工業(yè)4.0的數(shù)字孿生：應(yīng)用、優(yōu)勢和注意事項

    隨著物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 變得越來越普遍，數(shù)字孿生在過去幾年中引起了極大的興趣。數(shù)字孿生是一種虛擬模型，它反映了整個生命周期中的物理對象或過程。該技術(shù)在物理世界和數(shù)字世界之間提供了近乎實時的橋梁，使您能夠遠程監(jiān)視和控制設(shè)備和系統(tǒng)。最終，它可以執(zhí)行仿真模型來測試和預(yù)測不同“假設(shè)”場景下的資產(chǎn)和流程變化。利用數(shù)字孿生，公司可以實現(xiàn)實質(zhì)性的好處，例如改進運營、產(chǎn)品和服務(wù)創(chuàng)新以及更快的上市時間。

    創(chuàng)建數(shù)字孿生需要不同的元素，包括：

    傳感器捕獲資產(chǎn)和流程的操作行為（振動、溫度、壓力等）及其運行環(huán)境（空氣溫度、濕度等）

    通信網(wǎng)絡(luò)提供從物理設(shè)備到數(shù)字世界的安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸

    一個數(shù)字平臺，用作現(xiàn)代數(shù)據(jù)存儲庫，將車間傳感器數(shù)據(jù)與高級業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（例如 MES、ERP）匯集在一起并存儲起來。通過結(jié)合這些數(shù)據(jù)源，可以使用先進的人工智能/機器學習算法為數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策得出可操作的見解。

    數(shù)字雙胞胎最初是在航空航天業(yè)中實現(xiàn)的，現(xiàn)在在垂直工業(yè)領(lǐng)域越來越受歡迎。您可以構(gòu)建幾乎所有大小的數(shù)字孿生體——從單個組件和資產(chǎn)（轉(zhuǎn)子、渦輪機、管道等）到復(fù)雜的流程和環(huán)境（生產(chǎn)線、制造工廠、風電場等）。數(shù)字孿生模型的復(fù)雜程度和詳細程度取決于 IT 基礎(chǔ)架構(gòu)的可用性和成熟度。

    數(shù)字孿生在工業(yè) 4.0 中的應(yīng)用

    數(shù)字孿生技術(shù)提供前所未有的資產(chǎn)和生產(chǎn)可見性，以發(fā)現(xiàn)瓶頸、簡化運營和創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)。以下是工業(yè) 4.0 數(shù)字孿生的三大應(yīng)用。

    預(yù)測性維護：獲得設(shè)備健康和性能的整體視圖，公司可以立即檢測其操作中的異常和偏差。可以主動計劃備件的維護和補充，以最大限度地縮短服務(wù)時間并避免代價高昂的資產(chǎn)故障。對于 OEM 而言，使用數(shù)字孿生的預(yù)測性維護可以提供新的基于服務(wù)的收入流，同時幫助提高產(chǎn)品可靠性。

    流程規(guī)劃和優(yōu)化：數(shù)字足跡攝取生產(chǎn)線的傳感器和 ERP 數(shù)據(jù)，可以全面分析重要的 KPI，如生產(chǎn)率和廢品數(shù)量。這有助于診斷任何低效率和吞吐量損失的根本原因，從而優(yōu)化產(chǎn)量并減少浪費。更進一步，關(guān)于設(shè)備、流程和環(huán)境的豐富、集成的歷史數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)停機時間預(yù)測，以改進生產(chǎn)調(diào)度。

    產(chǎn)品設(shè)計和虛擬原型： 在用產(chǎn)品的虛擬模型提供對使用模式、退化點、工作負載能力、產(chǎn)生的缺陷等的全面洞察。通過更好地了解產(chǎn)品的特性和故障模式，設(shè)計人員和開發(fā)人員可以正確評估產(chǎn)品的可用性和改進未來的組件設(shè)計。同樣，OEM 可以根據(jù)特定的使用行為和產(chǎn)品實施環(huán)境為不同的客戶群體提供定制的產(chǎn)品。此外，數(shù)字孿生技術(shù)還有助于開發(fā)虛擬原型，并根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)為特征測試運行穩(wěn)健的模擬。

    部署數(shù)字孿生的關(guān)鍵考慮因素

    在具有專有工業(yè)協(xié)議的傳統(tǒng)自動化和控制系統(tǒng)中，傳感器數(shù)據(jù)被封裝在本地、閉環(huán)過程中，不能在外部交換。通過物聯(lián)網(wǎng)連接改造棕地以打破這些孤島并使整個公司都可以訪問有價值的數(shù)據(jù)，這可能是一個艱巨的過程。此外，連接移動工業(yè)車輛和遠程、難以訪問的設(shè)備將需要不同類型的連接，以滿足移動支持和范圍等特殊要求。因此，在啟動數(shù)字孿生項目之前，公司應(yīng)考慮是否已具備足夠的通信基礎(chǔ)設(shè)施來有效收集數(shù)據(jù)。

    即使手頭有足夠的數(shù)據(jù)，構(gòu)建和分析這些數(shù)據(jù)以創(chuàng)造價值將是另一個需要克服的障礙。為避免過于復(fù)雜，從一開始就評估您現(xiàn)有的數(shù)字能力并相應(yīng)地確定數(shù)字孿生模型細節(jié)的最佳水平非常重要。同樣，需要一種平衡的方法來保留軟件、模擬和分析資源。

    啟動數(shù)字孿生計劃的最佳方式是確定具有最高價值創(chuàng)造潛力的資產(chǎn)和流程，然后開始試點實施。數(shù)字孿生應(yīng)該是一個不斷發(fā)展和擴展的正在進行中的工作——隨著您的 IT 能力的擴展和成熟。通常，各種單個組件的數(shù)字孿生體稍后可以相互連接，以形成高度復(fù)雜的機器或流程的大型復(fù)合孿生體。此外，隨著時間的推移遞歸監(jiān)控和測量創(chuàng)造的價值將提供一個更好的想法，可以實現(xiàn)最有形的好處。