文档介绍：数字孪生在制造业的应用
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数字孪生在制造业的应用前景广阔。产品的数字孪生应用覆盖产品的研发、工艺规划、制造、测试、运维等各个生命周期,可以帮助企业推进数字。包括生产设备目前的状态,在加工什么订单,设备和产线的OEE、产量、质量与能耗等,还可以定位每一台物流装备的位置和状态。对于出现故障的设备,可以显示出具体的故障类型。华龙讯达应用数字孪生技术,在烟草行业进行了工厂运行状态的实时模拟和远程监控实践,中烟集团在北京就可以实现对分布在各地的工厂进行远程监控。海尔、美的在工厂的数字孪生应用方面也开展了卓有成效的实践。
生产线虚拟调试
在虚拟调试领域,西门子公司及上海智参、广州明珞等合作伙伴已开展了很多实践。虚拟调试技术在数字化环境中建立生产线的三维布局,包括工业机器人、自动化设备、PLC和传感器等设备。在现场调试之前,可以直接在虚拟环境下,对生产线的数字孪生模型进行机械运动、工艺仿真和电气调试,让设备在未安装之前已经完成调试。
应用虚拟调试技术,在虚拟调试阶段,将控制设备连接到虚拟站/线;完成虚拟调试后,控制设备可以快速切换到实际生产线;可随时切换到虚拟环境,分析、修正和验证正在运行的生产线上的问题,避免长时间且昂贵的生产停顿。
虚拟调试技术对企业的价值体现在:早期验证优化研发+工艺+制造的可行性,减少物理样机投入成本;减少去用户现场做机器人调试时间和出错率,节约出差成本;虚实融合后为整个工厂的数字孪生打好基础,工厂建成之后可以与SCADA系统融合,打造基于三维模型的可视化监控系统,实现工厂的数字孪生。 Maplesoft公司的MapleSim平台提供了一体化的生产线虚拟调试解决方案。罗克韦尔自动化凭借百年的行业积累,近期通过战略投资和加速整合生态合作伙伴等方法在加速完善数字化解决方案。2019年,罗克韦尔自动化收购了数字模拟和仿真的创新型工程软件开发商Emulate3D。其软件使客户能够在制造和自动化成本实际发生和交付最终设计之前对机器和系统设计进行虚拟测试,改进系统规划和设计决策,以便能够在最终设计定型与制造成本落地之前对设备系统的设计进行验证,大大缩短产品上市时间和提高运营效率,还可以利用工厂的数字孪生模型对员工进行培训,降低工厂运营的风险。
。其组件库内置1400多个机器人组件,内置KUKA、ABB、安川、川崎等各主流机器人协议;可以通过图形示教,快速进行机器人姿态设计、运动路径干涉检查和姿态合理性分析;支持机器人姿态和轨迹的离线编程与虚拟调试,与现场设备的实时联机;支持喷涂、焊接等机器人动作示教、离线编程及虚拟调试。该系统支持OPC-UA 和西门子S7两大工业协议。
机电软一体化复杂产品研发
对于高度复杂的机电软一体化产品,可以在研发阶段通过构建产品的数字孪生模型,并通过工程仿真技术的应用加速产品的研发, 帮助企业以更少的成本和更快的速度将创新技术推向市场。运用数字孪生技术,能够综合利用结构、热学、电磁、流体和控制等仿真软件进行单物理场仿真和多场耦合仿真,对产品进行设计优化、确认和验证,还可以构建精确的综合仿真模型来分析实际产品的性能,实现持续创新。通过结合创成设计技术(Generative Design)、增材制造技术、半实物仿真技术,可以显著缩短产品上市周期。
GE公司认为,从概念设计阶段开始推进航空发动机的数字孪生应用,更容易地将设计和结构模型与运行数据相关联,同时,还有助于优化设计,提高生产效率。精航伟泰测控仪器(北京)有限公司提供了基于模型的卫星数字孪生设计解决方案,可以最大限度地将验证后的设计模型自动转化为卫星的物理实现,例如可以根据相关设计模型自动生成星载软件的代码。
数字营销
对于尚未上市的新产品,通过发布其概念阶段的数字孪生模型,让消费者选择更喜欢的设计方案,然后再进行详细设计和制造,这样有助于企业提升销售业绩。同时,通过构建基于数字孪生模型的在线配置器,可以帮助企业实现产品的在线选配,实现大批量定制。
数字孪生对制造企业的应用价值
IDC在2018年5月发表的《数字孪生网络》报告中指出,到 2020 年底,65%的制造企业将利用数字孪生运营产品和/或资产,降低质量缺陷成本和服务交付成本 25%。
产品数字孪生应用的价值是通过虚实融合、虚实映射,持续改进产品的性能、为客户提供更好的体验,提高产品运行的安全性、可靠性、稳定性,提升产品运行的“健康度”,在此基础上提升产品在市场上的竞争力。同时,通过对产品的结构、材料、制造工艺等各方面的改进