双重愿景

作者: Eric Bantegnie,ANSYS系统业务部副总裁兼总经理;Sudhir Sharma,ANSYS高科技行业市场营销总监

数字孪生体可复制处于运行中的产品的性能,提供全新层面的工程洞察力。

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digital twin wind turbine

“ANSYS致力于和数字孪生体革命的领军者合作。”

digital twin wind turbine

如今,大多数产品研发团队均依赖工程仿真技术来实现创新,以便快速低成本地将解决方案推向市场。通过在低成本、无风险的数字世界中让设计承受一系列虚拟的力,工程师可以优化性能,更快速地推出产品,并最大限度地降低财务投资。在过去,仿真的作用主要体现在产品研发的功能上。然而,数字孪生体承诺其将扩展仿真的价值,从产品研发延伸到产品的整个生命周期,以方便工程师在产品特有的工作环境中研究实际工作条件下的产品性能。通过在数字环境中复制真实的产品系统,工程师可以预测潜在的性能和维护问题,并在问题发生之前解决它们。数字孪生体所收集的实时、真实信息,还可用于加速未来设计迭代,实现持续不断的产品改进。

什么是数字孪生体?

digital twin monitor

数字孪生体可将组织机构特定产品的所有数字信息与产品运行中实时获得的操作数据流相结合。将基于物理的理解与分析相结合,以获得深入的产品洞察力,进而释放数字孪生体的真正价值。凭借这些洞察力信息,工程师可了解产品的运行故障模式,预防计划外停机,提高产品性能,并“播种”新一代产品。

数字孪生体能够利用多保真度仿真技术——从详细的3D物理场到降阶模型(ROM)——来缩短仿真时间并展示重要的产品性能指标。例如,发电厂中安装的燃气轮机的数字孪生体可能用于向客户和产品研发团队展示能源效率、排放、涡轮叶片磨损或其他重要因素。

通过研究数字孪生体,工程师可以确定任何性能问题的根源,提高产出,开展预测性维护计划,评估不同的控制策略以及实时安排一些其他的产品性能优化工作,并最大限度地减少运营成本。这一点变得越来越重要,因为客户正在从购买产品转向购买成果,把性能风险转移给了产品研发人员。

GE数字部门的Predix®分析平台首席架构师Marc-Thomas Schmidt指出:“数字孪生体最令人振奋的一个方面是我们能研究一个单独的产品系统,例如风力涡轮机,并将这个产品孤立起来。这里说的不是一般的涡轮机类别,而是指特定的某个涡轮机。我们可以研究影响产品的天气模式、产品的叶片角度、能量输出,并对这部分机械进行优化。如果我们在现场对所有产品系统进行这样的研究,想象一下这对整体产品性能的影响有多大。这无疑代表了产品工程的一次革命。”

充分利用物联网的优势

多项技术的发展使数字孪生体成为可能,其中包括仿真软件、硬件和处理速度的改善。其中最重要的推动力是物联网(IoT)的兴起。物联网对于我们日常生活的意义十分重大,有据可查,并且消费类设备的增长速度并没有放缓。事实上到2025年,互联设备每年的销售额预计达到11万亿美元。

digital twin automotive

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然而工业领域在发挥物联网优势方面稍显迟滞。早期的应用相对简单直观,例如打开和关闭一部设备;如今,企业界已经开始认识到物联网设备的巨大潜力,即它们能够捕获具有重大战略意义的实时数据。

将相对低成本的小型传感器放置在产品上,当产品在现场运行的过程中,工程师就可以收集大量日常性能数据。将这些新信息与物理仿真功能相结合,工程师团队可以检查并解决任何性能问题,预测产品维护或维修需求,确保未来版本的产品能够针对日常工作条件进行精心优化。

“工程师可以了解产品的运行故障模式,预防计划外停机,提高产品性能,并‘播种’新一代产品。”

digital twin aerospace

PTC的首席技术官Andrew Timm表示:“ANSYS技术能够仿真故障,这一点真让人振奋不已。仿真既可应用于前期工程中,也可用于现场的运行过程中。当处于前期工程时,数字孪生体可能包含设备发生故障前的应力水平或某个壁面的厚薄程度等信息。如果设备发生故障,您可以在仿真模型中测试潜在的解决方案,并将该信息反馈回去,以解决问题。”

将愿景变为现实

digital twin healthcare

目前,尽管主要是拥有复杂产品系统的大型工业制造商在使用数字孪生体,但随着技术的不断发展进步,更多的企业会在更广泛的产品中应用这个最佳实践。

ANSYS致力于和数字孪生体革命中的领军者合作,将此功能带给每一个产品研发团队。例如,我们与GE密切合作,将我们领先行业的仿真软件与GE专有的工业数据及分析云端平台Predix进行集成。此次合作将日常运行数据与强大的分析功能相结合,以确保获得战略性的洞察力信息。工程仿真使这些信息变得更具象化而且能够付诸行动。

此外,ANSYS还与ThingWorx®(在远程传感器与仿真软件之间建立网关的物联网平台)的研发者PTC公司密切协作。凭借机器学习与增强现实,PTC能显示从物联网收集到的重要信息并将数据连接到ANSYS软件。

由于具有高度可定制化功能,因此我们的仿真平台可与其他物联网平台以及未来出现的平台进行集成。

ANSYS未来还会发布更多版本的仿真软件,我们将继续关注软件增强功能,以实现与其他核心技术的无缝集成,从而让产品研发团队能够更低成本、更轻松地使用和掌握数字孪生体技术。毫无疑问,数字孪生体的潜力巨大,我们的任务则是让每位ANSYS客户都有机会抓住这种潜力。

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