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数字孪生——智能制造未来新趋势

发布时间:2019-01-10 作者:佚名  来源:互联网
关键字:智能制造 数字孪生 
“数字孪生”(Digital Twin)是指以数字化方式拷贝一个物理对象,模拟对象在现实环境中的行为,对产品、制造过程乃至整个工厂进行虚拟仿真,从而提高制造企业产品研发、制造的生产效率。
  “数字孪生”与建模仿真技术曾被称作智能制造业的下一波浪潮,工业4.0也要求,若要虚和实的互动以及相互增强,数字化模型必须先出现。
  
  什么是数字孪生
  
  “数字孪生”(Digital Twin)是指以数字化方式拷贝一个物理对象,模拟对象在现实环境中的行为,对产品、制造过程乃至整个工厂进行虚拟仿真,从而提高制造企业产品研发、制造的生产效率。
  
  通常要打造出一件产品或一套生产流程,会经历多次迭代设计,有时为了验证产品的某一尺寸,部件间的装配关系,流程的一环,就不得不制造出很多个中间产品或重新设计流程,耗费大量时间、金钱和人力。 采用数字化模型的设计技术(常指CAD技术,即数字化辅助设计),就可在虚拟的三维数字空间里从无到有地创造出部件和产品以及工艺流程。
  
  在虚拟的三维空间里,可以轻松的修改部件和产品的每一处尺寸和装配关系,使产品几何结构的验证工作、装配可行性的验证工作、流程的可实行性大为简单,因此可以大幅度减少迭代过程中的物理样机的制造次数,时间,成本。
  
  实际上,在最终的产品制造出来之前,有很多个数字化模型代表着产品迭代的各个阶段。这些模型或者其中的一部分,仍然有可能被以后的型号或者产品线所采用,这也是数字化模型的一个附加好处。
  
  建模仿真的“前世今生”
  
  建模仿真最早来源于上世纪6、70年代的计算机语言编写的数字算法,当时只是简单用于计算特定物理现象,解决设计问题; 之后二十年,随着工作站和微机的普及以及计算能力的提高,仿真技术的应用逐渐遍及各个学科和不同层面;而且不会停留在设计阶段,正在向产品和系统的全生命周期扩展,构成与实体形影不离的“数字孪生”。
  
  由于仿真能够在产品生命周期提供无缝协助和优化,将会成为制造体系的核心功能之一,未来智能工厂是基于模型的系统工程或基于模型的制造,软件定义产品、决定企业盛衰,仿真技术制造系统关键组成部分的黄金时代才刚刚开始。
  
  制造业是目前数字孪生最常用的行业,按时向客户提供保质保量的产品对制造企业至关重要, 如果机器的运转不能协同并以适当的容量工作,就会影响员工、生产、可交付性以及最终客户的满意度;采取实时监控、不中断生产的情况下进行测试、并且能够在设施中收集的数百万个数字据点获得更多信息,数字孪生使制造企业更加智能。
  
  数字孪生的国内现状
  
  早在几年前就有公司提出“数字化孪生”模型概念,基于模型的虚拟企业和基于自动化技术的现实企业的“数字化孪生”(Digital Twins),包括“产品数字化孪生”、“生产工艺流程数字化孪生”和“设备数字化孪生”,三个层面又高度集成为一个统一的数据模型,并通过数字化助力企业整合横向和纵向价值链,提供工业生态系统重塑和实现“工业4.0”自下而上的切实之路。
  
  数字孪生引入国内仅仅几年时间,目前处于初步探索与实践环节,距离广泛应用还有很长的路要走;目前数字孪生技术还面临着诸多难题。 此外,新的设计检验方法仍需进一步探索,使物理模式的实验结果更准确、更接近真实的工况,为数字孪生体的推演提供可靠的数据支撑。
  
  目前中国制造业正处于转型升级的关键时期,通过物联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合,使得中国制造竞争力得到大幅提升。未来,数字孪生也可结合物联网的数据采集、大数据处理和人工智能建模分析,实现对过去发生问题的诊断、当前状态的评估以及未来趋势的预测,并给予分析结果,模拟各种可能性,提供更全面的决策支持。
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