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                【研发创新】产业4.0情况下的造纸行业数字孪生技能:以西门子和安德里茨为例

                泉源:中华yabo亚博88杂志 编辑:中华yabo亚博88 综合整理 工夫:2019-10-16
                导读:数字孪生(Digital Twin),望文生义,便是数字方式的双胞胎,也叫数字双胞胎技能。在“数字孪生”中,双胞胎中的一个存在于理想天下的实体,小到零件、配件,大到车间和整个工场;而双胞胎中的另一个则只存在假造和数字天下之中……

                本刊讯(中华yabo亚博88 综合整理) 

                数字孪生(Digital Twin),望文生义,便是数字方式的双胞胎,也叫数字双胞胎技能。

                在“数字孪生”中,双胞胎中的一个存在于理想天下的实体,小到零件、配件,大到车间和整个工场;而双胞胎中的另一个则只存在假造和数字天下之中,是应用数字技能营建的与理想天下对称的镜像。

                “数字孪生”最后是由密歇根大学的Michael Grieves博士在2001年到2002年时期界说的。他的最后界说是在产物生命周期办理(PLM)当中,对所消费产物的假造展示。他发起将数字孪生与工程设计停止比照,来更好天文解产物的消费与设计,在设计与实行之间构成严密的闭环。

                在以后产业4.0的大情况下,数字孪生技能除了使用于最抢手的航空范畴之外,也开端逐步使用于造纸行业。

                应用该技能可以经过设计东西、仿真东西、物联网、假造理想等种种数字化的手腕,将物理设置装备摆设的种种属性映射到一个或几个假造空间中,构成可拆解、可复制、可转移、可修正、可删除、可反复操纵的数字镜像。

                这一技能极大地减速了操纵职员对物理实体的理解,激起模仿仿真、批量复制、假造拆卸等设计运动。过来,在没无数字化模子协助之下,制造一件产物要阅历许多次迭代设计。而如今,接纳了数字化模子的设计技能,就可以在假造的三维数字空间轻松地修正部件和产物的每一处尺寸和拆卸干系,这使得多少构造的验证任务和拆卸可行性的验证任务大为复杂,大幅度增加了迭代进程中物理样机的制造次数、工夫以及本钱。

                实践上,在终极的产物制造出来之前,有许多个数字化模子代表着产物迭代的各个阶段。这些模子或许此中的一局部,依然有能够被当前的型号或许产物线所接纳,这也是数字化模子的一个附加益处。

                别的,数字孪生还可以经过收罗无限的物理传感器目标的间接数据,借助大样本库,经过呆板学习揣测出一些本来无法间接丈量的目标。由此完成对以后形态的评价、对过来发作题目的诊断,以及对将来趋向的预测,并赐与剖析的后果,模仿种种能够性,提供更片面的决议计划支持。

                制造业是现在数字孪生最常用的行业,定时向客户提供保质保量的产物对制造企业至关紧张, 假如呆板的运转不克不及协同并以得当的容量任务,就会影响员工消费、可交付性以及终极客户的称心度;接纳及时监控、不中缀消费的状况下停止测试,而且可以在设备中搜集的数百万个数字据点取得更多信息,数字孪生使制造企业愈加智能。

                比方,针对大型造纸设置装备摆设运转进程中呈现的种种毛病特性,可以将传感器的汗青数据经过呆板学习训练出针对差别毛病景象的数字化特性模子,并联合专家处置的记载,将其构成将来对设置装备摆设毛病形态停止精准讯断的根据,终极构成自治化的智能诊断和讯断。

                据专家剖析预测,数字孪生在多个范畴都有着普遍的使用远景,诸如修建工程、伶俐都会、航空设计、制造行业等,而且也是闻名的德国产业4.0中探究的中心技能之一。此中西门子和安德里茨都对数字孪生技能停止了探究和研发。

                图1  安德里茨IDEAS数字孪生模子

                西门子数字孪生综合技能

                在2019年西门子Realize LIVE用户大会上,西门子进一步阐释了其数字孪生技能。

                西门子现在曾经树立了Mindsphere物联网平台,数字孪生技能也可以在此物联网平台上发扬作用。应用Mindsphere平台,西门子可以完成数字孪生差别使用场景数据的买通,经过废除设置装备摆设、设计、制造、维护等产物生命周期断绝,买通组成数字孪生的闭环。

                对此,西门子总裁兼首席实行官Tony Hemmelgarn老师表现:在产业中,从产物设计到制造进程中的庞大性不断都在提拔,西门子考虑的是怎样将如许的一种庞大性酿成在市场和竞争中取胜的劣势。因而,西门子开辟了数字双胞胎技能,该技能可以协助西门子更有决心地去做出愈加明智的决议,提供更好的软件效劳。

                数字孪生技能在泰西国度曾经提出许多年了,可以使用于在机器制造、电气化等各行各业中,协助企业停止数字化的转型,将他们的产物更快推向市场。

                别的,经过数字孪生技能,可以协助客户在短短一年的工夫里建成本人的假造零碎,设计出了他们的产物。同时,树立的这种有着种种差别协作同伴的生态圈,可以协助西门子去更好地向客户提供软件效劳。

                 

                安德里茨IDEAS零碎

                安德里茨也在努力于研发数字孪生技能,在高仿真数据模子方面有超越25年的开辟经历。

                数字孪生技能可以用汗青数据为根底停止,也可以用物理纪律为准绳树立。安德里茨开辟的IDEAS数字孪生技能便是以物理纪律为根据的数字零碎。IDEAS零碎是一个仿真模仿软件零碎,可以该零碎为根底开辟更多的仿真效劳,效劳于制浆造纸行业。

                该零碎的目的是应用及时工场数据深化剖析工艺参数,并提早演练各个工段能够呈现的题目。经过运用这一零碎,工程师可以带着题目寻觅处理方案,提早发明题目并处理题目,增加或许完全防止非方案停机的能够。

                如图1所示,IDEAS零碎的运转次要包罗以下关键:

                ● 辨认和读取牢靠和须要的录入数据;

                ● 挑选和认证录入数据;

                ● 仿真模子开辟和验证;

                ● 寻觅适宜的处理方案和预测;

                ● 输入到控制零碎。

                数字孪生技能的录入数据次要从OPC效劳器和汗青记载得来,辨认牢靠和须要的数据非常要害,需求任务职员具有肯定的技能和运营经历。提供仿真模子的战略准确度也取决于工场数据的牢靠性以及所需的处理方案目的。接上去,需求运用种种数据清算技能来处置输出的数据,从而过滤错误和搅扰性的数据,找到最优的处理方案。然后,输出的无效数据开端在数字孪生模子中运用,树立仿真模子,模子的保真度也决议了仿真后果和其他预测的精确性。这些步调的施行都为后续的几项实践使用奠基了根底,包罗:

                ● 次要绩效表现(KPI);

                ● 功能监测和诊断;

                ● 假造发射器;

                ● 预测和操纵指点。

                在制浆造纸关键中,经过数据孪生零碎所得的信息设置装备摆设,可以协助操纵员理解以后的浆厂或纸厂情况,别的还表现了工场实践运营和最佳运营之间的差距。为了方便工场运营和办理,数字孪生可以提供以下几个方面的信息:

                第一,流程信息。可以在线均衡消费关键速率、温度和压力等内部情况目标。经过盘算,操纵

                者可以实时发明题目,找到处理方案,提拔所消费纸浆或纸产物的质量,同时进步任务服从。

                第二,假造仪器。数字孪生零碎可以发生很多变量,为次要工艺参数提供参考。尤其在以下条件下,运用数字孪生零碎作为假造丈量仪器的紧张性更为分明:

                ● 在没有间接丈量手腕时;

                ● 实践丈量较为滞后、即时性差(比方实行室丈量);

                ● 实践丈量不行靠或许容易发作失误。

                比方,在实践运用中,可用数字孪生零碎来假造测试热通报服从、蒸煮沸点、温差、浆料固含量、压力、浆流、黏性等目标。

                第三,数据调理。数字孪生零碎可以经过最小化的数据录入取得尽能够多的工艺参数信息。

                第四,操纵预测。与传统形式相比,数字孪生零碎可以对操纵关键和工夫停止预测,依据任务频率预测任务量和工夫,提早调理设置装备摆设,有利于进步任务服从和产物质量。

                第五,操纵指点。比方可以为浆流、消费、洗浆和设置装备摆设压力等提供指点。

                第六,库存盘算。依据现在工场产能、产物需求等,提早盘算库存状况。

                当下,互联网、大数据、人工智能等新一代信息技能敏捷开展,对推进制造业数字化、网络化、智能化历程起到要害作用,尤其是信息技能关于数据的弱小盘算和剖析才能,为制造业开展开拓簇新的开展空间。产业互联网发达开展也离不开技能支持,包罗数字孪生、边沿盘算、5G、IPV6、标识剖析、TSN(工夫敏感网络)、PON(无源光网络)等。

                 

                随着产业互联网的使用推进,数字孪生被付与了新的生命力,产业互联网延伸了数字孪生的代价链条和生命周期,凸显出数字孪生基于模子、数据、效劳方面的劣势和才能,买通了数字孪生使用和迭代优化的理想途径,正成为数字孪生的孵化床。

                数字孪生基于物理实体的根本形态,以静态及时的方法将树立的模子、搜集的数据做出高度写实的剖析。别的,数字孪生作为边沿侧技能,可以无效衔接设置装备摆设层和网络层,成为产业互联网平台的知识萃取东西,不时将产业零碎中的碎片化知识传输到产业互联网平台中,差别成熟度的数字孪生体,将差别颗粒度的产业知识重新组装,经过产业APP停止挪用。因而,产业互联网平台是数字孪生的孵化床,数字孪生是产业互联网平台的紧张场境。

                随着制造业不时开展,数字孪生虽然尚未成为主流,却成为每一个数字化企业都要存眷的技能。数字孪生的中心是模子和数据,但假造模子创立和数据剖析需求专业的知识,关于不具有相干知识的职员,构建和运用数字孪生任重道远,产业互联网恰好可以处理上述题目,经过平台完成数据剖析外包、模子共享等业务。详细来说,物理实体的种种数据搜集、交流,都要借助产业互联网来完成,应用平台具有的资源聚合、静态设置装备摆设、供需对接等劣势,整兼并应用各种资源,赋能数字孪生。

                现在,数字孪生在泰西地域的研发曾经逐步炽热,但是由于该技能依然较新,现在处于开端探究与理论关键,间隔普遍使用另有很长的路要走,并且还面对着诸多困难。

                将来,数字孪生也可联合物联网的数据收罗、大数据处置和人工智能建模剖析,完成对过来发作题目的诊断、以后形态的评价以及将来趋向的预测,并赐与剖析后果,模仿种种能够性,提供更片面的决议计划支持。

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