【2019 智慧製造戰略】「數位孿生」,真正加速智慧製造的應用技術

智慧製造趨勢席捲全球,數據化先下單後製造模式正在席捲所有供應鏈。數位轉型的浪潮下,落後者彎道超車的策略是什麼?領先者的優勢應該累積在哪裡?透過全球領先的智慧製造企業達梭系統專欄,探討 2019 數位轉型戰略策劃。

作者: Cameron Wilson 和 Jason Compton

數位孿生正在重塑製造業。

數位孿生技術的核心是在虛擬  3D 環境中重建複雜真實物件的高度精細模型。今天,從重型製造設備到人類心臟,打造出其數位孿生都不在話下。

數位孿生是一種能夠快速打造原型的工具,不僅能夠加快創新,還能節省成本。製造商能夠在實際投產前對產品進行細緻入微的測試、校正和強化。     

佛羅里達理工學院先進製造與創新設計中心的執行總監 Michael Grieves 表示: 因為在虛擬環境中能以更低成本、更快速度完成設計,所以我們想在虛擬環境中開發產品、測試產品、校正產品以及支援產品。只有我們感到各方面都已完善,才會進入實際生產。

然而,數位孿生的真正潛力遠超越這一概念和產前步驟。當融入平臺環境時,數位孿生能夠説明企業從設計製造直至市場行銷、銷售、交付,為所有利益相關方創建一致、綜合全面的體驗。 

跨越虛實界線,把實體設備如實地複製到虛擬環境

數位孿生技術可以跨越虛實界線,把實體設備完整的複製到虛擬環境,用以做更測試與數據搜集評估。

數位孿生可提供用於研究、調整和重新配置的高精度模擬。它們構建在日漸成熟的平臺上,平臺足以提供超越設計工程師所需的高保真度模型以及所有其他功能。如果是在較先進的平臺上開發,那麼創造出的成果可供多個機構使用。

例如,如果能把數位孿生從原型設計階段匯出為市場行銷人員能夠使用的形式,它就能提供虛擬實境(VR)體驗,讓客戶在實際購買前先體驗產品。

此外,先進的數位孿生還能提供模擬和再現老化磨損情況的售後支援。關心現有機器設備維護的客戶,將使用數據和感測器數據上傳到數位孿生,這樣就可以在最短的時間內預測可能出現的問題,從而減少了分析診斷問題導致在現場拆卸設備所帶來的不確定性與耗時。

還有一些極大型系統中的系統的數位孿生,比如完整製造產業園區乃至一座現代城市。管理人員使用這些超大規模模型來模擬老化中的基礎設施所產生的波及效應,以及與整體拆除、徹底翻修更換相比,逐步升級的成本與優勢。

數位孿生的應用甚至可以模擬高精度極大規模的環境,以梭系統的 3D  EXPERIENCE平臺舉例,所有元素都透過統一的、基於雲的介面接入,串聯市場行銷、銷售與工程設計,同時為每個部門提供一致的  3D 設計、運營分析、社交媒體和協作工具。除了用數位孿生獲得洞察,打通運營壁壘,還方便每個人在整個生命週期內分享與這些複雜的產品和系統有關的認知和結論。

實體世界的各種產業,都可以運用數位孿生技術進行預測

下面是主要行業如何從數位孿生獲益的簡要介紹。

航空航太: 製造商正在將數位孿生廣泛用於從發動機設計、飛機設計到強化型客艙設計的各領域。航空航太行業傳統上極為重視由數據驅動的設計,加上近期物聯網感測器在改善運營效率和預測性維護方面的價值驟增,讓數位孿生在這個領域的用途更廣、更有成效。

政務: 達梭系統已為新加坡創建完整的數位孿生。達梭系統使用從多個源頭採集的圖像和數據為新加坡創建出細緻入微的虛擬城市模型。這些數據包括幾何資料、拓撲資料和環境資料。然後將氣候特徵到交通模式等一系列資訊加入模型中。

新加坡數位孿生讓使用者能夠探索擬定專案對城市的影響, 開發能夠優化物流、治理、環境經營、災害管理、基礎設施、國土安全、社區服務的解決方案。

礦業: 數位孿生説明礦業公司在投入資金和勞動力之前,對礦場開採方法的風險與回報進行評估。此外,數位孿生還説明礦業公司探究替代燃料、貨運排程以及能源與水資源依賴度帶來的影響。

發電: 數位孿生已在可再生能源方面得到廣泛應用。在這個領域峰值風機效率是關鍵,功率輸出隨風速等不可控變數上下波動。在發電廠層面,關鍵設備發生一次故障就會造成設施停運數月之久。數位孿生能夠用於強化預測性維護排程。

製造業: 除了原型製作和設計方面的既有優勢,製造商能夠使用數位孿生優化供應鏈。例如,供應商可能發現製造商使用次優材料製造部件,提出更優質的替代品建議。數位孿生則能驗證替代品是否能夠達到預期效果。

此外,數位孿生還能用於逆向物流,包括安全處置使用報廢產品。透過模擬產品的使用以及後續的分解、回收和再製造過程,數位孿生能夠營造全新的可持續業務關係。 

讓資訊透明,工作者更能準確下決策

數位孿生的價值在於,在實際原型設計和生產階段可以帶來更精細的設計,增強了即時測試並提高人為判斷的價值。使用極為精細的數位孿生設計虛擬工作環境,有助於再造工作場所,提高安全與效率。數位孿生還有助於發現製造流程和裝配流程中的潛在故障,比如工作人員難以順暢安全地觸及的部件,或是工作流程中的瓶頸。

此外,數位孿生環境還便於企業測試工作人員提出的建議和改進方案,比如修改流程以減輕重複性應激損傷,或是消除非必要動作。這樣可以保障工作人員安全,提高生產率,以可靠方式獲得回饋意見,促進製造流程的持續改進。

數位孿生不僅僅是在重塑製造業,更是在顛覆我們發明、製造、購買和維修機器設備的方式,打造更美好的世界。

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