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数字孪生可推动制造业全业务流程闭环优化

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数字孪生可推动制造业全业务流程闭环优化

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2021年数字孪生行业概览:工业大脑
2021年数字孪生行业概览:工业大脑

头豹研究院

发布时间

2022-1-6 00:00

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全文字数:2863字,精读时间:5分钟

本文援引于报告《2021年数字孪生行业概览:工业大脑》,首发于头豹科技创新网(www.leadleo.com)。


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核心摘要:

中国第二产业对GDP的贡献率由2009年的52.3%下降至2019年的32.6%,2020年略有回升,而第三产业对GDP的贡献率逐步超越第二产业,第二产业的总价值并非萎缩,而是在以数字孪生为代表的新技术不断涌现的过程中与第三产业产生融合的趋势,并向第三产业输送价值。数字孪生技术可持续赋能第二产业,并成为第三产业增长的载体之一,持续为GDP增长做出贡献。2004年至2021年工业指数表现强于上证50指数,而信息技术指数表现弱于上证50指数,说明中国工业市场化水平高,而作为工业数字化转型重要支撑的信息技术市场化有限,原因在于赋能制造业的先进信息技术缺乏底层数据积累,落地困难。积累全面、准确的工业数据是制造业转型的难点。

 

中国国际先进制造技术展览会在深圳举行

2021年10月11日,中国国际先进制造技术展览会在深圳举行,中国工程院院士发表“企业数字化转型的深化与拓展”主题演讲。院士表示,新一代制造的鲜明特点是数字孪生,数字孪生在5G、物联网、大数据、工业互联网、仿真、虚拟现实/增强现实、人工智能等技术的应用中得以发展。

 

据院士介绍,罗罗公司是世界上最大的航空发动机生产公司。UltraFan是罗罗公司“智能发动机”愿景的一部分,其每个风扇叶片都有一个数字孪生数据模型,可以存储真实的测试数据,从而使得工程师可以预测使用中的性能。UltraFan试验台Testbed 80耗资9,000万英镑,可以从10,000多个参数中获取数据,能以每秒200,000个样本的速度监测出最小振动。

 

此外,GE航空发动机也为每台航空发动机建立了孪生模型,通过实时分析发动机的传感器数据,并对数字孪生进行仿真,在地面监控每台正在空中飞行的航空发动机的实时状态。这样可以预测每台发动机何时和如何进行维修,还可以进一步分析出每个飞行员的驾驶习惯。

 

院士表示,数字孪生还对机器人焊接领域带来了改变。比如生产大型船舶发动机,焊接占据日常工作的70%。车间一般通过信息化系统下发工单到焊接工位,对相应构件进行焊接,工人接受订单后启动机器。一旦操作规范性、设备的微观工艺进程以及各种扰动情况出现,现场就开始与信息化系统失去联系。在质检环节中,这就需要将各个构件吊装至专门的质检车间,采用各类无损检测设备剔除和修复质量不合格的构件。当发现深层次的焊接质量问题时,与焊接行为本身通常已经脱钩了3到15天。如果引入工艺智能,以不低于1,000赫兹的频率进行各类工艺参数的高频采集,根据材质特性,以极高的频率快速调用后端封装好的具体机理算法进行分析,可使质量问题在焊接单元之中即刻解决。

  

数字孪生是元宇宙在生产制造领域的映射

元宇宙可理解为一个平行于现实世界运行的人造虚拟空间,连接虚拟与现实,其中有真实的设计和经济环境,是一个能将所有人关联起来的3D虚拟世界,用户在元宇宙中拥有自己的虚拟身份和数字资产,可以在虚拟世界里尽情互动,从事生产经营活动并创造价值。功能上,元宇宙是一个承载虚拟活动的平台,用户能进行社交、娱乐、创作、展示、教育、交易等社会性、精神性活动。元宇宙为用户提供丰富的消费内容、公平的创作平台、可靠的经济系统、沉浸式的交互体验。元宇宙能寄托情感,让用户有心理上的归属感,用户可在元宇宙体验不同的内容,结交数字世界的好友,创造自己的作品,进行交易、教育、开会等社会活动。

 

数字孪生与元宇宙对偶,是元宇宙在生产制造领域的映射,可视为“工业元宇宙”。通过实时IOT数据在数字孪生模型中推动工业全业务流程闭环优化,并持续通过数据修正和完善物理模型。技术层面,在工业自动化的基础上,数字孪生在实时性、参与度和闭环性等方面提出了更高的要求,因此将会由许多独立工具、平台、基础设施、协议等来支持其运行。随着工业互联网、边缘计算、5G、云计算等技术成熟度提升,数字孪生有望逐步从概念走向现实。数字孪生的本质是设备可识别标识、工程人员知识经验及管理层关键决策在系统流程中的闭环传递,最终实现高水平的智能化转型。

 

数字孪生未来将向更精准数字化映射的方向发展

数字孪生深度、数字孪生维度和数字孪生颗粒度是数字孪生发展的三大方向。数字孪生深度指虚拟空间和物理对象同步映射的时间长度,可划分为设计一体化、制造一体化、全生命周期优化。数字孪生维度反映了孪生对象的复杂程度,是指个体孪生对象在通过组合形成系统孪生对象过程中,所占用实际物理空间的大小,随维度不断拓宽分为设备孪生、产线孪生、车间孪生、工厂孪生、城市孪生。数字孪生颗粒度指虚拟空间映射真实物理实体的特征及原理的准确程度,随精细度提升可划分为描述级、分析级、决策级、执行级。

 

图中从下至上四个截面是通过数字孪生从已知的生产数据逐步映射至高阶生产执行虚拟空间的过程,数字孪生未来将向更精准数字化映射的方向发展,对物理实体进行映射时,包含其名称、外观、工况、原理等不同组成部分,而每一部分亦可通过数字孪生技术在虚拟空间进行重构。

 

深度见解:数字孪生实用性彰显其投资价值

数字孪生基于建模工具在数字空间构建的精准物理模型,运用多种数字化技术集成应用,并利用实时物联网数据驱动模型运转,进而提升企业的综合决策能力,推动制造业全业务流程闭环优化。连接层具备采集感知和反馈控制功能,是数字孪生赋能制造业的关键环节;映射层具备信息互通、模型互通和数据集市功能,基于信息模型构建和融合实现工业通信优化,打通数据孤岛;决策层以低成本的方式将指令反馈至物理实体,实现闭环控制。

 

将数字孪生支撑技术拆分,依据各项支撑技术对数字孪生落地的重要性不同,以100%为总权重为各项技术分配权重,将权重和技术在各环节的实用性得分相乘后求和,可得到数字孪生在制造业各环节的实用性得分。依据实用性得分划分为低、中、较高和高投资价值。

 

其中,数字孪生在生产和安全环节实用性得分最高,投资价值最高。内在的原因是生产环节涉及大量设备,自动化程度较高从而对实时性要求高,数字孪生可低成本实现实时系统,而安全环节对人的依赖性强,亟需数字孪生仿真降低成本。

 

重点关注企业

通过深度研究中国卫星联网行业内优质企业,头豹建议重点关注丝路视觉[300556]、盈趣科技[002925]、能科科技[603859]。

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全文字数:2863字,精读时间:5分钟本文援引于报告《2021年数字孪生行业概览:工业大脑》,首发于头豹科技创新网(www.leadleo.com)。头豹科技创新网内容覆盖全行业、深入垂直领域,行业报告每日更新;政策图录、数据工具助您轻松了解市场动态;智能关键词轻松搜索,直奔行业热点内容。诚挚欢迎各界精英交流合作,头豹承接行业研究、市场调研、产业规划、企业研究、商业计划、战略规划等业务,您可发送
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