说到数字孪生(也叫数字双胞胎),很多都没有明确的概念,也无法真实理解其中的含义,尤其是这几年三维可视化技术的应用普及,数字工厂的建设已经逐步得到企业尤其是大型制造业的重视。当然数字孪生技术对于制造行业的应用价值也是具有非常重要的意义。
百度百科给数字孪生的定义是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念,可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。
结合近年来多个Cyber Factory相关项目的实施经验,通俗来讲,数字孪生就是搭建一个虚拟的空间来完全模仿物理空间的世界(如利用BIM建模技术实现车间的三维可视化展现),利用物联网、大数据技术,将物理空间的数据实时展示到虚拟空间里,技术人员结合融合数据分析能力,实现对现实空间的指挥调度,切实实现物理空间与虚拟空间的无缝联动。西门子对于数字孪生技术的支持分别从产品、生产和性能三个方面构建数字协同平台。其协同平台的设计如下图所示:
那么我们了解了数字孪生技术后,对于企业来说应该如何应用呢,这几天和某大型装备制造业探讨这个事情,有一些感悟。其实数字孪生技术的落地需要一系列其他相关技术的融合支撑,比如:物联网技术、大数据技术、人工智能技术等,只有将这些技术融合,才能真实将其淋漓尽致的发挥出来。
从目前行业应用情况来看,制造业已将数字孪生的应用支撑建设提上了日程,那么我们应该如何建设呢,个人建议还是要做好远期规划,其数字孪生平台作为一种能力,利用“平台+应用”的生态体系构建为目标,在平台建设之初要兼顾好平台能力的开放性设计,具体系统建设建议方式如下:
利用企业大数据平台汇聚各专业数据,融合数字孪生平台形成工业互联网平台的基础能力,为不同专业应用(如资产管理、安保联防、物流管理、生产制造)提供平台支撑。
具体应用建议如下:
1、生产数字化:以真实生产线仿真为基础,对各个工段、设备形态进行复原,实时反映生产流程和运行状态。并融合人、机、料、法、环、测等多要素数据,实现生产现场的智慧调度;
2、资产数字化:基于厂房空间布局可以实时掌控各设备的运行状态、一机一档相关信息,为制定生产计划,生产指挥调度提供数据决策依据。
运行状态监控:提供设备开机时间、关机时间、运行时间、暂停时间、故障时间等以图表方式统计分析,同时也可以通过报表方式查看多台设备的运行状态;
设备负荷及能耗监控:平台可以通过实时采集设备主电源的电流、电压信息对设备的运行负荷状态进行监控;
一机一档:提供各设备的维修保养、设备属性等相关信息。
3、仓储数字化:利用三维可视化图形可以直观展现各仓储库存状态,并基于仓储情况提供动态的仓储规划和调整;
4、物料管理数字化:打通生产相关信息,实现物料与生产、采购等信息联动,确保物料与生产联动,减少因缺料而造成的生产损失。