導讀(dú)
人們(men)對數字孿生的關注和報道最近開始達到頂(dǐng)峰。與許多新興技術一樣,這(zhè)種關注的增加(jiā)在很大程度上可以解釋為(wéi)雲計(jì)算能力、大(dà)數據應用和物聯網傳感器應用方麵的進步。憑借處理海量數據(jù)的能力,人們現(xiàn)在可以更細致地模擬產品和流程,而這就是數字孿(luán)生的全部意義(yì)所在。
什麽是數字孿生?
簡而言之(zhī),數字孿生是物理實體的數字複製品。該物理實體(tǐ)的輪廓是使用無數數據(jù)點生成的,安裝在實體上的傳感器捕捉這些數據點,並將其發送到基於雲的係統進行進一步分析。簡單來說(shuō),數字孿生由4種(zhǒng)技術構成:
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物聯網傳感器(qì)收(shōu)集有關(guān)物理實體的數據;
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XR 以 3D 形式可(kě)視化物理實體;
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物聯網傳感器收集的數據存儲在雲中(zhōng);
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人工智能(néng)和機器學習用於分析物(wù)理實體數據、生成洞察(chá)並做出預(yù)測。
數(shù)字孿生在現代工廠中的作用
在製造業中,數字孿生的主要好處是能夠自(zì)動提(tí)供關(guān)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,利(lì)用(yòng)當今的計算能力(lì),工廠可以使用先進的機器學習算法快(kuài)速(sù)分析物(wù)理孿生提供的數據,並將其轉化為可操作(zuò)的信息。在數字孿生出現之前,這樣的(de)製造(zào)業控製(zhì)水平是無(wú)法(fǎ)實現的。
製造業是一個看起來很複雜的行業。工廠通常具有高度複雜的機械部件,它們不斷地相互作(zuò)用。這種複雜(zá)性使(shǐ)我(wǒ)們無法了解生(shēng)產現場哪些地方需要改進,以及(jí)如何改進。
但由於(yú)工廠安裝了(le)數千個傳(chuán)感器,並不斷將數據傳輸到數(shù)字孿生係統,製造商可以積累有關係統性能(néng)的重(chóng)要見解,並對工廠的工作流(liú)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(zhǒng)特征的數據。
借助傳感器,數字孿生可以監測製造工廠(chǎng)以外的資產。例如,汽車工廠可(kě)以(yǐ)評估各種(zhǒng)汽車部件在極端條件下的磨損或性(xìng)能。這些見解可(kě)用於增強未(wèi)來的產(chǎn)品設計。數字(zì)孿生還(hái)使製造商能夠在沒有任何經濟風險(xiǎn)的情況下試驗非常規設計決策,並推動創(chuàng)新。
簡而言之,數字孿生使製造商能夠克服傳(chuán)統挑(tiāo)戰,並同時實現各種業務需求。
製造業中的主流(liú)數字孿生用例
在製造環境中,數字孿生可以以多種方式應用。讓我們來(lái)探索一些世界(jiè)領(lǐng)先的製造公司是如何(hé)利用數字孿(luán)生的。
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提高產品(pǐn)質量
意識到對藥物和疫苗的需求日益增長,某製藥公司(sī)聯手數字孿生技術供應(yīng)商,開始進數(shù)字化轉型。
傳統上,製(zhì)藥公司隻能在產品製成後才能評(píng)估產品的質量,這意味著如果質(zhì)量低,則必須丟棄整批產(chǎn)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(chǎn)品(pǐn)質量,幫助製造商及時調整操作並滿足質量標準。
該公司(sī)部署了數字孿生係(xì)統,用於收集有關疫苗製造(zào)流(liú)程(chéng)每個階段的數據。這種數字孿生使製藥公司能夠顯著提高產品質量、降低成本並縮短上(shàng)市時(shí)間。更重(chóng)要的是,製(zhì)藥公司現在還可以模擬生(shēng)產中的變化,並清楚地看到(dào)它們將如何影響(xiǎng)最終產品。
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預測產品(pǐn)故(gù)障
為(wéi)了滿足對其行業(yè)領先的螺(luó)杆式壓縮機不斷增長的需求,某製造商決定將數字孿生集成到他(tā)們的新生產設施中。在該公司的案例中,產品(pǐn)必須滿足特定客戶的需求,這(zhè)大大增加了質量控製的複雜性。他們的壓(yā)縮係(xì)統有相當多的參數需要為每個客(kè)戶單獨進行定製。更重(chóng)要的(de)是,根據環境的不同,他(tā)們的客戶可以(yǐ)在空氣和水(shuǐ)冷卻係統之間進行選擇,並在他們(men)的壓(yā)縮(suō)機上(shàng)添(tiān)加幹燥器或(huò)熱回收係統。
在數字(zì)孿生的幫助(zhù)下,員工可以在產(chǎn)品組裝前確(què)定準確(què)的產品測(cè)試程序。一旦壓縮機離(lí)開裝配線,按下按鈕即可啟動(dòng)測試程序。如果其餘結果不符合要求的標準,係統(tǒng)會通知操作員手動調整壓(yā)縮機參(cān)數。
該製造商也在(zài)工廠之外使用(yòng)數字孿生(shēng)係統,每一台銷售出去的(de)壓縮空(kōng)氣係(xì)統也由數(shù)字孿生虛(xū)擬(nǐ)複(fù)製。這使得操作員可以監測每台壓縮機的狀態,從而遠程檢測潛在(zài)故障並及時維護。這大大(dà)延(yán)長了產品的壽命,提(tí)高了客戶滿意(yì)度,並降低了維護(hù)成(chéng)本。
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縮短上市時間
在(zài)豪華(huá)汽車的生產(chǎn)上,在(zài)質量方麵不能有妥協的餘地。另一方麵,細致的(de)質量控製可能相當耗時。因此,為了加快汽車開發流程,世(shì)界上著名的(de)汽車製造商(shāng)之一將數字孿生(shēng)集成到其(qí)製造流程中。
在(zài)數字孿生軟件的幫助下,汽車工程師(shī)現在可以使(shǐ)用汽車虛擬副本中的數據來不斷優化他們的(de)開發(fā)。例(lì)如,評估車輛空氣動力學的傳統方法需要(yào)構建汽車(chē)的物理原型,並將其放置在風洞中。借助數(shù)字孿生,可以虛擬運行此類測試,從而顯著降低成本,並(bìng)允(yǔn)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,該汽車(chē)製造商成功地將汽車(chē)開發所需的運營(yíng)成本和時(shí)間降低了 30%。借助數字孿(luán)生,該公司還將車輛上市時間(jiān)縮短了 16 個月。
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改善用戶體驗
最初,總部位於巴西的某農業機械製造(zào)商旨(zhǐ)在應用數字(zì)孿生來提高性能,並優化其農業機械的維護(hù)。在拖拉機和其他農業機械上安裝了物聯網傳感器後,他們(men)能夠監測拖(tuō)拉機的路徑、速(sù)度、油耗和(hé)發動機狀況。這(zhè)使該製造商能夠預測機械故障,並延長設備正常運行時間。
在利用數(shù)字孿生(shēng)的優勢來提高性能的同時,該製造(zào)商發現這項(xiàng)技術還可以優(yōu)化農民對機械的使用。嵌入式物聯網傳感器現在可(kě)以收集(jí)天氣(qì)和(hé)土壤特性數據,幫(bāng)助農民確定(dìng)種植作(zuò)物的最佳條件。
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簡化(huà)產品開發
在輪胎製造公司中實施數字孿生,無需(xū)構建原型,即可促進(jìn)產品工程和測試。除(chú)了縮短上市時間和減少開發成本外,消(xiāo)除物理(lǐ)原型還能讓製造商和組織減少由原型浪費而引起的負麵(miàn)環境影響。
更重要的(de)是,事實證明,對於輪胎製造公司(sī)來說,數(shù)字孿生對簡化與其他汽車公司的(de)合(hé)作尤其有益。例如,世界領先的某輪胎製造商現在使用(yòng)數字孿生與其(qí)合作夥伴共享即將推出的產品的虛擬複製品,以獲(huò)得批(pī)準。
結語
不(bú)可否認(rèn),數(shù)字孿(luán)生是製造業(yè)中(zhōng)的關鍵技術。它在(zài)創造價值、縮(suō)短上市時間(jiān)、優化工廠設備和成品(pǐn)性能(néng),以及提供洞察力(lì)方麵的能力是(shì)任何其他解決方案(àn)都無法比(bǐ)擬的。隨著成本的降低、供應商數量的增加,以及(jí)構成數字孿生的(de)先進技術的可獲得性的提高,集成數字孿生應該(gāi)是全球製造商的下一個必然發展方向。那些(xiē)擁(yōng)有高度(dù)複雜流程、優先考慮創新、改進或擴大產品範圍的公司將從數字孿生中受益最多。
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