数字孪生在制造业的应用
栏目:企业动态 发布时间:2020-09-03 06:08
数字孪生正在创设业的使用前景广博。产物的数字孪生使用遮盖产物的研发、工艺经营、创设、测试、运维等各性情命周期,可能助助企业饱动数字化营销和自助式效劳;工场数字孪生...

  数字孪生正在创设业的使用前景广博。产物的数字孪生使用遮盖产物的研发、工艺经营、创设、测试、运维等各性情命周期,可能助助企业饱动数字化营销和自助式效劳;工场数字孪生正在工场打算、筑制,分娩线调试、安置,工场运转监控、工业安闲等方面都可能给企业带来价钱;数字孪生也可使用于供应链打点规模,比方车间物流调整、运输旅途优化等。

  环球出名IT磋商机构Gartner曾正在2017年至2019年贯串三年将数字孪生列为十大新兴技能之一。北京航空航天大学陶飞教学团队对数字孪生技能实行了长远的深刻磋商,撰写了一批邦际水准的学术论文。近期,美邦工业互联网定约(IIC)、IDC、埃森哲、赛迪磋商院、信通院等磋商机构接踵宣告了合连白皮书,我邦从政府主管部分到企业也很是合心数字孪生技能。可是,若是不行准确明白数字孪生技能的根基内在就囫囵吞枣地使用数字孪生技能,很不妨会“走入邪途”。

  数字孪生技能正在各个行业有通常的使用场景。陶飞教学团队正在《估量机集成创设体系》2018年第1期登载的“数字孪生及其使用追求”一文中,归结了14种使用场景,其后又正在论文中先容了数字孪生正在航空航天、电力、汽车、石油自然气、健壮医疗、船舶航运、都会打点、聪颖农业、修筑筑筑、安闲拯救、境遇爱护等11个规模,45个细分类的使用。

  笔者以为,数字孪生正在创设业的使用前景广博。个中,产物的数字孪生使用遮盖产物的研发、工艺经营、创设、测试、运维等各性情命周期,可能助助企业饱动数字化营销和自助式效劳,有助于企业提拔维持效劳收入,更始贸易形式;工场数字孪生正在工场打算、筑制,分娩线调试、安置,工场运转监控、工业安闲等方面都可能对企业带来价钱;数字孪生正在供应链打点规模也可能使用,比方车间物流调整、运输旅途优化等。

  看待或许达成智能互联的繁杂产物,越发是高端智能装置,将及时搜集的装置运转经过中的传感器数据转达到其数字孪生模子实行仿真分解,可能对装置的健壮形态和妨碍征兆实行诊断,并实行妨碍预测;若是产物运转的工况产生改动,看待拟选取的调动步调,可能先对其数字孪生模子正在仿真云平台长进行虚拟验证,若是没有题目,再对现实产物的运转参数实行调动。ANSYS的数字孪生技能正在风电行业,可能助助风电企业避免非安放性停机,达成预测性维持和运转负责与优化。

  看待航空带动机的数字孪生使用,因为每台带动机的航行阅历区别,航行的境遇区别,健壮服役的寿命以及维持汗青分歧很大,因而,应该对每台航空带动机设立筑设其对应的数字孪生模子。GE航空看待正正在空中运转的航空带动机实行及时监控,一朝显示妨碍隐患,可能通过对数字孪生模子的分解来预测危害品级,实时实行维修维持,明显提拔了航行安闲。GE航空通过数字孪生模子纪录每台航空带动机每个架次的航行门途、承载量,以及区别航行员的驾驶风气和对应的油耗,通过分解和优化,可能延伸带动机的服役周期,并厘正带动机的打算计划。

  正在数字孪生使用规模,GE与ANSYS公司发展了政策团结。通过数字孪生技能的使用,达成产物的健壮打点、长途诊断、智能维持和共享效劳。通过团结传感器数据和仿真技能,助助客户分解特定的作事条款并预测妨碍,从而俭朴运维本钱。GE航空通过汇总打算、创设、运转、完好航行周期的合连数据,预测航空带动机的功能浮现:

  1.将带动机传感器数据与功能模子团结,遵照运转境遇的改观和物剃头动机功能的衰减,修建自顺应模子,精准监测航空带动机的部件和整机功能;

  2.将带动机汗青维修数据中的妨碍形式注入三维机合模子和功能模子,修建妨碍模子,使用于妨碍诊断和预测;

  3.将航空公司汗青航行数据与功能模子团结并交融数据驱动的门径,修建功能预测模子,预测整机功能和赢余寿命;

  4.将个人线性化模子与飞机运转形态境遇模子交融并修建负责优化模子,达成带动机负责功能寻优,使带动机正在航行经过中外现更好的功能。

  西门子未来自智能传感器的温度、加快率、压力和电磁场等信号和数据,以及来自数字孪生模子中的众物理场模子和电磁场仿真和温度场仿真结果转达到Mindsphere平台,通过实行比较和评估,来剖断产物的可用性、运转绩效和是否必要改换备件。

  正在繁杂装置的运维方面,可能通过AR技能,基于产物的数字孪生模子天生产物操作、安装或拆卸的三维动画。正在实物境遇下,透过种种穿着装备或搬动终端实行示教。PTC供给了优秀易用的AR使用平台。

  看待正正在运转的工场,通过其数字孪生模子可能达成工场运转的可视化。搜罗分娩装备目前的形态,正在加工什么订单,装备和产线的OEE、产量、质地与能耗等,还可能定位每一台物流装置的地位和形态。看待显示妨碍的装备,可能显示出整体的妨碍类型。华龙讯达使用数字孪生技能,正在烟草行业实行了工场运转形态的及时模仿和长途监控实习,中烟集团正在北京就可能达成对分散正在各地的工场实行长途监控。海尔、美的正在工场的数字孪生使用方面也发展了行之有效的实习。

  正在虚拟调试规模,西门子公司及上海智参、广州明珞等团结伙伴已发展了许众实习。虚拟调试技能正在数字化境遇中设立筑设分娩线的三维构造,搜罗工业呆板人、主动扮装备、PLC和传感器等装备。正在现场调试之前,可能直接正在虚拟境遇下,对分娩线的数字孪生模子实行板滞运动、工艺仿真和电气调试,让装备正在未安置之前依然完毕调试。

  使用虚拟调试技能,正在虚拟调试阶段,将负责装备贯串到虚拟站/线;完毕虚拟调试后,负责装备可能急迅切换到现实分娩线;可随时切换到虚拟境遇,分解、改良和验证正正在运转的分娩线上的题目,避免长韶华且高贵的分娩阻滞。

  虚拟调试技能对企业的价钱显示正在:早期验证优化研发+工艺+创设的可行性,节减物理样机进入本钱;节减去用户现场做呆板人调试韶华和堕落率,俭朴出差本钱;内情交融后为全面工场的数字孪生打好基本,工场筑成之后可能与SCADA体系交融,打制基于三维模子的可视化监控体系,达成工场的数字孪生。

  Maplesoft公司的MapleSim平台供给了一体化的分娩线虚拟调试处置计划。罗克韦尔主动化仰仗百年的行业积聚,近期通过政策投资和加快整合生态团结伙伴等门径正在加快完满数字化处置计划。2019年,罗克韦尔主动化收购了数字模仿和仿真的更始型工程软件开荒商Emulate3D。其软件使客户或许正在创设和主动化本钱现实产生和交付最终打算之前对呆板和体系打算实行虚拟测试,厘正体系经营和打算决议,以便或许正在最终打算定型与创设本钱落地之前对装备体系的打算实行验证,大大缩短产物上市韶华和升高运营作用,还可能应用工场的数字孪生模子对员工实行培训,下降工场运营的危害。

  美的集团旗下的美云智数的MIoT.VC体系供给了基于数字孪生的虚拟调试处置计划。其组件库内置1400众个呆板人组件,内置KUKA、ABB、安川、川崎等各主流呆板人同意;可能通过图形示教,急迅实行呆板人样子打算、运动旅途插手反省和样子合理性分解;援手呆板人样子和轨迹的离线编程与虚拟调试,与现场装备的及时联机;援手喷涂、焊接等呆板人行为示教、离线编程及虚拟调试。该体系援手OPC-UA 和西门子S7两大工业同意。

  看待高度繁杂的机电软一体化产物,可能正在研发阶段通过修建产物的数字孪生模子,并通过工程仿真技能的使用加快产物的研发,助助企业以更少的本钱和更速的速率将更始技能推向墟市。操纵数字孪生技能,或许归纳应用机合、热学、电磁、流体和负责等仿真软件实行单物理场仿真和众场耦合仿真,对产物实行打算优化、确认和验证,还可能修建切确的归纳仿真模子来分解现实产物的功能,达成陆续更始。通过团结创成打算技能(Generative Design)、增材创设技能、半实物仿真技能,可能明显缩短产物上市周期。

  GE公司以为,从观念打算阶段起头饱动航空带动机的数字孪生使用,更容易地将打算和机合模子与运转数据合连联,同时,尚有助于优化打算,升高分娩作用。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打算处置计划,可能最大限制地将验证后的打算模子主动转化为卫星的物理达成,比方可能遵照合连打算模子主动天生星载软件的代码。

  看待尚未上市的新产物,通过揭晓其观念阶段的数字孪生模子,让消费者选拔更热爱的打算计划,然后再实行精细打算和创设,云云有助于企业提拔出售功绩。同时,通过修建基于数字孪生模子的正在线设备器,可能助助企业达成产物的正在线选配,达成巨额量定制。

  IDC正在2018年5月宣告的《数字孪生搜集》叙述中指出,到 2020 岁终,65%的创设企业将应用数字孪生运营产物和/或资产,下降质地缺陷本钱和效劳交付本钱 25%。

  产物数字孪生使用的价钱是通过内情交融、内情照射,陆续厘正产物的功能、为客户供给更好的体验,升高产物运转的安闲性、牢靠性、巩固性,提拔产物运转的“健壮度”,正在此基本上提拔产物正在墟市上的竞赛力。同时,通过对产物的机合、资料、创设工艺等各方面的厘正,下降产物本钱,助助企业升高盈余才力;而工场数字孪生使用的价钱紧要显示正在修建透后工场,提拔工场的运营打点程度,升高团体OEE,下降能耗,推动安闲分娩等方面。要真正达成工场数字孪生使用的价钱,必要装置用户企业和装置创设企业实行深宗旨的团结。

  GE公司对数字孪生的使用价钱给出了一段经典描画:数字孪生通过海量的打算、创设、检测、维修、正在线传感器及运营数据来设立筑设和获取新闻,操纵一系列高保真的估量和基于物理实体的模子,以及高级分解门径来预测资产装备正在其全性命周期的健壮和绩效。数字孪生模子的切实水准跟着韶华推移,通过更大批据来对模子实行简练,以及仿佛装备计划其数字孪生使用而提拔。模子跟着数据的陆续搜集而继续改良。数字孪生模子供给了装备的精细学问,预测对种种不妨场景的应对情状,并行动及时参照来修建种种使用体系,以达成优化各样效劳,升高绩效和作用,改进运维、供应链和生意运营等生意价钱。

  数字孪生技能最早的倡议者之一,NASA邦度优秀创设中央主任John Vickers以为:“数字孪生模子的最终目的是正在虚拟境遇中创筑、测试和分娩所需装备。惟有当它知足咱们的需求时,才实行实体分娩。然后,又将实体分娩经过通过传感器转达给数字孪生模子,以确保数字孪生模子蕴涵咱们对实体产物实行检测所或许获取的悉数新闻。”

  另一篇GE宣告于2015年的著作指出:数字孪生模子的上风是通过团结从打算到及时搜集装备的数据等合连新闻,来对装备正在全性命周期实行优化。不光可能下降原型打算或创设的本钱,况且可能通过将及时数据导入数字孪生模子实行分解,从而预测妨碍,下降维持本钱,节减停机韶华。

  数字孪生是创设业饱动数字化转型和智能创设的政策步骤和实际途径之一。看待创设企业而言,饱动数字孪生使用必要设立筑设了了的目的,以价钱为导向,设立筑设跨部分的饱动结构,团结IT、主动化、研发、仿真、工艺、测试、装备运维等部分的团队,并引入专业商量机构,务实饱动。

  数字孪生使用是IT/OT交融的典范使用,要达成内情照射,必要搭筑工业互联网平台,了了使用对象的中心是企业分娩的产物,仍是工场,抑或是供应链;面向产物的数字孪生使用中心是援手产物研发、墟市增添仍是运营维持;面向工场的数字孪生使用中心是工场或产线筑筑时间的虚拟调试,仍是工场运营阶段的可视化与优化。同时,企业必要设立筑设全三维打算、仿真驱动打算的技能基本和结构编制。饱动数字孪生必要制订团体经营,但团结整体目的,分步施行,不行搞“大而全”的使用。饱动数字孪生使用必需合理把控危害。

  埃森哲《数字孪生:打制生力产物,重塑客户体验》白皮书提出了饱动数字孪生使用的四个阶段。

  正在数字孪生的现实使用当中,不不妨,也没有须要盲目找寻所稀有字孪生模子的“高保真”。由于保真度的提拔意味着修建数字孪生模子的难度和本钱的大幅度提拔,同时,对数字孪生模子实行分解的繁杂性和耗时也会火速攀升。数字孪生模子越繁杂,也就越难以达成内情照射的及时性。正在现实使用当中,对悉数零部件的众物理场都实行繁杂的三维仿真耗时很长,往往会实行降阶治理,通过一维仿真对产物的团体功能实行分解。因而,企业必要遵照现实使用需乞降功能代价比来选拔修建区别保真度的数字孪生模子。

  数字孪生是一个既具有前瞻性,又易于被各界明白的更始理念,数字孪生这个术语自己的“性命周期”会很长,而不是短期时髦的大方词汇。数字孪心理念进程观念炒作阶段之后,会慢慢走向务实饱动的阶段。

  目前,盘绕数字孪生技能的商议更众地还蚁合正在观念探究阶段,我邦创设企业真正发展的现实使用还处于初期阶段。正如前一阶段各方面热议,工业互联网缺乏“杀手级”使用相通,企业也该当正在产物数字孪生和工场数字孪生规模找到己方的“杀手级”使用。

  假使没稀有字孪生,许众装置创设企业也依然起头通过工业互联网(工业物联网)平台,对正正在服役的装置实行长途监控,并应用工业大数据和人工智能技能实行预测性维持。那么,通过数字孪生技能达成内情交融,可能进一步通过对这些装置运转经过的及时仿真和优化,提拔装备运转绩效,避免相当变乱。同样,假使没稀有字孪生,许众创设企业也正在筑筑分娩监控与教导体系,达成工场的可视化、透后化。那么,通过数字孪生技能达成内情照射,可能特别精准地把控工场、车间、产线和装备的分娩、能耗、质地、物流供应的及时形态,从而提拔工场的运转绩效,避免装备非安放性停机。因而,数字孪生使用给创设企业带来的价钱是实实正在正在的。

  笔者提议,创设企业应该结构针对数字孪生的培训,深刻磋商数字孪生的理念、数字孪生合连产物和处置计划,团结自己的资产特质和现实需求,找到数字孪生使用的冲破口。正在此基本上,制订数字孪生使用经营。

  数字孪生使用,长途漫漫,但途就正在脚下!从数字孪生使用中获益的机遇,属于有盘算的企业!