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      技術控 | 數字孿生,虛實融合開啟智慧通道
      2022/12/5
       

      數字孿生是跨越其生命周期的對象或系統的虛擬表示,從實時數據更新,到使用仿真、機器學習和推理來幫助決策。


      一、數字孿生技術的歷史

      1991年,耶魯大學計算機科學教授DavidGelernter首次提出了數字孿生的概念。然而,密歇根大學MichaelGrieves博士被認為是2002年首次將數字孿生概念應用于制造業,并正式宣布了數字孿生的軟件概念。最終,美國國家航空航天局的技術專家JohnVickers2010年引入了數字孿生這個術語。



      二、數字孿生技術的工作原理

      數字孿生是一種虛擬模型,旨在準確反映物理對象。研究對象(例如風力渦輪機)配備了與重要功能領域相關的各種傳感器。這些傳感器產生有關物理對象性能不同方面的數據(例如能量輸出、溫度、天氣條件等),然后將該數據轉發到處理系統并應用于數字副本。

      一旦獲得此類數據,虛擬模型可用于運行模擬、研究性能問題并帶來可能的改進,所有這些都是為了產生有價值的見解,然后可以將其應用回原始物理對象。


      三、數字孿生技術的類型

      根據產品放大倍數的不同,有多種類型的數字孿生。這對數字孿生最大的區別在于應用領域。不同類型的數字孿生在系統或流程中共存是很常見的。以下通過數字孿生的類型來了解差異以及它們的應用方式。

      1、組件孿生/零件孿生

      組件孿生是數字孿生的基本單元,是功能組件的最小示例。零件孿生也大致相同,但屬于不太重要的組件。

      2、資產孿生

      當兩個或多個組件一起工作時,它們就形成了所謂的資產。資產孿生讓企業可以研究這些組件的交互,創建大量可以處理的性能數據,然后轉化為可操作的步驟。



      3、系統孿生或單元孿生

      下一級別的放大將涉及系統孿生或單元孿生,這使人們能夠看到不同的資產如何組合在一起形成一個完整的功能系統。系統孿生提供有關資產交互的可見性,并可能建議性能增強。

      4、過程孿生

      過程孿生(放大的宏觀層面)揭示了系統如何協同工作以創建整個生產設施。這些系統是否都同步以最高效率運行,或者一個系統的延遲會影響其他系統?流程孿生可以幫助確定最終影響整體效率的精確時序方案。


      四、數字孿生技術的優點

      1、更好地研發

      使用數字孿生可以更有效地研究和設計產品,并創建大量關于性能結果的數據。這些信息可以幫助企業在開始生產前對產品進行必要的改進。

      2、更高的效率

      即使在新產品投入生產之后,數字孿生也可以幫助鏡像和監控生產系統,著眼于在整個制造過程中實現和保持最高效率。

      3、處理工作壽命結束的產品

      數字孿生甚至可以幫助制造商決定如何處理工作壽命結束的產品,并需要通過回收或其他措施進行最終處理。通過使用數字孿生,他們可以確定能夠回收哪些材料。



      五、數字孿生技術的應用

      數字孿生技術已廣泛用在以下應用場合中:

      1、智慧實驗室

      數字孿生技術的迅猛發展,為當代智能化實驗室建設提供了堅實的技術支撐。通過數字孿生結合物聯網及大數據技術,建設智慧實驗室環境設施管理平臺,集成實驗室子系統通過可視化技術呈現各專業狀態及數據,其對建筑的節能降耗、安全性能和系統運行有效性的提高以及可視化展示等方面具有積極的意義。

      2、發電設備

      大型發動機(包括噴氣發動機、機車發動機和發電渦輪機)從數字孿生的使用中受益匪淺,特別是在幫助建立定期維護的時間表方面。

      3、物理結構及其系統

      大型建筑物或海上鉆井平臺等大型物理結構可以通過數字孿生進行改進,尤其是在設計過程中。也可用于設計在這些結構內運行的系統,例如HVAC系統。

      4、制造業務

      由于數字孿生旨在反映產品的整個生命周期,因此數字孿生在制造的各個階段無處不在,指導產品從設計到成品以及其間的所有步驟也就不足為奇了。

      5、醫療保健服務

      正如可以通過使用數字孿生對產品進行分析一樣,接受醫療保健服務的患者也可以采用數字孿生。相同類型的傳感器生成數據系統可用于跟蹤各種健康指標并生成關鍵見解。

      6、汽車行業

      汽車是許多類型的復雜、協同工作的系統,數字孿生廣泛應用于汽車設計中,既可以提高汽車性能,也可以提高生產效率。

      7、城市規劃

      土木工程師和其他參與城市規劃活動的人員可以通過使用數字孿生得到了極大的幫助,數字孿生可以實時顯示3D4D空間數據,還可以將增強現實系統納入建筑環境。

       
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