。翻开和识别一个BIM模子,常常需要原始的三维软件。而数字孪生技术给用户带来的效益是,能间接查询差别软件建立的BIM模子,间接对全数差别数据源的信息举行了解。
Maplesoft供给用于捏造调试的数字孪生打点计划。经过数字孪生实现基于仿真的机电选型、PLC代码测试、离线和在线仿真等,消除装备计划中的猜测。

力控科技数字孪生打点计划是经过集成三维可视化技术、快速建模技术、工场装备实时状态监控技术、摄像监控技术等,实现三维数字孪生工场的团体治理。三维数字孪生工场平台将车间三维高精度模子、工艺流程、装备属性、装备实时数据,以及工场运营治理数据等举行融合,直观地账亟机产车间的工艺流程,实现车间生产的远程控制治理,进步车间的运营治理服从。同时为客户供给完整的、高附加值的产物打点计划,实现企业的智能化与精美化治理。

华力创通供给产物的数字孪生打点计划,办事MBSE 驱动的多维度数字样机、复杂捏造装配、复杂人机工效、多用处捏造现实系统、数据质量治理和轻量化技术、高性能盘算云盘算、工程模拟器、视景仿真可视化等营业。华力创通面向工场的数字孪生打点计划,则结合MES、SCADA 等软件,在通用捏造现实平台软硬件支持下,华力创通供给物理信息驱动下的实景三维工场的捏造现实人机交互体验系统,经过全三维数据和营业数据的叠加,实现基于捏造现实增强现实的工场数字孪生项方针落地。

美云智数供给了捏造调试打点计划和数字孪生工场打点计划,在美的团体等企业利用,获得明显结果。数字孪生工场利用实现了装备联机、真假结合、实在互动、装备故障预警和维修提醒。工场考核服从提升65% ,装备故障率下降超出9% ,题目响应速度提升 30%。

寄云科技为大型制造企业构建了从单一装备到复杂系统的数字孪生,经过对装备实时状态、检测和保护数据的智能分析,实现装备状态监测、猜测性保护、生产服从分析、质量溯源和猜测等多种智能利用。

优也科技的Thingswise产业互联网平台经过数字孪生技术可以面向生产全流程全周期来斥地智能利用。

触角科技的数字孪生偏重利用新一代MR/VR头戴表示装备,实时展现数字孪生三维场景与IoT静态数据,并经过自然互动方式完成对场景中捏造装备的多视角仿真操控;结合实在产业生产情况与装备,完成真假融合的互动操纵流程指导,实现了新一代交互式电子指导手册;全程录制面向数字孪生三维场景的仿真操纵流程,并作为资本同享给其他工作职员在同一三维场景及第行可视化回放,用于特定使命的仿真考证与培训。

华龙迅达基于腾讯云推出木星数字孪平生台,基于物理模子、传感器、运转历史等数据,集成多学科、多物理量、多标准、多几率的仿真进程的数据治理平台,实现产物数据在捏造空间中完成映照,从而反应相对应的实体装备的全生命周期进程数字将工场物理空间的控制、运转、质量、物耗、能耗等数据在捏造空间中建立实时镜像举行捏造制造仿真,并将仿真结果感化于物理空间现场,助力企业提升资本优化设备本事、生产进程控制本事、均质生产保障本事、柔性制造本事和灵敏生产本事。

同元软控面向航天范围,供给了数字伴飞和数字空间站等数字孪生利用计划。

精航伟泰则推出了基于模子的贸易卫星计划考证平台。 09
数字孪生的推动计谋



e-works以为,数字孪生是制造业推动数字化转型和智能制造的计谋法子和现实路子之一。对于制造企业而言,推动数字孪生利用需要建立大白的方针,以价格为导向,建立跨部分的推动机关,结合IT、自动化、研发、仿真、工艺、测试、装备运维等部分的团队,并引入专业征询机构,务实推动。
数字孪生利用是IT/OT融合的典型利用,要实现真假映照,需要搭建产业互联网平台,大白利用工具的重点是企业生产的产物,照旧工场,亦或是供给链;面向产物的数字孪生利用重点是支持产物研发、市场推行照旧运营保护;面向工场的数字孪生利用重点是工场或产线建立时代的捏造调试,照旧工场运营阶段的可视化与优化。同时,企业需要建立全三维计划、仿真驱动计划的技术根柢和机关系统。推动数字孪生需要拟订团体计划,但结合具体方针,分步实行,不能搞“大而全”的利用。推动数字孪生利用必须公道把控风险。

埃森哲《数字孪生:打造生力产物,重塑客户体验》白皮书提出了推动数字孪生利用的四个阶段。

 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品

△ 埃森哲0簿缠数字孪生利用的四个阶段

在数字孪生的现实利用傍边,不大要,也没有必要自觉寻责备部数字孪生模子的“高保真”。由于保真度的提升意味着构建数字孪生模子的难度和本钱的大幅度提升,同时,对数字孪生模子举行分析的复杂性和耗时也会灵敏爬升。数字孪生模子越复杂,也就越难以实现真假映照的实时性。在现实利用傍边,对全数零部件的多物理场都举行复杂的三维仿真耗时很长,常常会举行降阶处置惩罚,经过一维仿真对产物的团体性能举行分析。是以,企业需要按照现实利用需求和性能价格比来挑选构建差别保真度的数字孪生模子。 10
数字孪生

在制造业的利用远景猜测


近期,关于数字孪生的会商和争辩很多,这有益于制造企业切确大白和推动数字孪生的利用。e-works以为,数字孪生是一个既具有前瞻性,又易于被各界大白的创新理念,数字孪生这个术语自己的“生命周期”会很长,而不是短期流行的时兴辞汇(Buzzword)。数字孪心理念经过概念炒作阶段以后,会渐渐走向务实推动的阶段。
现在,围绕数字孪生技术的会商更多地还会合在概念探讨阶段,我国制造企业真正展开的现实利用还处于早期阶段。正如前一阶段各方面热议,产业互联网缺少“杀手级”利用一样,企业也应当在产物数字孪生和工场数字孪生范围找到自己的“杀手级”利用。
即使没稀有字孪生,很多装备制造企业也已经起头经过产业互联网(产业物联网)平台,对正在退役的装备举行远程监控,并操纵产业大数据和人工智能技术举行猜测性保护。那末,经过数字孪生技术实现真假融合,可以进一步经过对这些装备运转进程的实时仿真和优化,提升装备运转绩效,制止很是变乱。一样,即使没稀有字孪生,很多制造企业也在建立生产监控与批示系统,实现工场的可视化、通明化。那末,经过数字孪生技术实现真假映照,可以加倍精准地把控工场、车间、产线和装备的生产、能耗、质量、物流供给的实时状态,从而提升工场的运转绩效,制止装备非筹划性停机。是以,数字孪生利用给制造企业带来的价格是实实在在的。

e-works倡议,制造企业该当机关针对数字孪生的培训,深入研讨数字孪生的理念,数字孪生关连产物和打点计划,结合本身的产业特点和现实需求,找到数字孪生利用的冲破口。在此根柢上,拟订命字孪生利用计划。

数字孪生利用,长路漫漫,但路就在脚下!从数字孪生利用中获益的机会,属于有预备的企业! 注:本文的第八部分重要由e-works首席记者王阳撰写。在本文撰写进程中,获得了李培根院士的指导,并屡次向陶飞教授请教,也与赵敏、彭慧等专家举行了探讨交换,在此深表感激!


参考文献:

[1]https://www.gartner.com/smarterwithgartner/gartners-top-10-technology-trends-2017/

[2]https://www.gartner.com/smarterwithgartner/gartner-top-10-strategic-technology-trends-for-2018/

[3]https://www.gartner.com/smarterwithgartner/gartner-top-10-strategic-technology-trends-for-2019/

[4] https://www.ge.com/digital/applications/digital-twin

[5] https://www.plm.automation.siemens.com/global/en/our-story/glossary/digital-twin/24465

[6] https://www.sap.com/products/digital-supply-chain/digital-twin.html

[7] https://www.ptc.com/en/industry-insights/digital-twin

[8] https://www.ge.com/research/offering/digital-twin-creation

智能制造IM微信交换群

开放实名认证加群,接待列位!
 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品


看完本文有任何概念想法,都可以鄙人方留言区各抒己见!
 详解数字孪生应用的十大关键问题!zvedios 免费赠品




解锁更多出色内容

免责声明:假如加害了您的权益,请联系站长,我们会实时删除侵权内容,感谢合作!
回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

Copyright © 2006-2014 网赚研究院-致富网赚论坛-网赚宝盒-华夏网赚论坛-28网赚-贵族网赚论坛-日付网赚联盟 版权所有 法律顾问:高律师 客服电话:0791-88289918
技术支持:迪恩网络科技公司  Powered by Discuz! X3.2
快速回复 返回顶部 返回列表