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核心,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,数字孪生,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,可移动平台数字孪生,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。
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,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,数字孪生带来的变化,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,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。
数字孪生诱人的地方,是数字模型和物联网的结合,而这种结合的终目的是为了将模型打磨得更加接近真实系统。物联网技术为建模提供了一种新的强有力的手段,而且在对复杂系统机理缺乏足够认识的情况下,大圆机数字孪生运维监控,还可基于所采集的数据利用人工智能技术对系统进行建模。这是对建模技术的发展和补充。而基于模型的分析、预测、训练等活动,本来就是要做的事。所以数字孪生本质上是新一代信息技术在建模和中的应用。
经过半个多世纪的发展,建模和已经形成了一个相当完善和系统的技术体系。事实上,在领域,利用动态实时数据进行建模和的方法和技术已经研究多年,如动态数据驱动的(Dynamic Data Driven Simulati, DDDS),嵌入式,硬件在回路的等。
当然,数字孪生作为技术的重要内容,通过与新一代信息技术的融合,将进一步促进建模和技术的发展。
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