數(shù)字孿生與Digital Thread: 簡單說,Digital Thread貫穿了整個產(chǎn)品生命周期,尤其是從產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、運維的無縫集成;而更像是智能產(chǎn)品的概念,它強調(diào)的是從產(chǎn)品運維到產(chǎn)品設(shè)計的回饋。它是物理產(chǎn)品的數(shù)字化影子,通過與外界傳感器的集成,反映對象從微觀到宏觀的所有特性,展示產(chǎn)品的生命周期的演進過程。當然,不止產(chǎn)品,生產(chǎn)產(chǎn)品的系統(tǒng)(生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線)和使用維護中的系統(tǒng)也要按需建立。 在航太領(lǐng)域和工業(yè)界,較早開始使用數(shù)字孿生術(shù)語。2009年美國空軍實驗室提出了“機身數(shù)字孿生(Airframe )”的概念。2010年NASA也開始在技術(shù)路線圖中使用“數(shù)字孿生()”術(shù)語。數(shù)字孿生是整合企業(yè)的制造流程,實現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計到維護全過程的數(shù)字化。江西能源數(shù)字孿生系統(tǒng)
產(chǎn)品階段的數(shù)字孿生是一個高度協(xié)同的過程,通過數(shù)字化手段構(gòu)建起來的虛擬生產(chǎn)線,將產(chǎn)品本身的數(shù)字孿生同生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程等其他形態(tài)的數(shù)字孿生高度集成起來,實現(xiàn)如下的功能: 數(shù)字化產(chǎn)線:將生產(chǎn)階段的各種要素,如原材料、設(shè)備、工藝配方和工序要求,通過數(shù)字化的手段集成在一個緊密協(xié)作的生產(chǎn)過程中,并根據(jù)既定的規(guī)則,自動的完成在不同條件組合下的操作,實現(xiàn)自動化的生產(chǎn)過程;同時記錄生產(chǎn)過程中的各類數(shù)據(jù),為后續(xù)的分析和優(yōu)化提供依據(jù)。 關(guān)鍵指標監(jiān)控和過程能力評估:通過采集生產(chǎn)線上的各種生產(chǎn)設(shè)備的實時運行數(shù)據(jù),實現(xiàn)全部生產(chǎn)過程的可視化監(jiān)控,并且通過經(jīng)驗或者機器學習建立關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)、檢驗指標的監(jiān)控策略,對出現(xiàn)違背策略的異常情況進行及時處理和調(diào)整,實現(xiàn)穩(wěn)定并不斷優(yōu)化的生產(chǎn)過程。三維數(shù)字孿生單位Digital Twin描述的是通過Digital Thread連接的各具體環(huán)節(jié)的模型。
數(shù)字孿生以產(chǎn)品為主線,并在生命周期的不同階段引入不同的要素,形成了不同階段的表現(xiàn)形態(tài)。 服務階段的數(shù)字孿生: 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟和傳感器成本的下降,很多工業(yè)產(chǎn)品,從大型裝備到消費級產(chǎn)品,都使用了大量的傳感器來采集產(chǎn)品運行階段的環(huán)境和工作狀態(tài),并通過數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化來避免產(chǎn)品的故障,改善用戶對產(chǎn)品的使用體驗。 服務階段的數(shù)字孿生,可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和預測性維修:通過讀取智能工業(yè)產(chǎn)品的傳感器或者控制系統(tǒng)的各種實時參數(shù),構(gòu)建可視化的遠程監(jiān)控,并給予采集的歷史數(shù)據(jù),構(gòu)建層次化的部件、子系統(tǒng)乃至整個設(shè)備的健康指標體系,并使用人工智能實現(xiàn)趨勢預測;基于預測的結(jié)果,對維修策略以及備品備件的管理策略進行優(yōu)化,降低和避免客戶因為非計劃停機帶來的損失。
數(shù)字孿生是整合企業(yè)的制造流程,實現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計到維護全過程的數(shù)字化,通過信息集成實現(xiàn)生產(chǎn)過程可視化,形成從分析到控制再到分析的閉合回路,優(yōu)化整個生產(chǎn)系統(tǒng)。 數(shù)字孿生的應用場景: 從產(chǎn)品全生命周期管理、工程全生命周期管理、車間管控系統(tǒng)幾個方面梳理目前數(shù)字孿生的應用場景如下: 1.較早,美國國家航空航天局使用數(shù)字孿生對空間飛行器進行仿真分析、檢測和預測,輔助地面管控人員進行決策。 2.主要使用數(shù)字孿生進行產(chǎn)品數(shù)據(jù)的全生命周期管理。利用數(shù)字孿生對產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品功能、產(chǎn)品性能、加工工藝、維修維護等進行仿真分析。 3.工程建設(shè)類軟件供應商,將數(shù)字孿生技術(shù)應用于建筑、工廠、基礎(chǔ)設(shè)施等建設(shè)領(lǐng)域,把建筑和基礎(chǔ)設(shè)施看做產(chǎn)品進行全生命周期的管理。通過數(shù)字孿生可以優(yōu)化整個生產(chǎn)系統(tǒng)。
數(shù)字孿生作為一個高科技名詞,總讓人聯(lián)想到孿生兄弟的含義——事實上,數(shù)字孿生正是指現(xiàn)實的物理世界與虛擬的計算機世界的孿生。借助于新基建的持續(xù)加持,存在于虛擬世界的數(shù)據(jù)和算法,正在打造現(xiàn)實世界的數(shù)字克隆體。 從工業(yè)視角進入城市領(lǐng)域,數(shù)字孿生概念的流變具有歷史必然性。在不改變城市原有物理空間的前提下,運用數(shù)字孿生技術(shù)克隆出一個對應的虛擬數(shù)字世界,我們可以在這個數(shù)字世界里窺見現(xiàn)實世界任何角落的一舉一動,從而讓城市治理效率較大提升。 與此同時,我們還可以在數(shù)字世界里對各種創(chuàng)新實踐進行試錯,從而得知這種創(chuàng)新實踐在現(xiàn)實世界中是否可行。 作為新一代信息技術(shù)在城市領(lǐng)域的綜合集成應用,未來,數(shù)字孿生無疑將成為城市提升長期競爭力、實現(xiàn)精明增長、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新型基礎(chǔ)設(shè)施。去年以來,由于國家政策密切關(guān)注,地方規(guī)劃加速落地,市場規(guī)模持續(xù)增長,有人將2020年稱為數(shù)字孿生城市元年。目前數(shù)字孿生城市已經(jīng)由概念培育期進入建設(shè)實施期。數(shù)字孿生尚無業(yè)界公認的標準定義,概念還在發(fā)展與演變中。三維數(shù)字孿生單位
數(shù)字孿生是采用信息技術(shù)對物理實體的組成、特征、功能和性能進行數(shù)字化定義和建模的過程。江西能源數(shù)字孿生系統(tǒng)
數(shù)字孿生技術(shù)對于制造業(yè)的數(shù)字化改造有什么幫助? 數(shù)字孿生可以提升企業(yè)生產(chǎn)制造智能化系統(tǒng)水準。 一是提升機械設(shè)備智能化系統(tǒng)水準,實時收集機械設(shè)備的變形程度、數(shù)控刀片運動軌跡、溫度等數(shù)據(jù),并動態(tài)更新虛擬空間中機械設(shè)備的有關(guān)數(shù)據(jù),根據(jù)開設(shè)數(shù)據(jù)閾值評定機器設(shè)備情況,降低人為因素查驗次數(shù),完成機器設(shè)備預測性維護。 二是提升生產(chǎn)制造車間柔性化水準,整合企業(yè)的工作人員、設(shè)備、原材料、自然環(huán)境等生產(chǎn)要素并搭建單獨的數(shù)字孿生體,剖析商品生產(chǎn)制造所需機器設(shè)備、自然環(huán)境、時間等,在虛擬空間構(gòu)建虛擬生產(chǎn)車間,完成生產(chǎn)線布局、生產(chǎn)能力分配的線上調(diào)節(jié),提升生產(chǎn)車間柔性化水準。 三是提升產(chǎn)品品質(zhì)管理能力,根據(jù)以商品項目生命周期數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)創(chuàng)建的數(shù)字孿生體實體模型,對有品質(zhì)缺陷的商品展開追溯查驗,清查商品原材料、生產(chǎn)加工等階段的漏洞并補齊,降低質(zhì)量檢驗單位現(xiàn)場實際操作時間,加強產(chǎn)品品質(zhì)保障機制。江西能源數(shù)字孿生系統(tǒng)
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