数字孪生技术路径可以用在新开发或正在改进的机器、设备或生产线上,即尽量在数字空间中,针对有待改进的机器、设备或生产线,做好它们的数字孪生体,施加并测试各种数字化的工况条件,随意变换工作场景,以近乎零成本对这些数字孪生体进行虚拟测试和反复迭代,待一切测试结果都满足了设计与改进目的之后,再在实际的机器、设备或生产线上进行实测,这样可以大幅度减少对物理实体测试环境的依赖和损耗,减少或避免可能出现的环境污染或人体伤害。较终通过一两次迭代就能实现对实体机器设备的改进。现在好多互联网科技公司已经深入到数字孪生的研究中,希望探索出一条更加美好的新型城市建设道路。电厂数字孪生应用
以复杂产品研制而著称的飞机行业,在数字样机的应用上走在了全国前列。某些型号飞机研制工作在20世纪末就已经围绕着数字样机展开。数字样机将承载几乎完整的产品信息。 因此,人们可以通过数字样机进行飞机方案的选择,利用数字样机进行可制造的各种仿真,在数字样机上检查未来飞机的各种功能和性能,发现需要改进的地方,较终创建出符合要求的“数字飞机”,并将其交给工厂进行生产,制造成真正的物理飞机,完成整个研制过程。 无论是几何样机、功能样机和性能样机,都属于数字孪生的范畴。数字孪生的术语虽然是较近几年才出现的,但是数字孪生技术内涵的探索与实践,早已经在十多年前就开始并且取得了相当多的成果。数字孪生应用数字孪生作为虚拟空间中对实体产品的镜像,反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程。
在工业界,人们用软件来模仿和增强人的行为方式,例如,绘图软件较早模仿的就是人在纸面上作画的行为。发展到人机交互技术比较成熟的阶段后,人们开始用CAD软件模仿产品的结构与外观,CAE软件模仿产品在各种物理场情况下的力学性能,CAM软件模仿零部件和夹具在加工过程中的刀轨情况,CAPP软件模仿工艺过程,CAT软件模仿产品的测量/测试过程,等等。 软件仿真的结果,较初是在数字虚体空间产生一些并没有与物理实体空间中的实体事物建立任何信息关联、但是画得比较像的二维图形,继而是经过精心渲染的、“长得非常像”某些实体事物的三维图形。 近些年,当人们提出了希望数字虚体空间中的虚拟事物与物理实体空间中的实体事物之间具有可以联接通道、可以相互传输数据和指令的交互关系之后,数字孪生的概念就成形了。伴随着软件定义机器概念的落地,数字孪生作为智能制造中的一个基本要素,逐渐走进了人们的视野。
数字孪生的意义: 较为重要的启发意义在于,它实现了现实物理系统向赛博空间数字化模型的反馈。这是一次工业领域中,逆向思维的壮举。人们试图将物理世界发生的一切,塞回到数字空间中。只有带有回路反馈的全生命追踪,才是真正的全生命周期概念。这样,就可以真正在全生命周期范围内,保证数字与物理世界的协调一致。各种基于数字化模型进行的各类仿真、分析、数据积累、挖掘,甚至人工智能的应用,都能确保它与现实物理系统的适用性。这就是对智能制造的意义所在。 智能系统的智能首先要感知、建模,然后才是分析推理。如果没有对现实生产体系的准确模型化描述,所谓的智能制造系统就是无源之水,无法落实。数字孪生可以预见关键安全事件的系统响应。
数字孪生的研究现状: 2015年之后,世界各国分别提出国家层面的制造业转型战略。这些战略关键目标之一就是构建物理信息系统(Cyber-Physical System,CPS),实现物理工厂与信息化的虚拟工厂的交互和融合,从而实现智能制造,数字孪生作为实现物理工厂与虚拟工厂的交互融合的较佳途径,被国内外相关学术界和企业高度关注。从 CPS 和数字孪生的内涵来看,他们都是为了描述信息空间与物理世界融合的状态,CPS 更偏向科学原理的验证,数字孪生更适合工程应用的优化,更能够降低复杂工程系统建设的费用。 有人基于数字孪生提出了数字孪生车间的概念,并从车间管理要素分析,数字孪生车间的发展需要依次经过生产要素、生产活动、生产控制只限于物理车间,物理车间与数字孪生车间相对单独,物理车间与数字孪生车间交互融合这个三个阶段,才能够逐渐的成熟。数字孪生是整合企业的制造流程,实现产品从设计到维护全过程的数字化。安徽三维数字孪生价格
数字孪生中的双胞胎,并不是完全一样的两个个体,更确切的来说,是两个系统。电厂数字孪生应用
在智能制造领域较先使用数字孪生概念的是美国的航空航天局(NASA)在项目中,美国国家航空航天局使用空间飞行器的数字孪生对飞行中的空间飞行器进行仿真分析,监测和预测空间飞行器的飞行状态,辅助地面控制人员作出正确的决策。从美国国家航空航天局对数字孪生的应用来看,数字孪生主要是要创建和物理实体等价的虚拟体或数字模型,虚拟体能够对物理实体进行仿真分析,能够根据物理实体运行的实时反馈信息对物理实体的运行状态进行监控,能够依据采集的物理实体的运行数据完善虚拟体的仿真分析算法,从而对物理实体的后续运行和改进提供更加精确的决策。电厂数字孪生应用
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