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数字孪生如何推动工业互联网发展
2024-05-16 08:56

工业和信息化部发布2024年一季度工业和信息化发展情况,智能制造是制造强国建设的主攻方向,连续3年实施智能制造试点示范行动,已培育421家国家级示范工厂、万余家省级数字化车间和智能工厂,人工智能、数字孪生等技术在90%以上的示范工厂得到应用。

 

作为工业互联网数据闭环优化的核心使能技术,数字孪生具备打通数字空间与物理世界,将物理数据与孪生模型集成融合,形成综合决策后再反馈给物理世界的功能,为企业开展智能化升级提供了新型应用模式。

 

 

 

 

 

工业数字孪生三大要素

 

 

 

 

孪生精度、孪生时间和孪生空间是评价数字孪生发展水平的三大要素:
 

 

1、孪生精度

指数字孪生反映真实物理对象外观行为、内在规律的准确程度,可以划分为描述级、诊断级、决策级、自执行级等。从孪生精度发展范式看,数字孪生由对孪生对象某个剖面描述向更精准数字化映射发展,更高的精度决定了更精准的映射、更准确的控制、更深度的应用深度。

2、孪生时间

指孪生对象和物理对象同步映射的时间长度,如可划分为设计孪生、设计制造一体化孪生、全生命周期孪生等。

3、孪生空间

指单元级孪生对象在通过组合形成系统级孪生对象过程中,所占用实际物理空间的大小,也从侧面反应了孪生对象的复杂程度,如可划分为资产孪生、产线孪生、车间孪生、工厂孪生、城市孪生等。从孪生空间发展范式看,数字孪生由少量孪生对象简单关联向大量孪生对象智能协同的方向发展,打造复杂系统级孪生解决方案。

 

 

 

 

工业数字孪生应用发展模式

 

 

 

 

流程行业分析,流程行业具备数字化基础好、生产过程连续、安全生产要求高等特点。目前,数字孪生应用重点聚焦于提升设备管理、工厂管控和安全管理水平。

 

1)基于数字孪生的全工厂三维可视化监控。当前以石化、钢铁、核电为代表的流程行业企业已经具备了较好的数字化基础,很多企业全面实现了对全厂设备和仪器仪表数据采集。在此基础上,多数企业涌现出对现有工厂进行三维数字化改造的需求。通过构建工厂三维几何模型,为各个设备、零部件几何模型添加信息属性,并与对应位置IOT数据相结合,实现全工厂行为实时监控。

2)基于数字孪生的工艺仿真及参数调优。工艺优化是流程行业提升生产效率的最佳举措,但由于流程行业化学反应机理复杂,在生产现场进行工艺调参面临安全风险,所以工艺优化一直是流程行业的重点和难点。基于数字孪生的工艺仿真为处理上述问题提供了解决方案,通过在虚拟空间进行工艺调参验证工艺变更的合理性,以及产生的经济效益。

3)基于实时仿真的设备深度运维管理。传统设备预测性维护往往只能预测“设备什么时间坏”,不能预测“设备哪个关键部位出现了问题”。而基于数字孪生实时仿真的设备监测将离线仿真与IOT实时数据结合,实现基于实时数据驱动的仿真分析,能够实时分析设备哪个位置出现了问题,并给出最佳响应决策。

4)是基于智能仿真的设备运行优化。基于数字孪生的智能仿真诊断分析,将传统仿真技术与人工智能技术结合,极大提升了传统仿真模拟准确性。

5)是基于数字孪生虚拟仿真的安全操作培训。由于流程行业生产连续、设备不能停机、安全生产要求等特点,导致无法为新入职的设备管理、工厂检修等技术工程师提供实操训练环境。基于数字孪生的仿真培训为现场工程师提供了模拟操作环境,能够快速帮助工程师提升技术技能,为其真正开展实际运维工作提供基础训练。

 

工业数字孪生应用仅处于初级阶段,真正成熟的数字孪生应用还需要较长时期探索实践。短期来看,三类关键场景有望成为重点应用方向。一是存量工厂三维可视化改造要实现“应用普及”,二是全场景虚拟制造诊断要实现“能力提升”,三是实时仿真/智能仿真分析要实现“单点突破”。数字工厂、数字车间、数字人为基础的人工交互、虚实交互,以虚强实的应用场景将有更多落地。

 

PLtwin数字孪生拥有Unity游戏引擎与GIS&BIM地图的两条技术产品,包含3D建模与开发的独立数字孪生团队,利用三维建模技术还原真实场景,模拟仿真运行状态,打通业务数据,实现数字化"一张图"的多种应用场景。广泛应用于智慧社区、房地产、智慧城市、智慧工厂、数字产线、工艺仿真等诸多领域。

 

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