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Bulent Yusuf 2020年11月24日 < 1 min read

数字工厂是什么?它与数字孪生又有什么样的联系?

数字工厂是什么?它与数字孪生技术又有什么样的联系?这种联系可能要比你想象的更加密切。

制造业数字化,即数字化工厂,承诺解决现代制造业中的挑战和瓶颈,同时重构生产网络,使之面向未来且可以变通。

关于数字化工厂的现有概念有哪些呢?根据德国工程师协会(VDI)制定的4499标准,数字化工厂是一个通用术语,指的是集成在一个连续数据管理系统中的数字模型、方法和工具——包括仿真和3D可视化——的综合网络。数字化工厂的目标是配合产品对现实工厂的所有主结构、流程和资源进行整体规划、评估和持续改进。

一个功能齐全的数字化工厂所需的人员与普通工厂所需的人员并无差异,即运营经理、现场经理、工程师和操作员。 但他们的日常工作则是在一个根据自己具体需求所定制的,单一的数据环境中进行操作。

现在让我们重点关注一下前面提到的关键词——模拟和3D可视化;由于数字孪生技术的重大进展,这也是近年来十分激动人心的发展领域。制造业正在从静态的计算机辅助设计(CAD)模型和2D平面图过渡到完全互动的3D模型,这些模型还可以进行信息补充。

Gartner Research 公司在2019年制造业IT演进的技术成熟度曲线中对数字孪生的定义如下:

“数字孪生是一个实体(如资产、人或过程)的虚拟呈现,是为支持新的或强化业务目标而开发的......满足业务目标的必要元素是模型、数据、一对一的关联和可监测性,可选元素为分析、控制和模拟。”

数字孪生的关键特征是物理和虚拟对象之间的共生关系,其中数据的交换是双向和自动的。实物特征的任何变化都会传递到其数字孪生上,反之亦然。作为持续性数据管理系统的一部分,这种能力有巨大的价值。

还有时候提到的与数字孪生有关的术语是数字副本和数字影子,但有两者有着微妙的差别。与数字孪生类似,数字副本是现存物体数字形式的呈现,但关键的区别是,物体物理条件的更改不会被带到数字副本中(反之亦然)。同时,数字影子严格来说是一种单向的自动数据交换,物理对象的变化会体现在虚拟对象上——但虚拟对象的变化并不影响物理对象。

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三种类型的数字孪生

我们对数字孪生的定义和其它人的定义一样准确。因此,让我们结合数字工厂来一起讨论。另一个权威的机构普华永道在“2020年数字工厂”中,指出工业应用中的数字孪生不止一种,而是存在三种不同的类型。

三种类型的数字孪生

  • 产品的数字孪生:一个产品的数字孪生是该产品的数字化表现,它把工程和产品生命周期管理(PLM)与工厂运营联系在一起。产品的数字孪生是作为研发过程的一部分而设计的,使技术人员在产品早期加工阶段可以对其进行模拟和测试,从而有助于推动产品开发的前负荷阶段。
  • 生产资产的数字孪生:用于设计、虚拟启动和持续运营的一个或多个生产资产的数字孪生。重点在于模拟资产的运行,从而设置和优化其关键参数,并实现预测性维护或增强现实等理念。
  • 工厂的数字孪生:工厂的数字孪生有助于规划、设计和建造工厂建筑和基础设施。它可以用于支持建筑的测试、模拟和调试。

考虑到 NavVis 数字工厂解决方案的宗旨,后两个子定义——工厂的数字孪生和生产资产的数字孪生——将是本篇指南主要涉及的领域。

此外,工厂的数字孪生也不仅仅局限于一种模式。想象一下,若将全球多个场地的生产流程虚拟化呈现出来,便可以实现企业运营绩效的全球可视化。例如,通过控制面板实现实时数据可视化,将不同生产场地进行对比,从而识别新的见解和车间改进方案。

作为启动数字工厂的可行解决方案,数字孪生的使用将是成功的基本要素。

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