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数字孪生你知道多少?一文让你读懂数字孪生

发布时间:2022-10-13 15:16:19

数字孪生是一种虚拟模型,旨在准确反映物理对象。正在研究的对象——例如,风力涡轮机——配备了与重要功能领域相关的各种传感器。这些传感器产生有关物理对象性能不同方面的数据,例如能量输出、温度、天气条件等。然后将该数据转发到处理系统并应用于数字副本。

一旦获得此类数据的通知,虚拟模型可用于运行模拟、研究性能问题并产生可能的改进,所有这些都是为了产生有价值的见解——然后可以将其应用回原始物理对象。

数字孪生与模拟

尽管模拟和数字孪生都利用数字模型来复制系统的各种过程,但数字孪生实际上是一个虚拟环境,这使得它的研究更加丰富。数字孪生和模拟之间的区别主要在于规模问题:虽然模拟通常研究一个特定的过程,但数字孪生本身可以运行任意数量的有用模拟来研究多个过程。

差异并不止于此。例如,模拟通常不会从实时数据中受益。但数字孪生是围绕双向信息流设计的,首先在对象传感器向系统处理器提供相关数据时发生,然后在处理器创建的见解与原始源对象共享回时再次发生。

通过拥有与广泛领域相关的更好且不断更新的数据,再加上虚拟环境带来的额外计算能力,数字孪生能够从比标准模拟更多的有利位置研究更多问题——具有更大的最终潜力改进产品和流程。

数字孪生的类型

根据产品放大倍数的不同,有多种类型的数字孪生。这对孪生最大的区别在于应用领域。不同类型的数字孪生在系统或流程中共存是很常见的。让我们通过数字孪生的类型来了解差异以及它们的应用方式。

1、组件孪生/零件孪生

组件孪生是数字孪生的基本单元,是功能组件的最小示例。零件孪生大致相同,但属于不太重要的组件。

2、资产孪生

当两个或多个组件一起工作时,它们就形成了所谓的资产。资产孪生让您可以研究这些组件的交互,创建大量可以处理的性能数据,然后转化为可操作的见解。

3、系统或单元孪生

下一级放大涉及系统或单元孪生,这使您能够看到不同的资产如何组合在一起形成一个完整的功能系统。系统孪生提供有关资产交互的可见性,并可能建议性能增强。

4、过程孪生

工艺孪生(放大的宏观层面)揭示了系统如何协同工作以创建整个生产设施。这些系统是否都同步以最高效率运行,或者一个系统的延迟会影响其他系统?流程孪生可以帮助确定最终影响整体效率的精确时序方案。

数字孪生技术的历史

数字孪生技术的想法最早是在 1991 年 由 David Gelernter出版的Mirror Worlds提出的。然而,迈克尔·格里夫斯博士(当时在密歇根大学任教)被认为是 2002 年首次将数字孪生概念应用于制造业,并正式宣布了数字孪生软件概念。最终,美国宇航局的约翰维克斯在 2010 年引入了一个新术语——“数字孪生”。

然而,使用数字孪生作为研究物理对象的手段的核心思想实际上可以更早地见证。事实上,可以正确地说,NASA 在 1960 年代的太空探索任务中率先使用了数字孪生技术,当时每艘航行的航天器都被精确复制成一个地球版本,供 NASA 工作人员用于研究和模拟目的。飞行机组人员。

数字孪生的优点和好处

1、更好的研发

使用数字孪生可以更有效地研究和设计产品,并创建大量关于可能的性能结果的数据。这些信息可以带来洞察力,帮助公司在开始生产之前进行所需的产品改进。

2、更高的效率

即使在新产品投入生产后,数字孪生也可以帮助镜像和监控生产系统,着眼于在整个制造过程中实现并保持最高效率。

3、产品报废

数字孪生甚至可以帮助制造商决定如何处理产品生命周期结束并需要通过回收或其他措施进行最终处理的产品。通过使用数字孪生,他们可以确定可以收获哪些产品材料。

数字孪生市场和行业

虽然数字孪生因其提供的功能而备受推崇,但并不保证每个制造商或创建的每个产品都可以使用它们。并非每个对象都足够复杂,以至于需要数字孪生所需的密集且定期的传感器数据流。从财务角度来看,投入大量资源来创建数字孪生也不总是值得的。(请记住,数字孪生是物理对象的精确复制品,这可能使其创建成本高昂。)

另一方面,许多类型的项目确实特别受益于数字模型的使用:

大型项目 受严格工程规则约束的建筑物、桥梁和其他复杂结构。
机械复杂项目 喷气涡轮机、汽车和飞机。数字孪生可以帮助提高复杂机械和庞大发动机的效率。
电力设备 这包括发电和传输电力的机制。
制造项目 数字孪生擅长帮助简化流程效率,正如您在具有协同功能机器系统的工业环境中所发现的那样。

因此,在数字孪生方面取得最大成功的行业是那些涉及大型产品或项目的行业:

  • 工程(系统)
  • 汽车制造
  • 飞机生产
  • 轨道车设计
  • 建筑施工
  • 制造业
  • 电力设施

数字孪生市场:蓄势待发

快速扩张的数字孪生市场表明,虽然数字孪生已经在许多行业中使用,但对数字孪生的需求将在一段时间内继续升级。2020 年,数字孪生市场价值 31 亿美元。一些行业分析师推测,它至少会在 2026 年之前继续大幅上升,估计攀升至 482 亿美元1。

数字孪生的应用场景

数字孪生已广泛用于以下应用:

1、发电设备

大型发动机——包括喷气发动机、机车发动机和发电涡轮机——从数字孪生的使用中受益匪浅,特别是在帮助建立定期维护的时间表方面。

2、结构及其系统

大型建筑物或海上钻井平台等大型物理结构可以通过数字孪生进行改进,尤其是在设计过程中。也可用于设计在这些结构内运行的系统,例如 HVAC 系统。

3、制造业务

由于数字孪生旨在反映产品的整个生命周期,因此数字孪生在制造的所有阶段无处不在,指导产品从设计到成品以及其间的所有步骤也就不足为奇了。

4、医疗保健服务

正如可以通过使用数字孪生对产品进行分析一样,接受医疗保健服务的患者也可以。相同类型的传感器生成数据系统可用于跟踪各种健康指标并生成关键见解。

5、汽车行业

汽车代表了许多类型的复杂、共同功能的系统,数字孪生广泛用于汽车设计,既可以提高车辆性能,又可以提高生产效率。

6、城市规划

土木工程师和其他参与城市规划活动的人可以通过使用数字孪生获得显着帮助,它可以实时显示 3D 和 4D 空间数据,并将增强现实系统整合到建筑环境中。

如何满足数字孪生的硬件需求

可以做数字孪生的软件,比较著名的可能就是Unity,UE这样的游戏引擎。那么对电脑硬件的需求就高了很多,这就要求很多的企业个人需要在前期要投入大量的硬件投入,整体成本高而且硬件弹性度差,没办法实时更新硬件配置。

想要高效学习和运用数字孪生,相对于传统的电脑推荐你可以选择赞奇云工作站,可以解决本地电脑算力不足问题,可以在短时间内部署出多台电脑,无论是3d制作还是渲染还是各种制作过程都可以上云运行,避免因本地电脑配置不足而带来的卡顿缓慢问题影响整体效率。赞奇云工作站拥有专业级显卡、超大内存等多种机器配置。机器显卡更新及时,提供高配机型,海量资源可按需选择,内置软件中心提供最新软件安装包,一键下载,省去搜索时间,提高工作效率。

而且对于小伙伴们来说,数据资产安全也很重要,赞奇云工作站自身安全可靠,安全策略强管控,能够做到数据不落地,保护用户的隐私。传统工作站不方便,适配性差,效率低,运行速度慢,不安全,体验感差。而现在的赞奇云工作站则是完全的脱离了传统工作站的襁褓,灵活部署、运维高效、性能持续更新、数据高安全性强。

数字孪生的未来

对现有运营模式的根本性改变显然正在发生。资产密集型行业正在发生数字化改造,正在以颠覆性的方式改变运营模式,需要对资产、设备、设施和流程进行综合的物理和数字视图。数字孪生是这种重新调整的重要组成部分。

数字孪生的未来几乎是无限的,因为越来越多的认知能力不断投入使用。因此,数字孪生不断学习新的技能和能力,这意味着他们可以继续产生使产品更好、流程更高效所需的洞察力。

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