基于仿真的數(shù)字孿生系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用

發(fā)布人：hiraintech 時(shí)間：2021-07-05 來源：工程師

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概述

數(shù)字孿生充分融合建模仿真技術(shù)、人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，建立物理對象（或過程）的虛擬映射。通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的仿真來構(gòu)建物理對象全生命周期的虛擬生命線，實(shí)現(xiàn)更加智能的產(chǎn)品評估優(yōu)化-虛擬驗(yàn)證-運(yùn)營維護(hù)等，增收節(jié)支、提效避險(xiǎn)，提升競爭力，激發(fā)創(chuàng)新性。

北京經(jīng)緯恒潤科技股份有限公司深耕數(shù)字化協(xié)同研發(fā)技術(shù)多年，提供針對工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的數(shù)字孿生解決方案。

解決方案

聚焦多學(xué)科高精度建模、異構(gòu)模型集成與實(shí)時(shí)化、虛實(shí)融合、人工智能等關(guān)鍵技術(shù)，基于產(chǎn)品數(shù)字孿生模型和實(shí)際數(shù)據(jù)的交互，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化連通，提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)與測試效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能運(yùn)行和維護(hù)：

?針對產(chǎn)品特點(diǎn)和使用工況，靈活選擇建模方法，將多學(xué)科機(jī)理建模、三維模型降階、數(shù)據(jù)驅(qū)動建模等進(jìn)行有機(jī)融合，并充分考慮產(chǎn)品中的誤差環(huán)節(jié)影響，拓寬建模覆蓋范圍、提高模型精度。

?通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和模型自動修正算法，對模型進(jìn)行精度評估和自動修正，保證模型與產(chǎn)品的一致性。

?通過通用功能接口模型開發(fā)，在盡可能保留各學(xué)科建模仿真習(xí)慣的基礎(chǔ)上，打通各學(xué)科模型集成驗(yàn)證接口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)機(jī)-電-軟異構(gòu)模型的有效集成。

?通過模型實(shí)時(shí)化技術(shù)和高性能算力配置，提高仿真運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真，提升模型與產(chǎn)品交互的實(shí)效性。

?基于高精度數(shù)字孿生模型，對產(chǎn)品進(jìn)行MIL/SIL/HIL測試，作為傳統(tǒng)物理試驗(yàn)的補(bǔ)充和拓展，全面評估產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能、性能，并提出改進(jìn)建議。

?開發(fā)和部署故障診斷與健康管理（PHM）算法，基于模型+數(shù)據(jù)混合驅(qū)動和人工智能算法，對產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測與預(yù)測，對故障進(jìn)行診斷，輔助智能運(yùn)維決策。

?建立產(chǎn)品不同研制階段、不同層級模型間在橫向和縱向兩個(gè)維度的關(guān)聯(lián)與追溯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)一參數(shù)源的模型綜合管理。

典型應(yīng)用

數(shù)字孿生系統(tǒng)具有很好的延伸性和擴(kuò)展性，體系建設(shè)可遵循局部突破、示范帶動、有序建設(shè)的原則。企業(yè)可根據(jù)自身的業(yè)務(wù)重點(diǎn)按需定制數(shù)字孿生系統(tǒng)。典型應(yīng)用場景簡述如下。

?復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)指標(biāo)分解與驗(yàn)證

復(fù)雜產(chǎn)品通常涉及多個(gè)強(qiáng)耦合學(xué)科，頂層系統(tǒng)指標(biāo)分解難度大，難以保證指標(biāo)體系的完整性和分解結(jié)果的全局優(yōu)化?；谀Ｐ偷闹笜?biāo)分解與驗(yàn)證，通過系統(tǒng)-分系統(tǒng)任務(wù)場景梳理、指標(biāo)分解驗(yàn)證模型建立，形成完整的層次網(wǎng)狀指標(biāo)體系，全局優(yōu)化并綜合權(quán)衡指標(biāo)分解結(jié)果，充分發(fā)揮總體單位在總體方案論證中的重要作用，適應(yīng)前期設(shè)計(jì)參數(shù)模糊、分系統(tǒng)匹配難度大等特點(diǎn)。

?基于模型的設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化

隨著技術(shù)的進(jìn)步和需求的提升，工業(yè)產(chǎn)品朝著機(jī)-電-控一體化高度集成的方向發(fā)展，不同學(xué)科間耦合強(qiáng)，產(chǎn)品性能對多專業(yè)間匹配的依賴性高，傳統(tǒng)的單學(xué)科仿真設(shè)計(jì)驗(yàn)證已不能滿足復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)的精度和效率要求。通過模型降階技術(shù)、通用接口模型設(shè)計(jì)、統(tǒng)一仿真架構(gòu)設(shè)計(jì)，將各類專業(yè)模型、有限元仿真模型進(jìn)行有效集成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級的多學(xué)科聯(lián)合仿真設(shè)計(jì)驗(yàn)證與優(yōu)化。

?產(chǎn)品虛擬試驗(yàn)

隨著工業(yè)產(chǎn)品由以機(jī)械化為特征逐步向以多專業(yè)綜合化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化為特征升級換代，對試驗(yàn)驗(yàn)證的時(shí)效性、系統(tǒng)性、全面性等提出了巨大的挑戰(zhàn)。以物理試驗(yàn)為主的驗(yàn)證受到研制周期、成本、環(huán)境條件的限制，子樣有限，難以完全覆蓋極限偏差組合狀態(tài)。虛擬試驗(yàn)作為新的技術(shù)途徑，周期短、成本低，能夠便捷地開展極限工況試驗(yàn)、故障試驗(yàn)等難以通過實(shí)物開展的試驗(yàn)類型。工程實(shí)踐中根據(jù)虛擬試驗(yàn)精度和體系的完善性，充分發(fā)揮物理試驗(yàn)與虛擬試驗(yàn)的優(yōu)勢，虛實(shí)融合，相互補(bǔ)充促進(jìn)，提升產(chǎn)品綜合試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

?基于數(shù)據(jù)+模型的設(shè)備智能運(yùn)維

結(jié)合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生模型在同一平臺的交互融合，通過對設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)及數(shù)字孿生仿真進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行預(yù)測性分析、規(guī)范性分析、運(yùn)行優(yōu)化分析，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維、新產(chǎn)品迭代升級等增值服務(wù)?；跀?shù)據(jù)+模型的設(shè)備智能運(yùn)維，以虛擬傳感器的形式更全面地獲取產(chǎn)品狀態(tài)數(shù)據(jù)，能夠更及時(shí)地評估產(chǎn)品狀態(tài)和故障定位，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的飛躍。