制造業中的數字孿生:工業 4.0 的必備品--華夏物聯網

                    制造業中的數字孿生:工業 4.0 的必備品

                    技術研究
                    物聯網之家
                    2022-04-19
                    [ 導讀 ] 人們對數字孿生的炒作最近開始達到頂峰。與許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為計算能力、云、大數據應用和物聯網傳感器可使用性方面的進步。憑借處理海量數據的能力,現在可以更細致地模擬產品和流程,而這就是數字孿生的全部意義所在。什么是數字孿生?簡而言之,數字孿生是物理實體的數字復制品。該物理實體的輪廓是使用無數數據點生成的,安裝在實體上的傳感器捕捉這些數據點,并將其發送到基于云…

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                      人們對數字孿生的炒作最近開始達到頂峰。與許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為計算能力、云、大數據應用和物聯網傳感器可使用性方面的進步。憑借處理海量數據的能力,現在可以更細致地模擬產品和流程,而這就是數字孿生的全部意義所在。

                      什么是數字孿生?

                      簡而言之,數字孿生是物理實體的數字復制品。該物理實體的輪廓是使用無數數據點生成的,安裝在實體上的傳感器捕捉這些數據點,并將其發送到基于云的系統進行進一步分析。簡單來說,數字孿生由4種技術構成:

                      物聯網傳感器收集有關物理實體的數據

                      XR 以 3D 形式可視化物理實體

                      物聯網傳感器收集的數據存儲在

                      人工智能和機器學習用于分析物理實體數據、生成洞察并做出預測

                      數字孿生在現代工廠中的作用

                      在制造業中,數字孿生的主要好處是能夠自動提供關于設備或產品性能的全面信息,而無需員工參與。更重要的是,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物理孿生提供的數據,并將其轉化為可操作的見解。在數字孿生出現之前,這樣的制造業控制水平是無法實現的。

                      制造業是一個看起來很復雜的行業。工廠通常具有高度復雜的機械部件,它們不斷地相互作用。這種復雜性使我們無法了解生產現場哪些地方需要改進,以及如何改進。

                      但由于工廠安裝了數千個傳感器,并不斷將數據傳輸到數字孿生系統,制造商可以積累有關系統性能的重要見解,并對工廠的工作流程進行循證調整。更重要的是,現代傳感器可以收集從濃度和溫度到工廠一般環境條件等各種特征的數據。

                      借助傳感器,數字孿生可以監測制造工廠以外的資產。例如,汽車工廠可以評估各種汽車部件在極端條件下的磨損或性能。這些見解可用于增強未來的產品設計。數字孿生還使制造商能夠在沒有任何經濟風險的情況下試驗非常規設計決策,并推動創新。

                      簡而言之,數字孿生使制造商能夠克服傳統挑戰,并同時實現各種業務需求。

                      制造業中的主流數字孿生用例

                      在制造環境中,數字孿生可以以多種方式應用。讓我們來探索一些世界領先的制造公司是如何利用數字孿生的。

                      提高產品質量

                      尤其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制藥行業。

                      傳統上,制藥公司只能在產品制成后才能評估產品的質量,這意味著如果質量低,則必須丟棄整批產品,從而造成時間和材料的浪費。數字孿生允許在生產過程中評估產品質量,幫助制造商及時調整操作并滿足質量標準。

                      Atos與西門子合作實施了一個數字孿生系統,用于收集有關疫苗制造流程每個階段的數據。這種數字孿生使制藥公司能夠顯著提高產品質量、降低成本并縮短上市時間。更重要的是,制藥公司現在還可以模擬生產中的變化,并清楚地看到它們將如何影響最終產品。

                      預測產品故障

                      為了滿足對其行業領先的螺桿式壓縮機不斷增長的需求,Kaeser 決定將數字孿生集成到他們的新生產設施中。在 Kaeser 的案例中,產品必須滿足特定客戶的需求,這大大增加了質量控制的復雜性。他們的壓縮系統有相當多的參數需要為每個客戶單獨進行定制。更重要的是,根據環境的不同,Kaeser 的客戶可以在空氣和水冷卻系統之間進行選擇,并在他們的壓縮機上添加干燥器或熱回收系統。

                      在數字孿生的幫助下,Kaeser 的員工可以在產品組裝前確定準確的產品測試程序。一旦壓縮機離開裝配線,按下按鈕即可啟動測試程序。如果其余結果不符合要求的標準,系統會通知操作員手動調整壓縮機參數。

                      Kaeser也在工廠之外使用數字孿生系統,每一臺銷售出去的壓縮空氣系統也由數字孿生虛擬復制。這使得操作員可以監測每臺壓縮機的狀態,從而遠程檢測潛在故障并及時維護。這大大延長了產品的壽命,提高了客戶滿意度,并降低了維護成本。

                      縮短上市時間

                      在豪華汽車的生產上,在質量方面不能有妥協的余地。另一方面,細致的質量控制可能相當耗時。因此,為了加快汽車開發流程,世界上著名的汽車制造商之一瑪莎拉蒂與西門子合作,將數字孿生集成到其制造流程中。

                      在西門子PLM 軟件的幫助下,瑪莎拉蒂工程師現在可以使用汽車虛擬副本中的數據來不斷優化他們的開發。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原型,并將其放置在風洞中。借助數字孿生,可以虛擬運行此類測試,從而顯著降低成本,并允許對汽車的空氣動力學進行更精細的實驗。

                      由于數字孿生的實施,瑪莎拉蒂成功地將汽車開發所需的運營成本和時間降低了 30%。借助數字孿生,該公司還將車輛上市時間縮短了 16 個月。

                      改善用戶體驗

                      最初,總部位于巴西的農業機械制造商 Stara 旨在應用數字孿生來提高性能,并優化其農業機械的維護。在拖拉機和其他農業機械上安裝了物聯網傳感器后,他們能夠監測拖拉機的路徑、速度、油耗和發動機狀況。這使Stara能夠預測機械故障,并延長設備正常運行時間。

                      在利用數字孿生的優勢來提高性能的同時,Stara 發現這項技術還可以優化農民對機械的使用。嵌入式物聯網傳感器現在可以收集天氣和土壤特性數據,幫助農民確定種植作物的最佳條件。

                      簡化產品開發

                      在輪胎制造公司中實施數字孿生,無需構建原型,即可促進產品工程和測試。除了縮短上市時間和減少開發成本外,消除物理原型還能讓制造商和組織減少由原型浪費而引起的負面環境影響。

                      更重要的是,事實證明,對于輪胎制造公司來說,數字孿生對簡化與其他汽車公司的合作尤其有益。例如,世界領先的輪胎制造商普利司通現在使用數字孿生與其合作伙伴共享即將推出的產品的虛擬復制品,以獲得批準。知名輪胎制造商米其林的數據科學總監也聲稱,數字孿生在構建高效合作生態系統方面具有巨大潛力,使組織能夠無縫地相互共享開發數據。

                      而米其林則使用數字孿生來測試各種輪胎設計。更具體地說,該公司使用這項技術來模擬潮濕路面上的輪胎行為,以確定最佳胎面花紋設計。西門子可以說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,可以模擬輪胎在不同路面和不同天氣條件下的性能。

                      最后的想法

                      不可否認,數字孿生是制造業中的關鍵技術。它在創造價值、縮短上市時間、優化工廠設備和成品性能,以及提供洞察力方面的能力是任何其他解決方案都無法比擬的。隨著成本的降低、供應商數量的增加,以及構成數字孿生的先進技術的可獲得性的提高,集成數字孿生應該是全球制造商的下一個必然步驟。

                      然而,同樣值得注意的是,那些擁有高度復雜流程、優先考慮創新、改進或擴大產品范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,也不易于實施,因為它通常需要對組織架構進行徹底改造,并對制造工作流程進行相當大的調整。


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