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  • 理解数字孪生没那么复杂 与CADPLM工业互联网有何关系

    类别:工业产业       2019-12-12 | 83阅读       标签: 工业管理    工业互联网   

    数字孪生是一个新名词,在过去两年中被人们反复提及,但很多人对它还不熟悉。

    根据国际定义,数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,综合多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,以反映相应物理设备的全生命周期过程。

    理解数字孪生没那么复杂 与CADPLM工业互联网有何关系

    从概念上讲,有几个核心点:

    一是物理世界与数字世界的映射;

    二是动态映射;

    三是不仅是物理映射,更是逻辑、行为和过程的映射,如生产过程和业务过程。

    第四,它不仅是从物理世界到数字世界的映射,而且是一种双向关系。也就是说,数字世界也可以通过计算和处理给出指令、计算和控制。

    第五,整个生命周期、数字孪生体和实体孪生体是相同的,任何实体孪生体的事件都应上传到数字孪生体中作为计算和记录。物理孪生体在这一操作过程中的损耗,如故障等,都可以反映在数字孪生体的数据中。

    数字孪生的构成

    据德勤称,数字孪生由六部分组成:

    首先是传感器:生产过程中的传感器负责数据的采集和信号的传输;

    二是数据:将传感器提供的实际运行和环境数据与企业的生产运行数据(如材料清单、设计图纸等)结合起来,形成数字双数据源;

    三是集成:传感器通过集成技术(包括边缘计算、通信接口等)实现物理世界和数字世界之间的数据传输;

    第四分析:利用分析技术进行算法仿真和可视化程序设计、数据分析;

    第五模型:基于上述数据和信息,建立物理实体和过程的数字模型,通过模型计算物理和生产过程中是否存在误差,从而得出解决误差的方法和行动;

    第六控制器:根据模型计算结果,通过控制器进行动作调整和误差修正。


    数字孪生的历史与案例

    2002年,密歇根大学教授Grieves首次提出了数字孪生。

    后来,美国航天局将数字孪生的概念应用到阿波罗计划中,并开发了两个相同的太空飞行器,以反映地球上的空间状况,训练和准备飞行。

    数字孪生被Gartner评为未来十大最重要的关键技术之一。Gartner认为,到2021年,一半的大型工业企业将使用数字孪生技术,这将使这些组织的效率提高10%。

    阿里巴巴的城市大脑提出了“数字孪生交通”、“数字孪生城市”和“数字孪生生态”三个数字孪生蓝图。

    GE已经拥有120万个数字孪生体,可以处理30万种不同类型的设备资产。


    数字孪生的价值

    数字孪生可以在工业、交通、城市、环保等领域带来显著的效率提升,并将在未来带来巨大的成本降低。具体分为以下几个部分:

    首先,数字孪生将使生产更加方便,创新更快,生产周期更短。

    如前所述,数字孪生通过设计工具、仿真工具、物联网等手段,将物理设备的各种属性映射到虚拟空间中,形成一个可拆卸、可复制、可修改、可删除的数字图像,提高了操作者对物理实体的理解。例如,在现实中,很难理解燃烧锅炉复杂的内部情况,但数字孪生可以使您了解其内部结构和实时情况,这就解决了许多由于物理条件而无法完成的操作。

    其次,数字孪生将大大提高测量、分析和预测的能力。

    通过对目标感知数据的实时了解,借助于对经验模型的预测和分析,通过机器学习可以计算和总结出一些不可测量的指标,从而大大提高对机械设备和过程的理解、控制和预测。

    数字孪生帮助数字化体验。

    在传统的工业设计、制造和服务领域,经验往往是一种模糊而难以把握的形式,难以作为准确判断的依据。数字孪生的一个重要进展是它可以将以前无法保存的专家经验数字化,并提供保存、复制、修改和传输的能力。

    综上所述,数字孪生是基于丰富的历史和实时数据以及先进的算法模型,实现对象状态和行为的数字表示、仿真测试和高保真度预测。通过对物理空间和逻辑空间中的对象实现深刻的认识、正确的推理和精确的操作,可以提高设计、运行、控制和管理的效率。

    为什么现在会有数字孪生呢?它现在处于什么状态

    数字孪生的出现,是近十年来感知、网络、大数据、人工智能、控制、建模等技术的集中爆发。特别是随着传感器和低功耗广域网技术的发展,物理世界的动态可以通过传感器准确、实时地反馈到数字世界。数字化、网络化由实到虚,网络智能由虚到实。通过虚拟现实的交互和不断的迭代,实现了物理世界的最佳有序运行。

    目前,虽然数字孪生技术在世界上还处于初级阶段,但只有一些大公司尝试在一些领域和环节运用数字孪生技术来改造一些设备和工艺,如通用电气、阿里巴巴、微软等。

    数字孪生与CAD/PLM/工业互联网之间的区别

    (1)数字孪生与CAD的区别

    CAD模型是一个数学模型,它可以是二维或三维的;数字孪生体必须是三维的。

    数字孪生机与CAD的一个非常重要的关系是数据关联,它可以实现装配关系数据、制造信息数据、功能性能数据、健康检测数据、身份识别数据、实时检测数据的关联,实现三维与数据的集成;

    CAD模型通常是静态的而非自动的,其作用仅限于设计阶段;而数字孪生机则贯穿于从设计到生产再到仓储物流的整个生命周期,数据反馈和控制是交互的。

    数字孪生是一种基于高保真度的三维CAD模型。它被赋予各种属性和功能定义,包括材料、感知系统、机器运动机制等,通常存储在图形数据库中,而不是关系数据库中。

    (2)数字孪生与PLM的区别

    数字孪生与PLM关系密切。数字孪生可以使用PLM管理产品或设备的生命周期,还可以从PLM软件输出文件。

    然而PLM以前虽然叫做产品全生命周期的管理,但从一个产品的设计、制造、到服务的全过程而言,PLM显然是没有完成任务。它的作用,到了制造的后期,往往戛然而止了。大量在制造中发生的工程状态更改,往往无法返回给研发设计师。

    随着数字孪生的出现,实物产品(包括损耗和报废)的全过程数字化呈现,使得“全生命周期”的概念透明化,产品的自动化管理成为一种现实而实用的方法。

    (3)数字孪生与工业互联网的区别

    工业互联网是数字孪生的孵化器。通过工业互联网实现各种物理实体的数据采集和交换。它将机器和物理基础设施连接到数字孪生上,并将数据传输和存储分别放置在边缘或云上。可以说,工业互联网激活了数字孪生的生命,它具有双向存取的特点,使数字孪生成为一个具有生命力的真实模型。

    数字孪生系统的核心是在正确的时间和场景下,根据实时数据做出正确的决策,这意味着更好的客户服务。数字孪生是工业互联网的重要场景,也是工业应用的完美合作伙伴。


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