数字孪生：从运营到设计的闭环

当离散设备的模型结合到系统级的操作视图中时，数字孪生技术的力量就会得到放大。

工业物联网 (IIoT) 的广泛采用激发了人们对数字孪生技术的兴趣。 IIoT 将连接的智能设备和分析结合在一起，使组织能够监控、收集、交换、分析和提供有关其系统和流程的有价值的新见解。这些洞察有助于推动更明智、更快的业务决策。

当物理系统与数字表示相结合时，衍生的见解可以为制造商在其运营的不同方面带来额外的好处，涵盖从智能制造到供应链优化再到产品或服务创新的各个方面。

许多行业对数字孪生技术的兴趣正在蓬勃发展。该市场在 2020 年价值 31 亿美元，预计到 2026 年将达到 482 亿美元，从 2020 年到 2026 年，复合年增长率 (CAGR) 为 58%。这种增长是由于预期使用数字双胞胎进行设计，据 MarketsandMarkets 称，模拟、MRO（维护、维修和大修）、生产和售后服务。随着工业公司摆脱大流行，预计数字孪生解决方案将实现高速增长。许多人正在为其端到端运营采用此类解决方案，以最大程度地减少大流行造成的损失。

广泛的工业数字孪生应用领域

数字孪生模型使用来自物联网设备和其他传感器的数据来资产设备或设备的状态。从这些模型中得出的见解可以用于多种方式，包括：

手术双胞胎： 在许多情况下，设备问题是由于使用不当造成的。例如，设备可能在其正常温度或压力范围之外运行，或者它可能以高于推荐的速度运行。如果不加以解决，该问题可能会影响设备本身，可能导致意外故障或严重恶化。使用零件的数字双胞胎，设备当前状态的数据分析可能有助于识别此类超出规格的操作条件。模拟可以帮助探索推动设备的性能或在当前环境中运行它是否可以。如果没有，可以进行更改以优化设备在工作环境中的当前性能。

预测双胞胎： 数字孪生可用于假设分析。例如，制造商可能会考虑权衡：如果提高速度，设备运行，输出的立即改进是什么。然后，使用相同的模拟来计算速度增加对设备的影响。它需要更频繁的服务吗？它会更快失败吗？然后可以进行成本分析，比较通过以更高的速率运行设备带来的净收入增加与维护设备或更频繁地更换设备的成本增加。

循环到产品设计和营销： 产品设计团队可能会使用收集到的有关现场使用的设备的数据来改进或调整产品或根据当前使用情况添加新功能。它的表现是否好于预期？也许，设计更经济的版本就足够了。同样，在某些环境中的设备可能会超出规定的规格。营销和销售可能会与相同环境中的其他客户共享该信息。

互联数字孪生： 当离散设备的模型结合到系统级的操作视图中时，数字孪生技术的力量就会得到放大。例如，在航空领域，制造商可能拥有代表不同发动机组件的单独数字孪生模型和一个模型，让他们能够模拟和观察这些元素如何协同工作。智能建筑经常使用智能空间、智能电梯、智能 HVAC 系统等的组合来实现当开发商或建筑业主能够了解这些系统如何相互补充并协同工作时，可以获得协同效益。

系统级模型和双胞胎

制造业中的互联数字孪生可以采取两条路径。一种方法是通过集成构成系统的部件的模型来关注复杂设备的运行方式。这种模型等效于飞机发动机制造商从其零件模型模拟整个发动机。

制造商可以从系统内收集实时洞察力，使工程师更容易找到隐藏的相互依赖关系并推荐重新校准设备的步骤。工程师和维护团队可以使用有关设备在其实际环境中如何运行的见解来进行调整和优化设备的性能。

另一个关注领域是模拟和建模制造过程，其中为生产线上使用的不同设备创建双胞胎。例如，一条复杂的装配线可能包括一个机器人系统的数字孪生，将物品放置在传送带上，另一个用于 amill，另一个用于焊接工具等等。

具有这些元素的复合数字双胞胎将使制造商更深入地了解端到端流程。可以在虚拟模型中进行调整，看看这些变化会对成品、生产率、质量等产生什么影响。

走向工业 4.0

连接技术和收集的数据对于设备或设备制造商参与工业 4.0 等未来行业计划至关重要。智能制造计划可以结合工厂可见性、预测性维护、建模和模拟，以实时了解设备现在的运行情况、如何​​改进其运行以及它如何影响端到端的关键性能指标。