“数字孪生”技术如何助力制造业复工复产?

2020-05-21 16:07:29
养生保健老红木
数字孪生
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在“数字孪生”中,双胞胎中的一个是存在于现实世界的实体,小到零件,大到工厂,简单如螺丝,复杂如人体的结构。而双胞胎中的另一个则只存在虚拟和数字世界之中,是利用数字技术营造的与现实世界对称的镜像。

在5G、物联网和大数据三大支柱的支持和护航下,“数字孪生”这个概念,开始从构想走向现实,频繁出现于人们的视野中。那么“数字孪生”到底是什么?

1数字孪生不仅仅是复制

孪生,即双胞胎;数字孪生,顾名思义,就是数字形式的双胞胎。

在“数字孪生”中,双胞胎中的一个是存在于现实世界的实体,小到零件,大到工厂,简单如螺丝,复杂如人体的结构。而双胞胎中的另一个则只存在虚拟和数字世界之中,是利用数字技术营造的与现实世界对称的镜像。

如果以家用电脑为例,Word文档和打印出来的文稿就是“数字孪生”。若以导航软件为例,城市中的实体道路和软件中的虚拟道路也是“数字孪生”。

此外,这个数字孪生体,不仅是对现实实体的虚拟再现,还可以模拟对象在现实环境中的行为。因此我们说“数字孪生”不仅仅是复制,“数字孪生”是将物理对象以数字化方式在虚拟空间呈现,模拟其在现实环境中的行为特征。

“数字孪生”作为实现物理空间和虚拟空间交互映射的一项通用赋能技术,将在推动制造企业复工复产进程中发挥积极作用。

2“数字孪生”技术成功应用案例

随着智能制造的蓬勃发展,数字孪生在世界范围内应用越来越广

位于德国安贝格的西门子电子元器件制造工厂被誉为“数字化工厂”的典范。这里生产超过1000种不同的Simatic产品。这些产品在工业中用于对设备进行编程和控制。

这家工厂采用了完整覆盖全价值链的“数字孪生”技术,通过在虚拟空间构建产品数字孪生体,多角度、多维度模拟优化产品,实现产品快速研发、产能翻倍。据统计,该工厂每天能够进行350次生产切换,平均每秒钟生产一件产品。

在1989年,这里生产的每一百万个部件中便有500个瑕疵品。而在今天,每一百万个部件的瑕疵率是11个,产品质量合格率高达99.9989%。在此期间,这间工厂的产能提升了11倍,而员工数量几乎保持不变。

另外,劳斯莱斯使用数字孪生风扇叶片来制造超级喷气发动机,提高了25%的燃油消耗效率。

英国铁路网的数字孪生是为了实现设计过程的自动化而建立的,大大节省了现场人工测量的成本和时间。

新加坡利用数字孪生技术研究新的智能建筑如何在现有基础设施上进行建设规划、安装等。另外,新加坡利用DT分析哪些建筑是安装太阳能电池板和积累能量的最佳选择。

荷兰第二大城市鹿特丹还计划利用该市的数字孪生系统,来改善基础设施维护、能源效率、道路和水上交通,以及帮助消防员在紧急情况下出行任务等等。

随着“数字孪生”技术的日趋成熟,势必会加快工业企业的发展进程!

3数字孪生助力制造企业有序复工复产

疫情防控期间,诸多制造企业因受原材料不足、用工短缺等问题的困扰,难以迅速复工复产,而采用“数字孪生”技术可以在研发设计、生产制造、经营管理等方面重组原有业务流程,优化企业资源配置,提高企业经营效率。

一实现研发协同联合研发、生产和采销等部门在虚拟空间构建产品数字孪生体,多物理场、多维度模拟展示产品在物理空间中的状态变化,完成产品外观、结构、装配等设计,避免线下聚集办公,缩短产品上市周期。

二是实现工艺优化将产品生产过程中涉及到的机器设备、工作环境、工艺原理等要素映射到虚拟空间进行仿真测试,并在线上完成工艺优化,形成生产工艺可行性报告,降低产品工艺迭代成本。

三是实现产能调配通过在虚拟空间中模拟工厂布局、物料流动、机器产能等,结合产品需求,确定合理工厂布局、物流策略和生产计划,降低接触传染风险,提高对市场的适应能力。

四提高机器设备智能化水平实时采集机器设备的变形程度、刀具轨迹、温度等数据,并动态更新虚拟空间中机器设备的相关数据,通过设立数据阈值评估设备状态,减少人为检查频次,实现设备预测性维护。

五提高制造车间柔性化水平整合企业的人员、机器、物料、环境等生产要素并构建独立的数字孪生体,分析产品生产所需设备、环境、时间等,搭建虚拟车间,实现产线布置、产能分配的线上调整,提高车间柔性化水平。

六提高产品质量管理水平根据以产品全生命周期数据为基础建立的数字孪生体模型,对有质量缺陷的产品进行溯源检查,排查产品材料、加工等环节的漏洞并补全,减少质检部门现场操作时间,强化产品质量保障体系。

4对企业下一步工作建议

从企业的整体概念来讲,完整的数字化应该是所有环节之间集成打通。在此基础上,形成横向集成、纵向集成以及端到端集成,把所有的信息孤岛全部打通。完整的价值链的集成能带给企业巨大竞争优势。

时代发展迅速,而顺应企业发展的“数字孪生”理念也必将普遍应用于生产流程中,助力企业实现数字化。

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