工业数字孪生技术在智能制造中的应用

发布时间:2022-08-10

编辑人:灵图互动

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1. 工业数字孪生技术与智能制造

工业数字孪生系统是面向工业产品的需求分析、方案设计、生产制造和运行维护等全生命周期,运用数字孪生技术建立全要素、全流程、全业务的数字孪生体,通过物理对象与数字孪生体的双向映射与实时交互,实现工业产品的优化设计、产线规划仿真、制造过程优化和服务运行调控等功能的软硬件一体化系统。

而,智能制造作为先进制造技术、新一代信息技术及人工智能技术在终端产品与制造装备深度集成的产物,制造产品与制造装备的智能化升级是智能制造的核心内容,更是实现生产、服务数字化升级换代的重要保障。

作为一项新兴技术,工业数字孪生技术已被公认为是实现智能制造和工业4.0的重要支撑技术之一。

数字孪生技术通过集成智能传感器实时采集到的物理真实数据,并通过仿真建模的方式将物理世界的真实数据运用数字化表示仿真到一个虚构数字空间中,即构建一个与物理模型一模一样的虚拟副本,用于模拟对象在现实环境中的行为,对产品、制造过程乃至整个工厂进行虚拟仿真,从而提高制造企业产品研发、制造的生产效率。

总体来看,工业数字孪生技术在智能制造中的应用主要集中在产品设计、生产制造、安全维护等3个方面。

工业数字孪生技术在智能制造中的应用

2. 数字孪生技术在智能制造中的应用

2.1 产品设计

传统的产品设计和开发过程是基于设计师或工程师的经验和知识来驱动的,需要经过长期的开发、测试和修改过程,甚至可能需要重复多次。

一旦产品测试失败,则需要根据结果进一步修改设计,并重新设计新的模型,这一过程需要耗费大量的财力、物力和人力。

为了满足日益多样化的市场需求,小批量、个性化、定制化已然成为重要发展趋势。这导致对缩短产品研发设计周期、提高市场响应速度提出了更高的要求,所以目前不少企业将数字孪生技术引入到了产品设计研发中,建立产品各要素的数字孪生模型,借助要素间的虚实同步,充分利用数字化与信息化系统,根据工程实际需要对初期所设计的产品进行产品测试、虚拟验证,并依据测试结果利用人工智能、高保真模型仿真来消除物理世界中重复的验证和修改过程,通过产品的虚拟模型和物理模型实时交互获得产品设计知识数据库,极大地简化整个产品设计周期,缩短开发时间。

工业数字孪生技术在智能制造产品设计中的应用

2.2 生产制造

在生产制造阶段,利用数字孪生技术可以对产品的全生产要素进行监控和建模,在虚拟的数字空间中对生产设备、制造工艺、制造过程进行虚拟仿真,实现对生产过程的智能优化控制及优化,缩短生产周期,提高生产效率,为面向产品全生命周期的管理提供支持。

数字孪生技术驱动下的工艺规划,是将产品资源和全要素全流程的工艺过程进行虚实映射和交互反馈,形成虚实共生的迭代协同优化,实时预测加工后产品的形态及产品性能评估,并根据实际生产结果和装配效果,提出修改完善措施,进行自适应自组织的动态响应,使得工业生产过程更加可靠、灵活和可预测。

工业数字孪生技术在生产制造中的应用

2.3 安全维护

在智能制造过程中,当工业设备发生故障时,基于数字孪生技术的构建安全维护数字化模型,可将现场设备运行过程中的实时传感数据传输到对应的数字孪生模型,可以通过对目标设备进行实时的状态分析和预测,并以直观、准确的方式进行可视化展现,实时地对装备的健康状态和故障征兆进行智能诊断,精准监测工业设备的整体性能,协助工作人员及时做出正确的决策,避免严重的故障及灾难,最终实现生产线的稳定运行,有效提高生产过程中目标设备的全寿命周期的监测和安全维护。

工业数字孪生技术在智能制造安全运维中的应用

总之,工业数字孪生系统汇集了工业产品全生命周期各个方面的数据,为产品设计和开发过程、智能生产制造以及目标设备的安全维护等方面的革新奠定了数据基础。

数字孪生赋能了智能制造,同时,结合机器学习、大数据、物联网、5G、区块链等新兴技术,数字孪生可以对物理对象进行实时建模、监控、分析、预测、控制调整及一定程度的改造。在工业智能制造领域中进一步促进了工业产品全生命周期不同阶段之间的高效协同,实现了全生命周期的迭代优化,缩短了产品设计和开发周期,提高了工业制造的效率。

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创建于2022-08-09
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