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数字化双胞胎

SHUZIHUASHUANGBAOTAIYEJIUSHISHUZILUANSHENGJISHU。

所谓“数字孪生”,或者“数字化双胞胎”,是计算机技术发展现阶段可以实现的,一种人们在计算机及其网络,或者各种类型的计算资源的支持下,对物理世界(例如工业产业)实现虚拟化、模型化,帮助人们在虚拟世界与物理世界间建立关联、施加有效控制并适度融合的有效的解决方案。

如果对上段话还不理解 ,用白话举例就是:文本软件中的文字就是打印好的文稿的数字化双胞胎。

目前,我们大体上只是实现了局部数字双胞胎技术,如CAE\CAM、虚拟驾驶等。

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1.    工业机械企业应关注数字孪生技术

工业企业的生产设备由各种标准的零部件、传动元件以及机电元件或系统组成,而如何验证它们的效能,如产能、瓶颈、物流(此物流非彼物流)等,在很多时候基于物理验证并不现实或成本高昂,此时,数字化双胞胎技术开始粉墨登场——在虚拟环境中构建工业机械设备与产品的数字化模型,并在模型中纳入更多的属性,帮助企业进行诸如快速形成方案、快速验证方案、快速做出决策,快速完成各种制造及装配工艺。

现代的工业机械,已经完全是一个机电综合的系统,其系统的动态行为,工艺功能及控制机制,需要数字孪生技术不但要在机械构造上提供模型,而且要在机构运动学、动力学、系统驱动、系统控制,乃至采用电子控制的软件程序行为上提供模型,以期在全领域提供给系统研发工程人员以模型,进行仿真计算完成多学科综合设计决策。

数字孪生技术,正是一种提供多学科多专业数字化模型和信息的综合技术。通过数字孪生技术,工业机械产品的工程师们实现了产品的系统化的结构、机械、电子、软件的集成设计决策和迭代管理。数字孪生系统模型应有尽有地提供了机构行为、动作轴、轴驱动、控制、耦合及时序等虚拟模型,并融入了数字化的量化仿真技术。

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2.    数字孪生模型对产品开发的深刻影响

产业化的企业,要求快速开发,准确估算,高效形成产品。以往种种技术手段,虽然已经局部采用了计算机技术和各种分立的模型化技术,但没有整体的、集成的思路,导致产品开发中,仍然不能避免手工作坊式的低效率。而且在产品开发周期中,各种数据和知识不容易有序的积累和管理。工程技术人员无法综合各种信息,没有得到现代计算机技术及信息化技术的充分支持,导致产品开发不能快速,信息及数据不易查询,容易混淆和失散,直接影响了产品开发的效率。而如何使企业获得头筹机会,则是数字化双胞胎技术的优势。

数字孪生技术,则是对以往低效率的做法的一个颠覆。采用当前的计算机技术、图形学技术以及数据库技术,可以对工业机械开发中需要建立的快速概念模型、方案模型,各种布局图、原理设计和原理图等,全部在虚拟化环境中根据其属性进行虚拟运行和调试——通过有成熟算法支撑的数据结构,将产品的各种性能进行建模,将处于各种工况、各种物理环境之下的产品的运行情况进行建模。在虚拟数字化模型上,施加各种模拟参数对模型进行迭代计算,帮助产品开发进行设计决策,能够在短时间内评估多种方案,方案比较和进行方案取舍。

3.    工欲善其事,必先利其器

这种数字孪生技术的范畴中,最具代表性的,就是西门子所提供的几个系统,包括NX/MCD机电联合设计系统,LMS 1DAmesim)仿真系统,TIA博图系统,以及SIMIT仿真系统。

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