不同物理实体的数字孪生应用***差别很大。
产品数字孪生应用的***在于复杂的机电软一体化装备,例如发电设备、工程机械、机械加工中心、、航空发动机、飞机、、船舶、轨道交通装备、电梯、通信设备,以及能够实现智能互联的通信终端产品。
在产品的设计制造生命周期,可以通过在实物样机上安装传感器,在样机测试的过程中,将传感器采集的数据传递到产品的数字孪生模型,通过对数字孪生模型进行和优化,从而改进和提升终定型产品的性能;还可以通过半实物的方式,部分零部件采用数字孪生模型,部分零件采用物理模型来进行实时和试验,验证和优化产品性能。另一方面,在产品设计时,大多数零部件会重用前一代产品的零部件,如果老产品已经建立了关键零部件的数字孪生模型,数字孪生分类,同样也应当进行重用,从而提升新产品研发效率和质量。
产品服役的生命周期是产品的数字孪生应用的阶段。尤其是对于长寿命的复杂装备,通过工业物联网采集设备运行数据,并与其数字孪生模型在相同工况下的结果进行比对,可以分析出该设备的运行是否正常,数字孪生成就,运行绩效如何,是否需要更换零部件,并可以结合人工智能技术分析设备的健康程度,进行故障预测等。对于装备产品,其数字孪生模型应当包括每一个实物产品服役的全生命周期数字化档案。
数字孪生迅速成为热潮,源于数字化设计、虚拟和工业互联网(工业物联网)等关键使能技术的蓬勃发展与交叉融合。
数字化设计技术从早期的二维设计发展到三维建模,从三维线框造型进化到三维实体造型、特征造型,产生了诸如直接建模、同步建模、混合建模等技术,以及面向建筑与施工行业的BIM技术(建筑信息模型)。三维建模技术不光用于产品设计阶段,数字孪生,并且可以实现三维工艺设计。产品的三维模型中不仅包括几何信息、装配关系,还包括PMI(产品制造信息,包括尺寸、公差、形位公差、粗糙度和材料规格等信息)等制造信息,已经可以实现MBD(基于模型的产品定义)。
为了支持产品三维模型的快速浏览,可以从包含三维工艺特征的完整三维特征模型中,抽取出仅包括几何信息的轻量化三维模型。基于三维造型和三维显示技术,虚拟现实技术(VR)取得了蓬勃发展,广泛用于汽车、飞机、工厂等复杂对象的虚拟体验,数字孪生技术包括哪些,包括沉浸式虚拟现实系统C***e,用于产品展示和市场推广的三维渲染技术,以及基于视景的模拟驾驶技术等。近年来又发展起来增强现实技术(AR),其特点是可以将实物模型和数字化模型融合在一个可视化环境之中,从而实现传感器数据的可视化,还可以进行产品操作、装拆及维修过程的三维可视化,实现产品操作培训、维修维护等应用。
什么是数字工厂呢?根据德国工程师协会 VDI4499标准 ,数字工厂包括了持续数据管理系统中的数字模型、方法和工具(包括和 3D 可视化)等。数字工厂的目标是以产品为,对工厂的结构,流程和资源等进行规划、评估和持续改进。
一个功能齐全的数字工厂所需的人员与普通工厂所需的人员相同,即运营经理、现场经理、工程师和操作员。然而,他们的每日任务由基于单一环境和特定需求的数据量身定制。
数字孪生的主要特征是物理对象和虚拟对象之间的共生关系,两者间的数据交换是双边且自动的。物理对象特性的任何更改都将直接反映在数字孪生上,反之亦然。作为持续数据管理系统的一部分,这样的功能具有巨大的价值。
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