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  • 工信部:智能制造数字孪生应用概述

       数字孪生 应用白皮书(2020版)。
     
      --关于白皮书--
     
      该白皮书由工信部中国电子技术标准化研究院联合20余家数字孪生领域开发商,集成商,科研院所,高校联合编写,梳理数字孪生技术和产业应用发展状况,分析数字孪生技术热点,行业动态和未来趋势。SDI继续对该白皮书进行要点摘要分享,供您参阅。
     
      智能制造领域数字孪生体系框架主要分为“基础支撑层”,“数据互动层”,“模型构建层”,“仿真分析层”,“功能层”,“应用层”六个层次,具体如下图。
     
     
      图1 智能制造领域数字孪生体系框架
     
       1

      基础支撑层
     
      通过传感器检测获取物理过程及其环境的关键数据;
     
       2

      数据互动层
     
      包含工业现场数据采集,实时数字传输( 5G将为数字孪生技术的应用提供基础技术支撑)和交互与协同(虚拟实体实时动态映射物理实体的状态,在虚拟空间通过仿真验证控制效果,根据产生的洞察反馈至物理资产和数字流程,形成数字孪生的落地闭环);
     
       3

      数据建模和仿真层
     
      数字孪生由一个或多个单元级数字孪生按层次逐级复合而成,因此需要对实体对象按照系统层次解耦,进行多尺度的数字孪生建模,如图2案例所示;目前建立仿真模型主要有基于知识建模,基于机理建模和基于数据建模三种方式,但各有利弊(详情可参阅白皮书)。
     
      
    图2 复杂产品按照系统层次解耦
     
      工业仿真软件,主要是指计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)软件。 目前中国CAE软件市场基本被外资产品垄断,如ANSYS,海克斯康,西门子,达索等。中国具有自主知识产权的CAE软件仅有很少量的市场份额,厂商主要为高校,科研院所和中小企业,如FEPG,紫瑞等虽有国内自主知识产权软件系统上市, 但普遍缺乏竞争力。以安世亚太为代表的国产模拟仿真软件,在多年使用和代理国外产品经验基础上开发出了国产化的替代方案,但目前还 无法达到国外一线产品的水平
     
       4

      功能实现层
     
     
     图3 数字孪生优化产品生命周期管理
     
       数字孪生功能实现层(如图3所示)是数字孪生系统最核心的功能价值体现,利于数据建模得到的模型和数据分析结果实现预期功能,实时反映物理系统的详细情况,实现辅助决策,提升物理系统在寿命周期内的性能表现和用户体验。已有一些软件服务商通过提高数字孪生能力提高他们的应用能力,为客户提供垂直细分市场的解决方案,如GE Digital,Oracle等。

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