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数字孪生项目实施方案-数字孪生项目实施计划

发布时间:2022-08-31

编辑人:灵图互动

阅读量:569

为了确保数字孪生项目的成功实施并带来预期价值,数字孪生项目实施方案以客户应用为导向,以系统框架的实施要素为重点考虑对象,以成熟度评估作为实施指导,是一个需多方协作的复杂系统工程。因为项目实施过程中涉及到不同实体、不同部门的协同和不同技术领域的融合。因此,数字孪生项目实施方案主要涵盖:基础实施准备、数字孪生系统设计开发、试运行、实施后评估及优化改进4个阶段。

数字孪生项目实施计划


1. 数字孪生项目实施方案第一阶段:基础实施准备

在数字孪生项目实施方案实施准备环节主要涉及设备生产商、用户和数字孪生系统开发商三方统一协调准备工作。

用户:为确保数字孪生项目能顺利实施,需明确实施数字孪生项目的需求,并以应用为导向评估实施数字孪生的基础。

设备生产商与数字孪生系统开发商:针对用户的应用需求,为成功开发并顺利实施数字孪生项目做好相关准备工作。

1.1 设备生产商

1.1.1从用户需求出发,明确功能需求

1.1.1.1为客户提供设备健康管理、智能运⾏⽅案远程决策等优质增值服务等;

1.1.1.2 满⾜客户的数字孪⽣系统构建基础需求,如智能控制、智能运维、智能⼯艺规划、智能排产、智能⽣产管理等。

1.1.2 以应⽤⽬标为导向,进⾏实施准备

在技术能⼒上,⼯业设备生产商要从数字化设计、数字化集成和数字化交付三个⽅⾯进⾏准备,确保设备满足数字孪生系统基本搭建要求。

1.1.2.1 数字化设计的深度和⼴度⽅⾯

设备生产商在进⾏产品设计时,要以⼏何、物理、⾏为、规则全要素数字化设计为⽬标,注重关键多层级全要素模型的构建能⼒,为后续数字孪⽣系统建设提供坚实的机理模型构建基础。

1.1.2.2 数字化集成⽅⾯

主要考虑感知系统接⼊能⼒和决策指令执⾏能⼒。感知系统接⼊能⼒具体指⼯业设备生产商根据用户需求在设备端设置各类数据采集传感器,并综合考虑传感器的安装位置是否能采集到有效数据和是否需要预留传感器接⼝等因素;决策指令执⾏能⼒指设备的控制系统设计具备对接数字孪⽣系统决策指令和执⾏的能⼒。

1..1.2.3 数字化交付⽅⾯

指在数字孪⽣系统交付时,考虑机理模型知识产权风险规避,将设备的数字化接⼝⽂档进⾏完整准备,可对设备设计⽣产过程进⾏数据追溯为后续数字孪⽣系统机理模型和数据模型提供相应⽀撑。

1.1.2.4 在管理能⼒方面

要综合考虑企业的组织架构、⼈员素质、管理制度和技术规范满⾜数字孪⽣项目实施的要求。

1.2 ⽤户

1.2.1 从价值实现出发,明确应⽤需求

⽤户更需要从价值本质出发,明确数字孪⽣系统的应⽤需求,如智能控制、智能运维、智能⼯艺规划、智能排产、智能⽣产管理等。

1.2.2 以应⽤⽬标为导向,进⾏实施准备

主要从管理能⼒、基础设施、技术能⼒3个层⾯进⾏准备。

1.2.2.1管理能⼒

主要根据应用目标组织管理人员,以保证数字孪⽣系统幵发过程和运行过程的⾼效管理。

1.2.2.2 设备基础,主要包含:设备、网络、信息系统、数据管理、安全等5个方向。

(1)设备(前面的序号,不要用.来表现,这样阅读起来会比较费劲)

主要检查数字化模型、传感系统和控制接⼝的完整性,若其不能满⾜应⽤⽬标的需求,如何考虑从设备⽣产商的⽀持或其他⽅法进⾏技术风险 规避或调整应⽤⽬标。

(2)⽹络

主要对⽬前车间的⽹络覆盖程度、数字化传输能⼒和⽹络融合能⼒进⾏摸底,对标应⽤需求,进⾏改进。

(3)信息系统

对现有信息系统,如MES, SCADA, ERP等系统进⾏梳理,对照应⽤需求,从数字孪⽣系统的实施要素层⾯进⾏相应改进。

(4)数据管理

为了满⾜数字孪⽣系统孪⽣数据的构建和管理要求。数据管理主要从数据集成能⼒和访问能⼒上进⾏准备。

(5)安全

重点评估是否已具备信息安全和系统运⾏安全基础,并有针对性的进⾏准备。

1.2.2.3技术能⼒

主要从数字孪⽣系统的维护能⼒和运⾏能⼒⽅⾯进⾏准备。在运⾏能⼒上,要针对数字化设备、数字孪⽣系统以及系统的迭代优化层⾯,根据应⽤需求,有针对性的进⾏技术能⼒构建。

1.3 数字孪⽣系统开发商

在项⽬实施准备中,⾸先,数字孪⽣开发商要对数字孪⽣⽤户实施基础进⾏综合考察,并与客户充分沟通,确认实施基础,再进⾏综合分析,确定数字孪⽣系统的最终可实现的功能。 

数字孪生项目实施方案

2. 数字孪生项目实施方案第二阶段:系统设计

在数字孪生项目实施方案系统设计环节,主要是数字孪生系统开发商拆解用户需求,构建应用框架,进行全要素开发。主要包含:物理空间设计、虚实交互层设计、孪生数据构建、机理模型构建、分析/仿真/决策算法库设计、具体应用功能设计等。

2.1 物理空间设计

物理空间设计也叫数字孪生建模,是根据用户现有⼯业设备的数字化状况,对传感系统进⾏综合评估后,确定传感系统和执⾏系统的改进⽅案,进⾏传感系统的扩充和优化,并进⾏执⾏系统的数字化构建。

2.2 虚实交互层设计

根据传感器和执⾏器的接⼝,进⾏数据采集系统、边缘控制系统和⽹络连接的设计。数据采集系统要综合考虑应⽤需求,确定采集的数据类型、采集频率、归档需求等;

边缘控制系统主要进⾏控制器与数字孪⽣系统的接⼝设计,确定数字孪⽣系统决策和控制指令的类型和执⾏⽅式,有针对性的对边缘控制器进⾏改进或设计接⼝;

⽹络连接主要考虑现场⽹络异构协议,设计不同协议的传输转换和解析⽅式。

数字孪生项目实施方案数字孪生系统开发

2.3 孪⽣数据构建

根据应⽤确定孪⽣数据的组成,然后确定孪⽣数据的构建要求。根据孪⽣数据构建要求,确定感知数据和仿真数据的预处理⽅式和存储⽅式。其中感知数据来源于虚实交互层,仿真数据来源于应⽤的仿真结果数据。预处理过程要考虑应⽤场景,可根据应⽤场景对数据进⾏结构化建模存储。

2.4 机理模型构建

根据⽤户可提供的机理模型建模基础数据构建数字孪⽣系统的机理模型,对设备系统进⾏数字化描述。机理模型构建要根据应⽤的具体需求,确定涵盖 的模型⼴度和深度,及模型层级和模型属性覆盖范围。

2.5 分析/仿真/决策算法库设计

分析/仿真/决策算法库包含机理模型求解库、孪⽣数据预处理和特征分析提取算法库以及对应具体应⽤和⾏业的应⽤算法库。算法库来源于其他实施案例的已有算法积累、针对具体应⽤的已有算法的改进以及新算法的设计。

2.6 具体应⽤设计

具体应⽤设计根据⽤户的应⽤需求搭建框架。通过对应⽤⽬标的分析,在保证应⽤计算结果的准确性的前提下,对孪⽣数据进⾏择取、对机理模型进⾏简化降阶,获取针对某个应⽤的轻量化孪⽣数据和模型,通过对算法库的调⽤,实现分析、仿真和决策结果的计算。并通过设计的接⼝与控制系统融合,控制⼯业设备的运⾏或对⽣产⼈员进⾏决策⽀持。

3. 数字孪生项目实施方案第三阶段:系统试运行

数字孪生项目实施方案系统试运行环节是数字孪⽣系统从构建阶段过渡到正式运⾏阶段必须经历的⼀个中间环节,是数字孪⽣技术与企业磨合的重要环节。

数字孪⽣系统搭建完成后,为帮助企业克服传统⽣产模式惯性,尽快度过⽣产模式转变的阵痛期,需进⾏试运⾏。

根据设备的实际运⾏状态评估数字孪⽣系统的应⽤能⼒,对整个系统进⾏可⽤性、安全性和可靠性测试,以对制度保障和⼈员保障在内的运⾏管理制度进⾏检验,及时发现问题并进⾏修正。

数字孪生项目实施方案数字孪生系统试运行

4. 数字孪生项目实施方案第四阶段:实施后评估及优化改进

实施后评估及优化改进是数字孪生项目实施方案的最后一个环节,这个环节的主要作用对象是用户,数字孪⽣项目实施完成后,可根据设备应⽤成熟度模型评估其成熟度,并对运⾏效果进⾏综合评价找出薄弱点,同时可以结合系统运行一段时间后采集的数据,通过虚实交互联动,进行优化改进。

数字孪生项目实施方案从基础实施准备、系统设计、试运行、实施后评估及优化改进等4个阶段进行了统筹计划,以用户需求为导向,确保数字孪生系统的成功实施并带来预期价值。


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