数字孪生在制造业的应用
栏目:企业动态 发布时间:2020-09-10 08:14
数字孪生正在缔制业的行使前景广博。产物的数字孪生行使掩盖产物的研发、工艺经营、缔制、测试、运维等各本性命周期,能够助助企业促进数字化营销和自助式供职;工场数字孪生...

  数字孪生正在缔制业的行使前景广博。产物的数字孪生行使掩盖产物的研发、工艺经营、缔制、测试、运维等各本性命周期,能够助助企业促进数字化营销和自助式供职;工场数字孪生正在工场打算、修制,分娩线调试、安置,工场运转监控、工业安定等方面都能够给企业带来价格;数字孪生也可行使于供应链拘束周围,比方车间物流调节、运输旅途优化等。

  环球知名IT研讨机构Gartner曾正在2017年至2019年连气儿三年将数字孪生列为十大新兴本事之一。北京航空航天大学陶飞教学团队对数字孪生本事举行了长远的长远研讨,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、赛迪研讨院、信通院等研讨机构接踵公告了相干白皮书,我邦从政府主管部分到企业也相当眷注数字孪生本事。不过,倘若不行确切清楚数字孪生本事的根本内在就囫囵吞枣地行使数字孪生本事,很也许会“走入邪道”。

  数字孪生本事正在各个行业有平凡的行使场景。陶飞教学团队正在《企图机集成缔制体例》2018年第1期刊载的“数字孪生及其行使寻觅”一文中,概括了14种行使场景,厥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、矫健医疗、船舶航运、都邑拘束、聪敏农业、兴办设立、安定拯救、境遇袒护等11个周围,45个细分类的行使。

  笔者以为,数字孪生正在缔制业的行使前景广博。个中,产物的数字孪生行使掩盖产物的研发、工艺经营、缔制、测试、运维等各本性命周期,能够助助企业促进数字化营销和自助式供职,有助于企业晋升保护供职收入,改进贸易形式;工场数字孪生正在工场打算、修制,分娩线调试、安置,工场运转监控、工业安定等方面都能够对企业带来价格;数字孪生正在供应链拘束周围也能够行使,比方车间物流调节、运输旅途优化等。

  对待可以实行智能互联的繁复产物,加倍是高端智能设备,将及时收集的设备运转进程中的传感器数据传达到其数字孪生模子举行仿真阐述,能够对设备的矫健状况和阻滞征兆举行诊断,并举行阻滞预测;倘若产物运转的工况爆发调动,对待拟接纳的调治法子,能够先对其数字孪生模子正在仿真云平台长进行虚拟验证,倘若没有题目,再对现实产物的运转参数举行调治。ANSYS的数字孪生本事正在风电行业,能够助助风电企业避免非安插性停机,实行预测性保护和运转职掌与优化。

  对待航空发起机的数字孪生行使,因为每台发起机的飞舞阅历分歧,飞舞的境遇分歧,矫健服役的寿命以及保护史乘区别很大,因而,该当对每台航空发起机设备其对应的数字孪生模子。GE航空对待正正在空中运转的航空发起机举行及时监控,一朝崭露阻滞隐患,能够通过对数字孪生模子的阐述来预测危急品级,实时举行维修保护,明显晋升了飞舞安定。GE航空通过数字孪生模子纪录每台航空发起机每个架次的飞舞途径、承载量,以及分歧飞舞员的驾驶风俗和对应的油耗,通过阐述和优化,能够延迟发起机的服役周期,并改正发起机的打算计划。

  正在数字孪生行使周围,GE与ANSYS公司展开了战术团结。通过数字孪生本事的行使,实行产物的矫健拘束、长途诊断、智能保护和共享供职。通过勾结传感器数据和仿真本事,助助客户阐述特定的职业要求并预测阻滞,从而朴实运维本钱。GE航空通过汇总打算、缔制、运转、完美飞舞周期的相干数据,预测航空发起机的本能显露:

  1.将发起机传感器数据与本能模子勾结,凭据运转境遇的变动和物剪发动机本能的衰减,构修自适当模子,精准监测航空发起机的部件和整机本能;

  2.将发起机史乘维修数据中的阻滞形式注入三维构造模子和本能模子,构修阻滞模子,行使于阻滞诊断和预测;

  3.将航空公司史乘飞舞数据与本能模子勾结并协调数据驱动的手腕,构修本能预测模子,预测整机本能和赢余寿命;

  4.将部分线性化模子与飞机运转状况境遇模子协调并构修职掌优化模子,实行发起机职掌本能寻优,使发起机正在飞舞进程中阐明更好的本能。

  西门子另日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传达到Mindsphere平台,通过举行对照和评估,来剖断产物的可用性、运转绩效和是否须要调换备件。

  正在繁复设备的运维方面,能够通过AR本事,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,透过各类穿着开发或转移终端举行示教。PTC供应了前辈易用的AR行使平台。

  对待正正在运转的工场,通过其数字孪生模子能够实行工场运转的可视化。搜罗分娩开发目前的状况,正在加工什么订单,开发和产线的OEE、产量、质料与能耗等,还能够定位每一台物流设备的地方和状况。对待崭露阻滞的开发,能够显示出整体的阻滞类型。华龙讯达行使数字孪生本事,正在烟草行业举行了工场运转状况的及时模仿和长途监控推行,中烟集团正在北京就能够实行对漫衍正在各地的工场举行长途监控。海尔、美的正在工场的数字孪生行使方面也展开了行之有效的推行。

  正在虚拟调试周围,西门子公司及上海智参、广州明珞等团结伙伴已展开了良众推行。虚拟调试本事正在数字化境遇中设备分娩线的三维结构,搜罗工业机械人、自愿化开发、PLC和传感器等开发。正在现场调试之前,能够直接正在虚拟境遇下,对分娩线的数字孪生模子举行死板运动、工艺仿真和电气调试,闪开发正在未安置之前仍然达成调试。

  行使虚拟调试本事,正在虚拟调试阶段,将职掌开发邻接到虚拟站/线;达成虚拟调试后,职掌开发能够疾捷切换到现实分娩线;可随时切换到虚拟境遇,阐述、删改和验证正正在运转的分娩线上的题目,避免长时候且高贵的分娩停滞。

  虚拟调试本事对企业的价格外现正在:早期验证优化研发+工艺+缔制的可行性,省略物理样机进入本钱;省略去用户现场做机械人调试时候和失足率,朴实出差本钱;内情协调后为全豹工场的数字孪生打好根底,工场修成之后能够与SCADA体例协调,打制基于三维模子的可视化监控体例,实行工场的数字孪生。

  Maplesoft公司的MapleSim平台供应了一体化的分娩线虚拟调试处理计划。罗克韦尔自愿化仰仗百年的行业积蓄,近期通过战术投资和加快整合生态团结伙伴等手腕正在加快圆满数字化处理计划。2019年,罗克韦尔自愿化收购了数字模仿和仿真的改进型工程软件斥地商Emulate3D。其软件使客户可以正在缔制和自愿化本钱现实爆发和交付最终打算之前对机械和体例打算举行虚拟测试,改正体例经营和打算决议,以便可以正在最终打算定型与缔制本钱落地之前对开发体例的打算举行验证,大大缩短产物上市时候和提升运营成果,还能够运用工场的数字孪生模子对员工举行培训,下降工场运营的危急。

  美的集团旗下的美云智数的MIoT.VC体例供应了基于数字孪生的虚拟调试处理计划。其组件库内置1400众个机械人组件,内置KUKA、ABB、安川、川崎等各主流机械人合同;能够通过图形示教,疾捷举行机械人状貌打算、运动旅途插手查验和状貌合理性阐述;接济机械人状貌和轨迹的离线编程与虚拟调试,与现场开发的及时联机;接济喷涂、焊接等机械人手脚示教、离线编程及虚拟调试。该体例接济OPC-UA 和西门子S7两大工业合同。

  对待高度繁复的机电软一体化产物,能够正在研发阶段通过构修产物的数字孪生模子,并通过工程仿真本事的行使加快产物的研发,助助企业以更少的本钱和更疾的速率将改进本事推向市集。行使数字孪生本事,可以归纳运用构造、热学、电磁、流体和职掌等仿真软件举行单物理场仿真和众场耦合仿真,对产物举行打算优化、确认和验证,还能够构修精准的归纳仿真模子来阐述现实产物的本能,实行接连改进。通过勾结创成打算本事(Generative Design)、增材缔制本事、半实物仿真本事,能够明显缩短产物上市周期。

  GE公司以为,从观点打算阶段初步促进航空发起机的数字孪生行使,更容易地将打算和构造模子与运转数据相干联,同时,尚有助于优化打算,提升分娩成果。精航伟泰测控仪器(北京)有限公司供应了基于模子的卫星数字孪生打算处理计划,能够最大范围地将验证后的打算模子自愿转化为卫星的物理实行,比方能够凭据相干打算模子自愿天生星载软件的代码。

  对待尚未上市的新产物,通过颁布其观点阶段的数字孪生模子,让消费者拔取更爱好的打算计划,然后再举行周密打算和缔制,如此有助于企业晋升出售事迹。同时,通过构修基于数字孪生模子的正在线修设器,能够助助企业实行产物的正在线选配,实行大量量定制。

  IDC正在2018年5月公告的《数字孪生收集》告诉中指出,到 2020 岁暮,65%的缔制企业将运用数字孪生运营产物和/或资产,下降质料缺陷本钱和供职交付本钱 25%。

  产物数字孪生行使的价格是通过内情协调、内情照射,接连改正产物的本能、为客户供应更好的体验,提升产物运转的安定性、牢靠性、安稳性,晋升产物运转的“矫健度”,正在此根底上晋升产物正在市集上的逐鹿力。同时,通过对产物的构造、质料、缔制工艺等各方面的改正,下降产物本钱,助助企业提升结余才具;而工场数字孪生行使的价格重要外现正在构修透后工场,晋升工场的运营拘束水准,提升合座OEE,下降能耗,鼓舞安定分娩等方面。要真正实行工场数字孪生行使的价格,须要设备用户企业和设备缔制企业举行深方针的团结。

  GE公司对数字孪生的行使价格给出了一段经典描摹:数字孪生通过海量的打算、缔制、检测、维修、正在线传感器及运营数据来设备和获取新闻,行使一系列高保真的企图和基于物理实体的模子,以及高级阐述手腕来预测资产开发正在其全性命周期的矫健和绩效。数字孪生模子的切实水准跟着时候推移,通过更众半据来对模子举行简练,以及相仿开发计划其数字孪生行使而晋升。模子跟着数据的接连收集而不停删改。数字孪生模子供应了开发的周密常识,预测对各类也许场景的应对境况,并行为及时参照来构修各类行使体例,以实行优化各种供职,提升绩效和成果,改良运维、供应链和营业运营等营业价格。

  数字孪生本事最早的首倡者之一,NASA邦度前辈缔制核心主任John Vickers以为:“数字孪生模子的最终目的是正在虚拟境遇中创修、测试和分娩所需开发。只要当它餍足咱们的需求时,才举行实体分娩。然后,又将实体分娩进程通过传感器传达给数字孪生模子,以确保数字孪生模子包蕴咱们对实体产物举行检测所可以得到的扫数新闻。”

  另一篇GE公告于2015年的著作指出:数字孪生模子的上风是通过勾结从打算到及时收集开发的数据等相干新闻,来对开发正在全性命周期举行优化。不单能够下降原型打算或缔制的本钱,并且能够通过将及时数据导入数字孪生模子举行阐述,从而预测阻滞,下降保护本钱,省略停机时候。

  数字孪生是缔制业促进数字化转型和智能缔制的战术办法和实际途径之一。对待缔制企业而言,促进数字孪生行使须要设备显着的目的,以价格为导向,设备跨部分的促进构制,勾结IT、自愿化、研发、仿真、工艺、测试、开发运维等部分的团队,并引入专业商讨机构,务实促进。

  数字孪生行使是IT/OT协调的榜样行使,要实行内情照射,须要搭修工业互联网平台,显着行使对象的要点是企业分娩的产物,依旧工场,抑或是供应链;面向产物的数字孪生行使要点是接济产物研发、市集执行依旧运营保护;面向工场的数字孪生行使要点是工场或产线设立时刻的虚拟调试,依旧工场运营阶段的可视化与优化。同时,企业须要设备全三维打算、仿真驱动打算的本事根底和构制体例。促进数字孪生须要同意合座经营,但勾结整体目的,分步推行,不行搞“大而全”的行使。促进数字孪生行使务必合理把控危急。

  埃森哲《数字孪生:打制生力产物,重塑客户体验》白皮书提出了促进数字孪生行使的四个阶段。

  正在数字孪生的现实行使当中,不也许,也没有须要盲目寻找所少有字孪生模子的“高保真”。由于保真度的晋升意味着构修数字孪生模子的难度和本钱的大幅度晋升,同时,对数字孪生模子举行阐述的繁复性和耗时也会疾速攀升。数字孪生模子越繁复,也就越难以实行内情照射的及时性。正在现实行使当中,对扫数零部件的众物理场都举行繁复的三维仿真耗时很长,往往会举行降阶经管,通过一维仿真对产物的合座本能举行阐述。因而,企业须要凭据现实行使需乞降本能代价比来拔取构修分歧保真度的数字孪生模子。

  数字孪生是一个既具有前瞻性,又易于被各界清楚的改进理念,数字孪生这个术语自己的“性命周期”会很长,而不是短期通行的时兴词汇。数字孪心理念经历观点炒作阶段之后,会渐渐走向务实促进的阶段。

  目前,盘绕数字孪生本事的接洽更众地还聚会正在观点斟酌阶段,我邦缔制企业真正展开的现实行使还处于初期阶段。正如前一阶段各方面热议,工业互联网缺乏“杀手级”行使相似,企业也该当正在产物数字孪生和工场数字孪生周围找到本身的“杀手级”行使。

  纵然没少有字孪生,良众设备缔制企业也仍然初步通过工业互联网(工业物联网)平台,对正正在服役的设备举行长途监控,并运用工业大数据和人工智能本事举行预测性保护。那么,通过数字孪生本事实行内情协调,能够进一步通过对这些设备运转进程的及时仿真和优化,晋升开发运转绩效,避免很是事情。同样,纵然没少有字孪生,良众缔制企业也正在设立分娩监控与教导体例,实行工场的可视化、透后化。那么,通过数字孪生本事实行内情照射,能够特别精准地把控工场、车间、产线和开发的分娩、能耗、质料、物流供应的及时状况,从而晋升工场的运转绩效,避免开发非安插性停机。因而,数字孪生行使给缔制企业带来的价格是实实正在正在的。

  笔者提议,缔制企业该当构制针对数字孪生的培训,长远研讨数字孪生的理念、数字孪生相干产物和处理计划,勾结本身的物业特性和现实需求,找到数字孪生行使的打破口。正在此根底上,同意数字孪生行使经营。

  数字孪生行使,长道漫漫,但道就正在脚下!从数字孪生行使中获益的机遇,属于有绸缪的企业!