數字孿生,創造無限可能

來源: 時間: 2020-11-11 作者:

電影《鋼鐵俠》中經典一幕:托尼·斯塔克通過全息影像技術輔助戰衣升級,新穎獨特的數字化設計方式,令人大開眼界??萍嫉倪M步使人擺脫圖紙和實物的束縛,在一個高度仿真的虛擬化環境中進行創作和實驗,雖然這只是科幻電影,但這代表了人類對未來數字孿生技術應用的美好憧憬。


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數字孿生(Digital Twin)概念最早由NASA提出,并應用于航天飛機的健康維護與保障。


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數字孿生,指充分利用物理模型、傳感器、運行歷史等數據,集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程。它作為虛擬空間中對實物的鏡像,反映了對應物理實體的全生命周期過程。


簡單來說,數字孿生就是創造一個物理實體的數字化雙胞胎,它的載體是信息化平臺。


其最大的特點在于它是“活”的,通過各種傳感器采集數據,輸入預設的模型和算法,產生與真實系統表現一致的動態效果。這種數據流動是實時和雙向的,仿真運算的分析結果可反饋到真實系統,進一步指導決策和行動。


在工業領域,數字孿生應用范圍涵蓋企業的全生命周期,從規劃設計到運營維護,能切實幫助企業優化設計、提升工作績效、改善產品質量、降低成本。例如,利用模型加減速,預測風險或趨勢,及時調整生產計劃。


結合AR/VR技術,還可以讓員工沉浸式體驗3D數字化工廠,提升知識與技能;模擬事故演練,增強企業的應急管控能力。


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2020年4月,國家發改委和中央網信辦聯合發布《推進上云用數賦智行動 培育新經濟發展實施方案》,將數字孿生提到與大數據、人工智能、5G等并列的高度,倡議開展數字孿生創新計劃。


根據市場調查,70%以上的受訪企業對數字孿生及其相關專業知識缺乏認知。但多數企業對此充滿期待,迫切希望了解數字技術如何幫助其取得成功。


作為中國自動化和信息化領域的先行者,中控在流程工業的數字孿生技術方面沉淀了多年的專業經驗,能實現對工藝流程、生產裝置以及控制系統的全方位虛擬仿真,真實完整地呈現企業的數字化雙胞胎。


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中控的數字孿生解決方案,以多維度模型驅動為基礎,虛實互動為特點,通過工藝機理建模、控制系統仿真、三維可視化等技術,再現全流程數字化工廠;融合自我感知、機器學習、實時交互等技術,可實現虛擬與真實環境的互動,達到兩者的高效迭代和閉環優化。



在企業全生命周期中的應用場景


規劃設計階段:數字化交付、設計參數校驗、工藝可行性分析、工業裝置安全完整性分析


建設投運階段:控制方案設計與測試驗證、操作仿真培訓、FAT虛擬調試、裝置開停車預演


生產運營階段:工況實時預測、事故重演與分析、工藝優化、APC先進控制方案研究


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技術特點


01嚴格的機理算法


基于嚴格的熱力學和動力學機理,由狀態方程求解化學平衡和相平衡,適應于多組分、多相變、復雜物理化學反應的體系,具備靈活的外延性與P-F傳遞方程算法,能確保物理性質,傳遞特性和相位行為的準確計算。


02動態及穩態仿真


提供圖形化、低誤差、交互性的動態和穩態全過程模擬仿真。


03豐富的物性庫與設備模型庫


具有數千個組分的物性數據庫、數千對二元交互作用參數,多種狀態方程可供選擇,支持外部組份物性數據庫,如DIPPR,DDBST等。通過精細的設備尺寸、規格和性能來搭建準確的虛擬工廠及數字化車間,提供高精度的仿真模型。


04控制系統仿真與控制算法庫


采用先進的虛擬控制器技術,無需昂貴的硬件,在軟件環境下,模擬所有數據采集、控制及執行過程,是測試、驗證、優化控制算法和邏輯的最佳工具。


05培訓與考核


提供包括工藝、裝置及儀器、控制系統、監控操作、半實物仿真、遠程云培訓等多種培訓和考核方式。


06沉浸式3D數字工廠


采用3D可視化技術,可實現操作結果與三維數字工廠的數據聯動。在AR設備的輔助下,使操作更加身臨其境。3D仿真還可拓展設備認知、拆解、檢修和故障應急處置等技能。


典型行業應用


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全球的工業企業都在加速利用數字孿生、數字主線、虛擬現實、機器學習、工業物聯網等新技術進行數字化轉型,以提升自身的能力和競爭優勢。中控也將不斷升級和優化數字孿生解決方案,助力企業“安全、環保、節能、提質、增效”核心訴求的全方位提升,為企業的數字化轉型帶來最佳實踐。


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