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数字孪生与制造技术的融合说明
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数字孪生体现了软件、硬件、和物联网回馈的机制。运行实体的数据是数字孪生的营养液输送线。反过来,很多模拟或指令信息可以从数字孪生输送到实体,以达到诊断或者预防的目的。
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数字孪生的十大关系
2018-06-22 22:00
利用数据馈送来映射物理实体的数字孪生技术,正在对工业众多领域
产生颠覆性影响。德国信息技术与新媒体协会 BITKOM 预测,数字孪生
在制造业市场巨大,到 2025 年将超过 780 亿欧元。
作者:林雪萍 赵光
本文由知识自动化(zhishipai)授权转载
迎接数字孪生,需要用战略性视角审视它与过去、未来诸多工业要素的关系,
比如它与 PLM 软件、CAD 模型、工业云进行形态变换,它对物理实体、产线生
产,以及工业之外的世界进行映射。同时它对智能制造、工业互联网和赛博物
理系统 CPS 的支撑。而对首席信息官 CIO 来说,如何接纳数字孪生这样一个新
宠物?
在此,我们梳理了数字孪生的十大关系,正是这些关系,支撑着一个全新的
数字工业世界。
数字孪生的定义
数字孪生一词,最早是密西根大学教授 Grieves 提出,后来 NASA 在 2010 年
对飞行器的真实运行活动进行镜像仿真。它试图在虚拟世界中,尽可能地模仿
物理世界真实发生的一切。
数字孪生是现实世界中物理实体的配对虚拟体(映射)。这个物理实体(或
资产)可以是一个设备或产品、生产线、流程、物理系统,也可是一个组织。
数字孪生概念的落地是用三维图形软件构建的“软体”去映射现实中的物体来实
现。这种映射通常是一个多维动态的数字映射,它依赖安装在物体上的传感器
或模拟数据来洞察和呈现物体的实时状态,同时也将承载指令的数据回馈到物
体导致状态变化。数字孪生是现实世界和数字虚拟世界沟通的桥梁。
一个描述钟摆轨迹的方程式通过编程形成模型后,是一个钟摆的数字孪生吗?
不是。因为它只描述了钟摆的理想模型(例如真空无阻力),却没有记录它的
真实运动情况。只有把钟摆在空气中的运动状态、风的干扰、齿轮的损耗等情
况通过传感器和数据馈送实时输入到模型后,这个描述钟摆的模型,才真正成
为了钟摆的数字孪生。
Gartner 认为, 一个数字孪生需要至少四个要素:数字模型,关联数据,身
份识别和实时监测功能。
数字孪生体现了软件、硬件、和物联网回馈的机制。运行实体的数据是数字
孪生的营养液输送线。反过来,很多模拟或指令信息可以从数字孪生输送到实
体,以达到诊断或者预防的目的。
这是一个双向进化的过程。
1 数字孪生与 CAD 模型
当完成 CAD 的设计,一个 CAD 模型就出现了。然而,数字孪生与物理实体
的产生则紧密相连:没有到实体被制造出来的那一刻,就没有它对应的数字孪
生(当然,数字孪生也可以继承另外一个数字孪生模板做为基础)。
CAD 模型往往是静态的,它的作用是往前推动,在绝大多数场合,它就像中
国象棋里面一个往前拱的小卒;而数字孪生,则是一个频频回头的在线风筝:
两头都有力量。
3D 模型在文档夹里无人问津的时代已经过去。数字孪生可以回收产品的设
计、制造和运行的数据,并注入全新的产品设计模型中,使设计发生巨大的变
化。知识复用,变得越来越普及。
数字孪生是基于高保真的三维 CAD 模型,它被赋予了各种属性和功能定义,
包括材料、感知系统、机器运动机理等。它一般储存在图形数据库,而不是关
系型数据库。
最值得期待的是,有了数字孪生,也许可能取代昂贵的原型。因为它在前期
就可以识别异常功能,从而在没有生产的时候,就以消除产品缺陷。
IBM 的看法是,数字孪生就是物理实体的一个数字替身,可以演化到万物互
联的复杂的生态系统。它不仅仅是 3D 模型,而是一个动态的、有血有肉的、活
生生的 3D 模型。
数字孪生,是 3D 模型的点睛重生,也是物理原型的超级新替身。
2 数字孪生与 PLM 软件
考虑到数字孪生可以用 PLM 来管理产品或设备的生命周期,也从 PLM 软件
中输出文件,PLM 显然与数字孪生紧密相关。
然而 PLM 以前虽然叫做产品全生命周期的管理,但从一个产品的设计、制
造、到服务的全过程而言,PLM 显然是没有完成任务。它的作用,到了制造的
后期,往往戛然而止了。大量在制造中发生的工程状态更改,往往无法返回给
研发设计师。而当产品出厂之后,就会形成产品的信息孤儿,更是无法通过
PLM 进行跟踪。
数字孪生的出现,由于对物理产品的全程(包括损耗和报废)进行数字化呈
现,这使得产品的“全生命周期”透明化、自动化管理概念,成为货真价实的实
际方法。这意味着只有在工业互联网时代,PLM 才能真正成为现实——值得讽
刺是,PLM 这个概念当下似乎也在过时。它出现的太早,未曾也无法完成它的
使命。
数字孪生的出现,PLM 终于可以简单地回归它的软件和数据件(Dataware)概
念。全生命周期管理,成为借助于数字孪生、工业互联网等众多技术和商业模
式,合力实现的一个新的营利模式。
3 数字孪生与物理实体
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Aamboo
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