人們對數(shù)字孿生的炒作最(zuì)近開始達到頂峰。與許(xǔ)多其他有前途的技術一樣,這種興趣的增加在很大程度上可以解釋(shì)為計算能力、雲、大數據應用和物聯網傳感器可使(shǐ)用性方麵的(de)進步。憑借處(chù)理海量(liàng)數據的能力(lì),現在可以(yǐ)更細致地模擬產品和(hé)流程,而這就是數字孿生的(de)全(quán)部意義所在。
什麽是數字孿生(shēng)?
簡而言之,數字孿生是物理實體的數字複製品。該物理實體的輪廓是使用無數數據點生成的,安裝在實體上的(de)傳感器捕捉這些(xiē)數(shù)據點,並將其發送到基於雲的係統進行進一步分析。簡單來說,數字孿生由4種技術構(gòu)成:
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物聯網(wǎng)傳(chuán)感器收集有關物理實體的數(shù)據
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XR 以 3D 形式可視化物理實體(tǐ)
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物聯網傳感器收集的數據存儲在雲中
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人工智能和機器(qì)學(xué)習用於分析物理(lǐ)實體數據、生成(chéng)洞察並(bìng)做出預測
數(shù)字孿生在現代工廠中的作用(yòng)
在製造(zào)業中(zhōng),數字孿生的主要(yào)好處是能夠自動提供關於設備或產品性能的全麵信息,而無需員工參與。更重要的是(shì),利用當今的計算能力,工廠可以使用先進的機器學習算法快速分析(xī)物理孿生提供的數據,並將其轉化為可操作的見解(jiě)。在數字孿(luán)生(shēng)出現之前,這樣的製造業控製水平是無法實現的。
製造(zào)業是一個看起來很複雜的行業。工廠(chǎng)通常具有高度(dù)複雜的機械部件(jiàn),它們(men)不(bú)斷地(dì)相互作用。這種複雜性使我們(men)無法了解生產現場哪些地方需要改進(jìn),以及如何改進。
但由於工廠安裝了數千(qiān)個傳感器,並不斷將數(shù)據(jù)傳輸到數(shù)字孿生(shēng)係統,製造商可以積累有關係統性能的重要見解,並對(duì)工廠的(de)工作流程進行循證調整。更重(chóng)要的是,現代傳(chuán)感器可以收集從濃度和溫度到工廠一般環(huán)境條件等(děng)各種(zhǒng)特(tè)征的數據。
借助傳感器,數(shù)字孿生可以監(jiān)測製造工(gōng)廠以外的資產。例如,汽車工廠可以評估各(gè)種(zhǒng)汽車(chē)部件在極端條件下的磨損或性能。這些(xiē)見解可用於增強未(wèi)來的產品設計。數字孿生還使製(zhì)造商能夠在沒有(yǒu)任何經濟風險的情況下試驗非常規設計決策,並推動創新。
簡而言(yán)之,數字孿生使製造商能夠克服傳統(tǒng)挑戰,並同時實現各種業務需求。
製造業(yè)中的主流數字孿生用例
在製造環境中,數字孿生可以以(yǐ)多種(zhǒng)方式應用。讓我們來(lái)探索一些世界領先的製造公司是如何(hé)利用數字孿生的。
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提高產品質量
尤其(qí)是意識到對藥物和疫苗的需求日益增長,Atos、葛蘭素史克和西門子聯手改造製藥行業(yè)。
傳統上,製藥(yào)公司隻能在產品製成後才能評估產品的質量,這(zhè)意味著如果質量低(dī),則必須丟棄整批產品(pǐn),從而造成時間和材料的浪費。數(shù)字孿生允許在生產過程中評估產品質量,幫助製造商及時(shí)調整操作並(bìng)滿(mǎn)足(zú)質量標準。
Atos與西門子(zǐ)合作實施了一個數字孿生係統,用於收集有關疫苗製造流程每個階段的數據。這種數字(zì)孿生(shēng)使(shǐ)製藥公司能夠顯(xiǎn)著提高產品質量、降低成(chéng)本並縮(suō)短上市時間。更重要的是,製藥公司現在還可以模擬生產中(zhōng)的變化,並清楚(chǔ)地看到(dào)它們將(jiāng)如何影響最終產品(pǐn)。
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預測產品故障
為了滿足對其行業領先的螺杆式壓縮機不斷增長的需求,Kaeser 決定將數字孿生集成(chéng)到他們的新生產設施中。在 Kaeser 的案例中(zhōng),產品必須滿足特定客戶的需求,這大大增加了質量控製的複(fù)雜性。他們的(de)壓縮係統有相當多的參數需要為每個客戶(hù)單獨進行定製。更重(chóng)要的是,根(gēn)據(jù)環境的不同,Kaeser 的客戶(hù)可以在空氣和水冷卻係統之間進行選擇,並在(zài)他們的壓縮機上添加幹燥(zào)器或熱回(huí)收係統。
在數字孿生的幫助下,Kaeser 的員(yuán)工可以在產品組裝前(qián)確定準確的產品(pǐn)測試程序。一旦壓縮機離開裝配線,按下按鈕即可啟動測試程序。如果其餘結(jié)果不符合要求的標準,係統會通知操作(zuò)員手(shǒu)動調整壓縮機參數。
Kaeser也在工廠之外使用數(shù)字孿生係統,每一(yī)台銷售出(chū)去的壓縮空氣係統也由(yóu)數字孿(luán)生虛擬複製。這使得操作員(yuán)可以監測每台壓縮機的(de)狀態,從(cóng)而遠程檢(jiǎn)測潛在故(gù)障並及時(shí)維護。這大大延長了產品的壽命,提高了客(kè)戶滿意度,並降低了維(wéi)護成本。
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縮(suō)短上市時間
在豪華汽車的生產上,在質量(liàng)方麵不能有妥協的餘地。另一方麵,細致的質量控製可能(néng)相當耗時。因此,為了加快汽車開發流(liú)程(chéng),世界(jiè)上著名的汽車製造商(shāng)之一瑪莎拉蒂與西門(mén)子合作,將數字孿生集成到其製造流程(chéng)中。
在西門子PLM 軟件的(de)幫助下,瑪莎拉蒂工程師現在可以使用汽車虛擬副(fù)本(běn)中的數據來不斷優化(huà)他(tā)們(men)的開發。例如,評估車輛空氣動力學的傳統方法需要構建汽車的物理(lǐ)原型,並將其放置在風洞中。借(jiè)助數字孿生,可以虛擬運行此類測試,從而(ér)顯(xiǎn)著降低成本,並允許對汽車的空氣動力學進行更精細的實驗。
由於數字孿生的實施,瑪莎拉蒂成功地將汽(qì)車開發所需的(de)運營成本和時間降低了 30%。借(jiè)助(zhù)數字(zì)孿生,該公司還將車輛上市時間縮短(duǎn)了 16 個月。
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改善用戶體驗
最初,總部位於巴西的農業(yè)機械製造商 Stara 旨在應用數字孿生來(lái)提高性能,並(bìng)優化其農業機械的維護(hù)。在拖拉機和其他農業機械上安(ān)裝了物聯網傳感器後,他們能夠監測拖(tuō)拉機(jī)的路徑、速度、油耗(hào)和發動機狀況。這使Stara能(néng)夠預測機械故障(zhàng),並延長設備正常運(yùn)行時間。
在利用數字孿生的優勢來(lái)提高性能的同時,Stara 發現這項技(jì)術還(hái)可以優化農民對機械的(de)使用。嵌入式物聯網(wǎng)傳感器現在可以(yǐ)收集天氣和土壤特性數據,幫助(zhù)農民確定種植作物的最佳條件。
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簡化產品開發
在輪(lún)胎製造(zào)公司中實施數字孿生,無需構(gòu)建原型,即可促進產品工程(chéng)和(hé)測試。除了縮(suō)短上市時間和減少(shǎo)開發成本外,消除物理原型還能讓製造商和組織減少由原型浪費而引起的負麵環境影(yǐng)響。
更重要的是,事實證明,對於(yú)輪胎製造公司來說,數字孿生對簡化與其他汽車(chē)公司的合作尤其有益。例如,世界領先的輪(lún)胎製(zhì)造商普利司通(tōng)現在(zài)使用數字孿生與其合作夥伴共享即將推出的(de)產品的虛擬(nǐ)複製品,以獲得批準。知名輪胎製造商(shāng)米其林的數據科(kē)學總監也聲稱,數字孿生在構(gòu)建高效合作生態(tài)係統方(fāng)麵具有巨大潛力,使組織能夠無縫地相互共享開發數(shù)據。
而米其林則使用數字孿生來(lái)測試各種輪胎設計。更(gèng)具(jù)體地說,該(gāi)公司使用(yòng)這(zhè)項技術來模擬潮濕路麵上的輪胎(tāi)行為,以確定最佳胎麵花紋設計。西門(mén)子可以說(shuō)是汽車行業最受歡迎的數字孿生技術提供商,其工程師也聲稱,可以模擬輪胎(tāi)在不(bú)同路麵和不同天氣條件下的性能。
最後的想(xiǎng)法
不可否認,數字孿生是製造業中的關鍵技(jì)術。它(tā)在(zài)創造價值、縮短上市時間、優化工廠設備和(hé)成品性能,以及提供洞察力方麵的能(néng)力是任何其他解決方案都無法比擬的。隨著成本的降低(dī)、供應商數量的增加,以及構成數字孿(luán)生的先進技術的(de)可獲得性的(de)提高,集成數字孿生應該(gāi)是全球製(zhì)造(zào)商的下一個(gè)必然(rán)步(bù)驟。
然(rán)而,同樣值得注意的是,那(nà)些擁有高度複雜流程、優先考慮創新(xīn)、改(gǎi)進或擴大(dà)產品範圍的公司將從數字孿生中受益最多。不過,這項技術絕不便宜,也不易於實施,因為它通常需(xū)要(yào)對組織架構進行徹底改造,並對製造工作流程進行相(xiàng)當大(dà)的調整。
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