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数字孪生技术在航空、航天等很多行业得到了广泛应用

2022-07-14 09:00:45

感谢您的邀请。数字孪生的实现是一个漫长而复杂的过程。此处提供了一些信息以供理解。具体方案可以关注我

数字孪生的概念

近年来,随着智能制造理论与应用的不断进步,数字孪生技术已广泛应用于航空、航天等诸多行业。例如,美国国防部将数字孪生应用于航空航天飞行器健康维护和保障的业务流程。西门子工业软件出版了《行动中的数字孪生:基于模型的数字企业》一书,其他一些公司和咨询公司也对数字孪生进行了深入的讨论和研究。那么,究竟什么是数字孪生?

数字孪生( twin)目前还没有标准定义,数字孪生的概念也在不断的演进、不断的演进。NASA 在 2012 年第 53 届美国航空航天协会学术会议上对数字孪生进行了描述:数字孪生是对飞机或系统集成的多物理场、多尺度概率模拟,它使用现有的最佳物理模型、更新的传感器数据和历史飞行数据用于反映模型对应的飞行实体全生命周期的真实特征。

密歇根大学的迈克尔·格里夫斯教授和美国宇航局的约翰·维克斯博士对其定义如下:数字孪生是一组虚拟信息结构,可以从微观原子水平到宏观几何水平全面描述底层或实际物理。制成品。在最好的情况下,任何关于物理制造产品的测量信息都可以通过数字孪生获得。数字孪生有两种类型:数字孪生原型和数字孪生实例。数字孪生环境是数字孪生的运行环境。

数字孪生是动态的智能模型,可帮助我们虚拟设计、验证和优化物理产品、生产流程或性能,并且与数字线程一起,数字孪生可以帮助提供新的信息和见解。换句话说,数字孪生就是数字研发生产过程中的一切。首先,数字化意味着整体数字孪生,在开发和生产复杂产品的背景下,意味着对我们制造的产品进行数字化描述、定义、捕获和分析。其次,这意味着创建产品的数字双胞胎以及与生产相关的任何东西。同样数字孪生的强度思考与实践,这意味着捕获、关联、模拟产品的所有元素,以确保产品按需要执行并满足其整个生命周期的所有产品要求。

2 数字孪生技术:数字化

实现数字孪生的核心技术是数字化,它有几个含义:首先,数字化是一种手段或工具,而不是知识,所以这个视角既不是应用视角,也不是商业视角。其次,数字化是一个平台,它允许在组织内部或外部的工具、系统、流程中获取知识。数字化捕获以下方面:现实(准确的模型)、客户使用(正确的边界条件)和系统级仿真是可能的。此外,数字化为工厂和生产工程人员提供了输入。

具体来说,数字孪生主要包括三种孪生模型:产品孪生(Twin)、生产孪生( )和性能孪生(Twin)。

其中,产品的数字双胞胎可以让公司预测物理外观以及其他因素,例如航空产品的性能特征、飞机的各种空气动力学特性,或者它对各种环境条件的响应,从而预测产品的性能。潜在的故障模式。生产系统的数字双胞胎可以优化生产的物理布局,同时考虑生产能力和资源利用率,以实现真正优化的吞吐量。性能数字双胞胎可以为在役运营提供洞察力和优化信息,包括预测维护和确认生产的产品是否符合设计目的的能力。

3 数字孪生体的实现:产品结构视图

在产品的整个生命周期演化过程中,其数字孪生模型的数字化实现可以通过产品结构视图来表示。顾名思义,产品结构视图就是对产品不同阶段的数字孪生模型和数据进行结构化组织,使数字孪生模型可以和数据进行浏览、查看、访问和应用。在设计管理过程中,产品设计阶段产品数字孪生的最终结果是产品结构设计视图(As-)。在生产管理过程中,产品制造阶段生产数字孪生的最终结果是产品结构制造视图(As-)。此阶段性能数字孪生的最终结果是产品生产、交付、交付后的产品结构维护视图 (As-)

产品结构设计视图(As-)对应传统工程EBOM阶段,但产品结构设计视图(As-)比传统EBOM内容更丰富、更完整,因为只有这样才能表达完整的产品功能设计阶段完成后。信息、设计信息和仿真性能信息。

产品结构设计视图(As-)主要由产品需求模型(需求树)、产品功能模型(功能树)、结构设计模型(数字原型)、系统设计模型(功能原型)、系统仿真模型(性能原型)组成) 等。同时,由于设计过程,产品结构设计视图可以建模到下游制造。

产品结构制造视图(As-)对应传统工程MBOM阶段,同时产品结构制造视图(As-)比传统MBOM内容更丰富、更完整。产品结构制造视图 (As-) 计划装配线中的生产。在生产阶段的工业化组织中细化,提供所有生产信息,如生产过程、路线、夹具、所需资源、能力、车间等,同时对剩余部分进行后续工作和认证还可以进行未完成的工作。

产品结构维护视图 (As-) 作为维护和可靠性分析的结果提供产品使用信息数字孪生的强度思考与实践,并用于预防性维护的一般计划。同时,产品结构维护视图(As-)是反映维护需求的视图,代表了设计工程师计划对给定设计进行维护管理的方式。广义产品结构维护视图还包括产品结构操作视图(As-)、产品结构使用视图(As-Used),反映了产品进入服务后的精确操作状态。

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标签: 数字 孪生 视图