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流程工业数字孪生应用场景及应用案例

发布时间:2022-09-28

编辑人:灵图互动

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流程工业是指通过物理变化和化学变化进行的生产过程。主要包含石化、电力、冶金、造纸、医药、食品等行业,作为制造业的重要组成部分,是国民经济的基础产业、支柱产业。

流程工业生产过程中, 原料通过化学、物理、相变等反应或变化, 经连续加工生成新的物质。造就了流程工业物理化学反应复杂, 工序间能质流严重耦合, 性能指标影响因素众多, 生产异常和故障后果严重等特点。

但经过数十年信息化、数字化的发展,我国流程工业产业结构逐步优化,关键技术不断取得突破,对许多生产工序有了较完善的模型与控制系统。让流程工业具备了良好的数字化基础,为数字孪生技术的应用,提供了完善的基础环境。目前,流程工业数字孪生应用场景重点聚焦于提升设备管理、工厂管控和安全管理水平。

流程工业数字孪生应用场景及应用案例

流程工业数字孪生应用场景及应用案例

1. 流程工业数字孪生应用场景1:基于数字孪生的全工厂三维可视化监控

当前以石化、钢铁、核电为代表的流程工业企业已经具备了较好的数字化基础,很多企业全面实现了对全厂设备和仪器仪表数据采集。在此基础上,多数企业涌现出对现有工厂进行三维数字化改造的需求。通过构建工厂三维几何模型,为各个设备、零部件几何模型添加信息属性,并与对应位置 IOT 数据相结合,实现全工厂行为实时监控。

1.1 数字孪生工厂三维可视化监控应用案例

某石化公司通过数字孪生、三维组态可视化技术,通过构建全工厂的数字孪生体,在虚拟空间实现了生产线的孪生对象单向、双向以及一对多的数据同步与交换,与现场生产线平行运行。最终达到了生产全局的信息集成,提升工厂可视化监控水平的目的。

数字孪生工厂三维可视化监控应用案例

1.1.1 物理空间实体建模

采用“数字化移交+正向建模”的技术方式,实现复杂结构定义及模型外观、内部结构的真实复现。

1.1.2 设备信息属性关联

关联资产设计、制造、安装、运维全生命周期数据,真实反映物理对象的性能指标和工作原理。

1.1.3 生产线流程信息可视化

动态孪生模型真实再现工艺装置的能量、质量平衡、操作条件等流程信息。

1.1.4 三维组态可视化交互分析

基于资产模型与数据服务,实现物理生产线与虚拟生产线的实时交互。

2. 流程工业数字孪生应用场景2:基于数字孪生的工艺仿真及参数调优

工艺优化是流程工业提升生产效率的最佳举措,但由于流程工业化学反应机理复杂,在生产现场进行工艺调参面临安全风险,所以工艺优化一直是流程工业的重点和难点。

基于数字孪生的工艺仿真为处理上述问题提供了解决方案,通过在虚拟空间进行工艺调参验证工艺变更的合理性,以及产生的经济效益。

数字孪生工艺仿真及参数调优应用案例

某大型制造公司通过数字孪生技术,把生产设备和制造工艺进行虚拟化呈现,通过虚拟世界的精准模拟,配以高级控制优化策略,助力真实世界的生产运营,使生产和设备状态维持最优状态,减少因参数错误、设备故障或现场操作不当等带来的生产效益损失。

数字孪生工艺仿真及参数调优应用案例

3. 流程工业数字孪生应用场景3:基于实时仿真的设备深度运维管理

传统设备预测性维护往往只能预测“设备什么时间坏”,不能预测“设备哪个关键部位出现了问题”。而基于数字孪生实时仿真的设备监测将离线仿真与 IOT 实时数据结合,实现基于实时数据驱动的仿真分析,能够实时分析设备哪个位置出现了问题,并给出最佳响应决策。

数字孪生设备深度运维管理应用案例 

某大型电力公司的主变压器数字孪生系统,使用数字孪生的虚拟传感器特性,可实时计算并显示出主变压器核心温度,解决了主变压器的线圈与铁芯浸泡在油箱中,无法通过安装传感器实时获取其温度的一大难题。实现了设备的深度运维管理,从而大大降低了由于核心部件超温造成重大事故的可能性。

 数字孪生设备深度运维管理应用案例

4. 流程工业数字孪生应用场景4:基于智能仿真的设备运行优化

基于数字孪生的智能仿真诊断分析,将传统仿真技术与人工智能技术结合,极大提升了传统仿真模拟准确性。

数字孪生设备运行优化应用案例

某公司利用数字孪生优化设计鼎式机器人,实现了机器人性能提升、产品开发周期缩短、测试时间显著减少等,并达到了预测性维护的目标。

5. 流程工业数字孪生应用场景5:基于数字孪生虚拟仿真的安全操作培训

由于流程工业生产连续、设备不能停机、安全生产要求等特点,导致无法为新入职的设备管理、工厂检修等技术工程师提供实操训练环境。基于数字孪生的仿真培训为现场工程师提供了模拟操作环境,能够快速帮助工程师提升技术技能,为其真正开展实际运维工作提供基础训练。

数字孪生虚拟仿真安全操作培训应用案例

某卷烟厂,通过数字孪生技术,构建空压机设备1:1数字孪生体,再与AR技术相融合,建立了虚实混生的新型人机交互培训模式。降低企业培训成本提升企业培训安全性。

数字孪生虚拟仿真安全操作培训应用案例

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