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數(shù)字孿生,創(chuàng)造無限可能

閱讀:79發(fā)布時間:2024-2-7

電影《鋼鐵俠》中經(jīng)典一幕:托尼·斯塔克通過全息影像技術(shù)輔助戰(zhàn)衣升級,新穎的數(shù)字化設(shè)計方式,令人大開眼界。科技的進(jìn)步使人擺脫圖紙和實物的束縛,在一個高度仿真的虛擬化環(huán)境中進(jìn)行創(chuàng)作和實驗,雖然這只是科幻電影,但這代表了人類對未來數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用的美好憧憬。


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數(shù)字孿生(Digital Twin)概念由NASA提出,并應(yīng)用于航天飛機(jī)的健康維護(hù)與保障。


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數(shù)字孿生,指充分利用物理模型、傳感器、運行歷史等數(shù)據(jù),集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程。它作為虛擬空間中對實物的鏡像,反映了對應(yīng)物理實體的全生命周期過程。


簡單來說,數(shù)字孿生就是創(chuàng)造一個物理實體的數(shù)字化雙胞胎,它的載體是信息化平臺。


其的特點在于它是“活"的,通過各種傳感器采集數(shù)據(jù),輸入預(yù)設(shè)的模型和算法,產(chǎn)生與真實系統(tǒng)表現(xiàn)一致的動態(tài)效果。這種數(shù)據(jù)流動是實時和雙向的,仿真運算的分析結(jié)果可反饋到真實系統(tǒng),進(jìn)一步指導(dǎo)決策和行動。


在工業(yè)領(lǐng)域,數(shù)字孿生應(yīng)用范圍涵蓋企業(yè)的全生命周期,從規(guī)劃設(shè)計到運營維護(hù),能切實幫助企業(yè)優(yōu)化設(shè)計、提升工作績效、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。例如,利用模型加減速,預(yù)測風(fēng)險或趨勢,及時調(diào)整生產(chǎn)計劃。


結(jié)合AR/VR技術(shù),還可以讓員工沉浸式體驗3D數(shù)字化工廠,提升知識與技能;模擬事故演練,增強企業(yè)的應(yīng)急管控能力。


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2020年4月,國家和聯(lián)合發(fā)布《推進(jìn)上云用數(shù)賦智行動 培育新經(jīng)濟(jì)發(fā)展實施方案》,將數(shù)字孿生提到與大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等并列的高度,倡議開展數(shù)字孿生創(chuàng)新計劃。


根據(jù)市場調(diào)查,70%以上的受訪企業(yè)對數(shù)字孿生及其相關(guān)專業(yè)知識缺乏認(rèn)知。但多數(shù)企業(yè)對此充滿期待,迫切希望了解數(shù)字技術(shù)如何幫助其取得成功。


作為中國自動化和信息化領(lǐng)域的,中控在流程工業(yè)的數(shù)字孿生技術(shù)方面沉淀了多年的專業(yè)經(jīng)驗,能實現(xiàn)對工藝流程、生產(chǎn)裝置以及控制系統(tǒng)的虛擬仿真,真實完整地呈現(xiàn)企業(yè)的數(shù)字化雙胞胎。


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中控的數(shù)字孿生解決方案,以多維度模型驅(qū)動為基礎(chǔ),虛實互動為特點,通過工藝機(jī)理建模、控制系統(tǒng)仿真、三維可視化等技術(shù),再現(xiàn)全流程數(shù)字化工廠;融合自我感知、機(jī)器學(xué)習(xí)、實時交互等技術(shù),可實現(xiàn)虛擬與真實環(huán)境的互動,達(dá)到兩者的高效迭代和閉環(huán)優(yōu)化。



在企業(yè)全生命周期中的應(yīng)用場景


規(guī)劃設(shè)計階段:數(shù)字化交付、設(shè)計參數(shù)校驗、工藝可行性分析、工業(yè)裝置安全完整性分析


建設(shè)投運階段:控制方案設(shè)計與測試驗證、操作仿真培訓(xùn)、FAT虛擬調(diào)試、裝置開停車預(yù)演


生產(chǎn)運營階段:工況實時預(yù)測、事故重演與分析、工藝優(yōu)化、APC控制方案研究


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技術(shù)特點


01嚴(yán)格的機(jī)理算法


基于嚴(yán)格的熱力學(xué)和動力學(xué)機(jī)理,由狀態(tài)方程求解化學(xué)平衡和相平衡,適應(yīng)于多組分、多相變、復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)的體系,具備靈活的外延性與P-F傳遞方程算法,能確保物理性質(zhì),傳遞特性和相位行為的準(zhǔn)確計算。


02動態(tài)及穩(wěn)態(tài)仿真


提供圖形化、低誤差、交互性的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)全過程模擬仿真。


03豐富的物性庫與設(shè)備模型庫


具有數(shù)千個組分的物性數(shù)據(jù)庫、數(shù)千對二元交互作用參數(shù),多種狀態(tài)方程可供選擇,支持外部組份物性數(shù)據(jù)庫,如DIPPR,DDBST等。通過精細(xì)的設(shè)備尺寸、規(guī)格和性能來搭建準(zhǔn)確的虛擬工廠及數(shù)字化車間,提供高精度的仿真模型。


04控制系統(tǒng)仿真與控制算法庫


采用的虛擬控制器技術(shù),無需昂貴的硬件,在軟件環(huán)境下,模擬所有數(shù)據(jù)采集、控制及執(zhí)行過程,是測試、驗證、優(yōu)化控制算法和邏輯的工具。


05培訓(xùn)與考核


提供包括工藝、裝置及儀器、控制系統(tǒng)、監(jiān)控操作、半實物仿真、遠(yuǎn)程云培訓(xùn)等多種培訓(xùn)和考核方式。


06沉浸式3D數(shù)字工廠


采用3D可視化技術(shù),可實現(xiàn)操作結(jié)果與三維數(shù)字工廠的數(shù)據(jù)聯(lián)動。在AR設(shè)備的輔助下,使操作更加身臨其境。3D仿真還可拓展設(shè)備認(rèn)知、拆解、檢修和故障應(yīng)急處置等技能。


典型行業(yè)應(yīng)用


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的工業(yè)企業(yè)都在加速利用數(shù)字孿生、數(shù)字主線、虛擬現(xiàn)實、機(jī)器學(xué)習(xí)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型,以提升自身的能力和競爭優(yōu)勢。中控也將不斷升級和優(yōu)化數(shù)字孿生解決方案,助力企業(yè)“安全、環(huán)保、節(jié)能、提質(zhì)、增效"核心訴求的提升,為企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來實踐。



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