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产品数字孪生体概念-产品数字孪生的价值

发布时间:2022-07-29

编辑人:灵图互动

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1.产品数字孪生体概念

产品数字孪生体是指产品物理实体的工作状态和工作进展在信息空间的全要素重建及数字化映射,是一个集成的多物理、多尺度、超写实、动态概率仿真模型,可用来模拟、监控、诊断、预测、控制产品物理实体在现实环境中的形成过程、状态和行为 。

产品数字孪生体是产品物理实体在信息空间中集成的仿真模型,是产品物理实体的全生命周期数字化档案,并实现产品全生命周期数据和全价值链数据的统一集成管理。

产品数字孪生体概念

2.产品数字孪生体的内涵

2.1 产品数字孪生体是通过与产品物理实体之间不断进行数据和信息交互而完善的。

2.2 产品数字孪生体的最终表现形式是产品物理实体的完善和精确的数字化描述。

2.3 产品数字孪生体可用来模拟、监控、诊断和控制产品物理实体在现实物理环境中的。

产品数字孪生体的内涵

3. 产品数字孪生体的4个基本功能

3.1 Modeling模型映射——建立物理对象的虚拟映射。

3.2 Monitoring&Manipulation监控与操作——在虚拟模型中反映物理对象的变化。

3.3 Diagnostics诊断 ——寻找设备异常的根本原因。

3.4 Prognostics预测——预测潜在风险,合理规划产品或设备的维护。

产品数字孪生体的4个基本功能

4. 产品数字孪生体的基本特性

4.1 虚拟性:产品数字孪生体是实体产品在信息空间的一个虚拟的、数字化的映射模型,它属于信息空间(或虚拟空间),而不属于物理空间。

4.2 唯一性:一个物理产品对应一个产品数字孪生体。

4.3 多物理性:产品数字孪生体是基于物理特性的实体产品数字化映射模型,不仅需要描述实体产品的几何特性(如形状、尺寸、公差等),还需要描述实体产品的多种物理特性(结构动力学模型、热力学模型、应力分析模型、疲劳损伤模型及产品组成材料的刚度、强度、硬度等材料特性)。

4.4 多尺度性:不仅能描述实体产品的宏观特性(如几何尺寸),也能描述实体产品的微观特性(如材料的微观结构、表面粗糙度等)。

4.5 层次性:组成最终产品的不同组件、部件、零件等都可以具有其对应的数字孪生体。

4.6 概率性:产品数字孪生体允许采用概率统计的方式进行计算和仿真。

4.7 集成性:产品数字孪生体是多种物理结构模型、几何模型、材料模型等各个方面的多尺度、多层次集成模型,有利于从整体上对产品的结构特性和力学特性进行快速仿真与分析。

4.8 动态性:产品数字孪生体在全生命周期各阶段会通过与产品实体的交互而 得到不断改变和完善。

4.9 超写实性:产品数字孪生体与其映射的物理产品在外观、内容、性质上基本完全一致,拟实度高,能够准确反映物理产品的真实状态。

4.10  可计算性:基于产品数字孪生体,可以通过仿真、计算和分析来实时模拟和反映对应物理产品的状态和行为。

4.11 多科学性:产品数字孪生体具有多学科性,涉及计算科学信息科学、机械工程、电子科学、物理等多个学科的交叉和融合。

5.  产品数字孪生体的核心价值

5.1 产品全生命周期和全价值链的数据中心

5.1.1 产品全生命周期——本质的提升是实现了单一数据源和全生命周期各阶段的信息贯通 。

5.1.2 全价值链——本质的提升不仅在于共享信息而且在于全价值链的无缝协同。

5.2 产品全生命周期管理的扩展和延伸

5.2.1 不仅强调通过单一产品模型贯通产品全生命周期各阶段的信息,还为产品开发、产品制造、产品使用和维护、工程更改及协同合作厂商提供单一数据源。

5.2.2 将产品制造和产品服务各方面的数据与产品模型相关联,使企业不仅可以更加高效地利用产品数据来优化和改进产品的设计,同时还可以利用产品数字孪生体来预测和控制产品实体在现实环境中的形成过程及状态,从而真正形成全价值链数据的统一管理和有效利用。

5.3 面向制造与装配的产品设计模式的演化和扩展

支持在产品设计阶段就通过建模、仿真及优化手段来分析产品的可制造性,同时支持 产品性能和产品功能的测试与验证,并通过产品历史数据、产品实际制造数据和使用维护数据等来优化和改进产品的设计 。

面向制造与装配的产品设计模式的演化和扩展

5.4 产品建模、仿真与优化技术的下一次浪潮

能够促进建模、仿真与优化技术无缝集成到产品全生命周期中的各个阶段,使产品建模、仿真与优化技术得到进一步发展 。

5.5 强调以虚控实、虚实融合

根据实体空间传来的数据进行自身数据完善、融合和模型构建。另一方面,通过展示、统计、分析与处理这些数据实现对实体产品及其周围环境的实时监控和控制 。


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