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连载（38）数字孪生产业综述

2020-09-12
数字孪生体以云计算、大数据、物联网、人工智能和区块链等IT和DT使能 技术为支撑，与行业趋势和产业升级需求相结合，构建实体的数字镜像。通过多 种组合集成形式，按照数化、互动、先知、先觉、共智的顺序逐渐深入应用，最 终实现“服务型制造”和“数字经济”等产业发展目标。 数字孪生体与各种IT或DT使能技术结合，在复杂产品的产业链中具有广泛 的应用价值。本节聚焦于讨论如何构建全产业链的数字孪生体，同时与增材制造 技术相结合，促进传统产业向智慧化和服务型制造转型，迎接批量个性化定制时 代的到来。限于篇幅和聚焦价值，在市场营销和电子商务、供应链和物流领域, 侧重于讨论如何面向“批量”订单的挑...
关键字： 数字孪生制造   

连载（37）增材制造是数字孪生产业的完美搭档

2020-09-11
增材制造是数字孪生产业的完美搭档 增材制造是近30年发展起来的一种微积分式的制造方式，在设计阶段将数 模切片微分，制造阶段则在微米级通过精确控制材料堆积的方式积分成型。 增材制造使设计师突破传统制造工艺的束缚，实现全新的产品设计，从而在 实现产品减重（如航空航天领域）、私人定制（如骨科植入物和制鞋领域）以及 全新产品设计（如梯度混合材料设计、成型中嵌入传感器的智能产品）等方面, 为设计师拓展了无限的空间（图29、图30）。 增材制造技术的发展，极大地促进了数字孪生体的“数字资产”和“物理实 体”之间的虚实双向转化。 （2）由实向虚，全数字化制造为数字孪生体...
关键字： 数字孪生制造  增材制造 

连载（34）数字孪生制造应用案例4

2020-09-06
1.超临界二氧化碳循环的数字孪生体 上述三个案例属于离散制造业中数字孪生体的应用，本案例是数字孪生体在 流程制造业的典型应用。 超临界二氧化碳循环是太阳能光热发电系统中的重要技术。由于该系统在极 高的压力下运行，系统的微小参数波动都有可能造成不可预知的事故。这对控制 系统提出了严苛要求。 为了应对这一挑战，印度科技学院建立了该系统的实验系统（图26）。为了 实现对控制过程的动态仿真，他们开发了基于物理机理的数字孪生体。 该数字孪生体以一维热流体系统仿真软件Flownex为核心，搭建了和实验管 网系统完全相同的数字孪生体（图27）。Flownex具有强大的仿...
关键字： 数字孪生制造   

连载（33）数字孪生制造应用案例3

2020-09-06
1.水泵运行的数字孪生体 水泵在工业中的应用非常普遍。由于运行中来流条件的改变，水泵有可能发 生气蚀现象，气蚀会导致水泵叶片损坏，从而过早报废。为应对这一挑战，PTC 公司和ANSYS公司建立了水泵的数字孪生体（图25）,展示了数字孪生体如何处 理仪表化设备资产所生成的传感器数据，并利用仿真来预测故障和诊断低效率问 题，使操作人员能立即采取行动，纠正问题并优化资产性能。 泵的入口和出口处配备压力传感器，泵和轴承箱上配备测量振动的加速计， 排出侧配备流量计。致动器控制排出阀，进口侧的阀门通过手动控制。传感器和 致动器被连接到数据采集设备，该设备能以20KHz的频率对数据进行采...
关键字： 数字孪生制造   

连载（32）数字孪生制造的典型应用案例-2

2020-09-05
1.数字孪生机床 机床是制造业中的重要设备。随着客户对产品质量要求的提高，机床也面临 着提高加工精度、减少次品率、降低能耗等严苛的要求。 在欧盟领导的欧洲研究和创新计划项目中，研究人员开发了机床的数字孪生体，以优化和控制机床的加工过程（图23）。除了常规的基于模型的仿真和评估之外，研究人员使用开发的工具监控机床加工过程，并进行直接控制。采用基于模型的评估，结合监视数据，改进制造过程的性能。通过控制部件的优化来维护操作、提高能源效率、修改工艺参数，从而提高生产率，确保机床重要部件在下次维修之前都保持良好状态。 在建立机床的数字孪生体时，利...
关键字： 数字孪生制造  数字孪生机床 

连载（31）数字孪生制造的典型应用案例-1

2020-09-05
1.ABB利用数字孪生体设计物料堆放场 在电厂、钢铁厂、矿场都有物料堆放场。传统上，设计这些堆放场时，设计 需求是人为规划的。堆放场建设运行后，却常常发现当时的设计无法满足现场需 求。这种差距有时会非常大，造成巨大浪费。 为了应对这一挑战，在设计新的物料堆放场时，ABB公司使用了数字孪生体 技术。从设计需求开始，设计人员就利用物联网获得的历史运行数据进行大数据 分析，对需求进行优化。在设计过程中，ABB借助于CAD、CAE、虚拟现实等技 术开发了物料堆放场的数字孪生体（图22）。该数字孪生体实时反映了物料传输、 存储、混合、质量等随环境变化的参数。针对该物料场的设计并不是...
关键字： 数字孪生制造   

连载（30）数字孪生制造的典型应用场景-生产制造

2020-09-04
1.生产制造 数字孪生体驱动的生产制造，将会实现无人车间和智能工厂之愿景： 1） 在研发设计端形成的虚拟产品模型，进入到生产制造端后，控制机床等 生产设备的自动运行，实现高精度的数控加工和精准装配； 2） 生产加工过程的工艺仿真会实时预测加工后产品的形态和性能评估，并 根据加工结果和装配效果，提前给出修改建议，实现自适应、自组织的动态响应； 3） 对于流程制造业，数字孪生体直接驱动生产线的全过程，实现智能控制。 提前预估出故障发生的位置和时间，进行预维护，减少实际故障发生概率，提高 流程制造的安全性和可靠性。 生产制造阶段的数字孪生体和物理制造设备及...
关键字： 数字孪生制造   

​​ 连载（29）数字孪生制造的典型应用场景

2020-09-04
数字孪生制造的典型应用场景 1.研发设计 在制造业的研发设计领域，数字化已经取得了长足进展。近年来，CAD、CAE、 CAM、MBSE等数字化技术的普遍应用表明，研发设计过程在很多方面已经离不 开数字化。从产生的价值来看，在研发设计领域使用数字孪生体技术，能够提高 产品性能，缩短研发周期，为企业带来丰厚的回报。 可以预见，随着数字孪生体技术的进化，如大数据、人工智能、机器学习、 增强现实等新技术进入研发设计阶段后，研发设计将真正实现“所想即所得”。 1） 大数据系统会收集产品使用的反馈信息，以及客户对产品的需求变化， 这些动态的需求信息是数字孪生设计的输入； ...
关键字： ​​+数字孪生制造   

连载（28）数字孪生制造的关键技术（ERP）

2020-09-04
企业资源计划（ERP）由Gartner公司于1990年提出。ERP是将企业所有资 源进行整合集成管理，简单的说是将企业的三大流：物流、资金流、信息流进行 全面一体化管理的信息系统。 一般认为ERP系统包括订单管理、商品管理、生产采购、仓库管理、物流管 理、财务管理等子系统，已经成为企业进行全面管理及决策的平台。 ERP为企业管理全领域提供了数字化手段。通过ERP系统的规范管理，物资 库存周转天数减少，库存成本减少，利润率和流动资金周转率得到提高。另外， ERP系统也能改善公司内部管理结构，减少部门间工作量，提高效益，提升员工 素质。 从数字孪生体视角来看，ERP是企业组...
关键字： 数字孪生制造  ERP 

连载（27）数字孪生制造的关键技术（PLM）

2020-08-31
5.PLM 产品全生命期管理（PLM）是一种应用于企业内部、以及在产品研发领域具 有协作关系的企业之间的，支持产品全生命期的信息的创建、管理、分发和应用 的一系列解决方案。 PLM技术主要包含基础技术和标准、信息创建和分析工具、核心功能（如数 据仓库、文档和内容管理、工作流和任务管理等）、应用功能（如技术状态管理、 配方管理、合规）、面向业务/行业的解决方案和咨询服务等。 从产生过程可以看出，PLM系统作为产品全生命期的数据管理系统，为数字 孪生体中的数字线程提供丰富的基础数据。同时，PLM中各个阶段的数据互联互 通，也将成为数字线程交互功能的基础。 在数字孪生制...
关键字： 数字孪生制造  数字孪生制造与PLM 

连载（26）数字孪生制造的关键技术（MES）

2020-08-31
5.MES 制造执行系统（MES）是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系 统。MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库 存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心、设备管理、工具工装管理、采购 管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据 集成分解等管理模块。MES系统为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造 协同管理平台。 MES可以为制造企业带来生产效率的提高和制造工艺水平的提升。通过MES 系统的反馈结果，可以优化生产制造过程的管理业务，例如了解到企业产能成本 过高、产品质量不稳定的原因，从而及时做出调整。产品...
关键字： 数字孪生制造  数字孪生制造与MES  智能工厂设计

连载（25）数字孪生制造的关键技术（CAM）

2020-08-26
5.CAM 计算机辅助制造(CAM)是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整 个过程的活动oCAM通过直接或间接地把计算机与制造过程和生产设备相联系， 用计算机系统进行制造过程的计划、管理，并对生产设备进行控制与操作，处理 产品制造过程中所需的数据，控制和处理物料的流动，对产品进行测试和检验等。 目前的CAM系统在自动化、智能化等方面都有得到了大幅度提高，其基本 特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接 相关，而与产品的工艺特征、工艺复杂程度等没有直接关系。 典型的CAM系统由两个部分组成：一是计算机辅助编程系统，二是数控加 工...
关键字： 数字孪生制造  数字孪生制造与CAM 

连载（24）数字孪生制造的关键技术（工业控制）

2020-08-26
5.工业控制 工业控制，或称工厂自动化控制，主要是指使用计算机技术、微电子技术、 电气手段，使工厂的生产和制造过程更加自动化、高效化、精确化，并具有可控 性及可视性。 从60年代的直接数字控制(Direct Digital Control)到70年代的集散控制系 统(Distributed Control System),再到80年代的现场总线控制系统(Fieldbus Control System ),工控技术发生多次进化。期间，数据采集与监视控制系统 (Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA)伴随左右。利用 SC...
关键字： 数字孪生制造  数字孪生制造与工业控制 

连载（23）数字孪生制造的关键技术（工厂仿真）

2020-08-26
4.工厂仿真 工厂仿真是对各种规模的工厂和生产线进行建模、仿真和优化。工厂仿真可 以分析和优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链等。 工厂仿真是使用三维仿真软件实现生产线生产过程及产品在厂房内运输过 程的模拟。它追求制造资源（包括人、机、料）在空间上有机结合，在时间上适 时连接。同时，在布局设计的过程中考虑物流因素，选择搬运的最佳路线，减少 物料搬运工作量。此类仿真不仅能降低其过程中的运输成本,还能加快生产流程， 最终达到提高生产能力和降低生产成本的目的。 工厂仿真软件使用面向对象的技术和可以自定义的目标库来创建具有良好 结构的层...
关键字： 数字孪生制造  数字孪生制造与工厂仿真 

连载（22）数字孪生制造的关键技术（工艺仿真）

2020-08-20
1.工艺仿真 工艺仿真是利用产品的数字样机，对产品的加工和装配流程等建模，在计算 机上实现产品从零件加工到组件装配成产品整个过程的仿真。在建立了产品和资 源数字模型的基础上，可以在设计阶段模拟出产品的实际生产过程而无需实物样 机。工艺仿真使合格的设计模型加速转化为工厂的完美产品。 工艺仿真利用计算机图形学技术及核心算法，涵盖机加、铸造、表面处理、 工装设计、生产布局、装配、检测等多个专业的工艺过程规划及仿真应用场景。 装配工艺仿真是在虚拟环境中依据设计好的装配工艺流程，通过对每个零件、 成品和组件的移动、定位、夹紧和装配过程等进行产品与产品、产品与工装的干 涉检查...
关键字： 工艺仿真  数字孪生制造与工艺仿真 

连载（21）数字孪生制造的关键技术（CAE）

2020-08-20
1.CAE 计算机辅助工程（CAE）指工程设计中采用计算机辅助分析复杂工程和产品 的性能。CAE软件可以对设备的结构应力、流场、电磁场等问题进行仿真以优化 设备性能。近年来，CAE开发商为满足市场需求和适应计算机硬件和软件技术的 迅速发展，对软件的功能、性能，特别是用户界面和前后处理能力进行了大幅扩 充，对软件的内部结构和部分模块，特别是数据管理和图形处理，进行了重大改 造，使得CAE软件在功能、性能、可用性和可靠性以及对运行环境的适应性方面 有了大幅提高。 CAE技术是一门涉及许多领域的多学科综合技术，除了各个求解器本身的算 法和模型之外，还包括计算机图形技术、空间离散技...
关键字： 数字孪生制造  数字孪生制造与CAE 

连载（20）数字孪生制造的关键技术（CAD）

2020-08-19
数字孪生制造的关键技术 根据数字孪生制造系统的参考架构可知，实现数字孪生体需要多种关键技术。 前文已经介绍了其中一部分通用关键技术，包括系统工程、数字线程、物联网、 云计算、人工智能、大数据、区块链等。下面聚焦到制造领域，介绍和制造相关 的数字孪生体关键技术，包括建模方面的CAD技术、仿真方面的CAE技术、工 艺仿真技术、工厂仿真技术、工业控制技术、辅助制造的CAM技术、制造执行 的MES技术、产品全生命期管理的PLM技术和企业资源管理的ERP技术。 1.CAD 计算机辅助设计（CAD）是一种应用计算机相关技术辅助人们进行产品或工 程设计的方法和技术，包括设计、绘图...
关键字： 数字孪生制造的关键家数  数字孪生制造  数字孪生制造CAD

连载（19）数字孪生制造参考架构

2020-08-19
1.参考架构 第三章给出了数字孪生系统的通用参考架构。参考这一通用架构，本章给出 适用于数字孪生制造系统的参考架构（图19）。 用户域和跨域功能实体的内容与前文的通用架构相同，这里不再赘述。 现实物理域:无论是离散型制造业还是流程型制造业，都包含研发设计阶段、 生产运营阶段、维护服务阶段的各种物理实体，如人员、设备、试验、产品、材 料、流程、环境、服务等。 测量与控制实体：这一层承担着物理实体和数字孪生体之间的互动功能。这 层包含测量感知和对象控制两种功能，其中测量感知是数字孪生体从物理实体采 集设备的设计、运行等各种参数，进行数据预处理和数据标识。对象控制则负...
关键字： 数字孪生制造架构  数字孪生制造 

连载（18）数字孪生制造-现状

2020-08-18
数字孪生制造 （一）现状 近年来，制造业在逐步走向智能化。数字孪生体作为制造业智能化的核心技 术之一，受到了越来越多的关注和研究。根据前文所述的数字孪生体发展阶段， 数字孪生体已经经历了技术准备期、概念制造期和预先应用期，在制造业的多个 领域取得了一定的技术积累和预先应用。 自从有了诸如CAD等数字化手段后，数字孪生体技术已经开始萌芽。有了 CAE仿真手段，研究手段从计算机简单辅助向自动化转变，数字虚体和物理实体 走得更近。有了系统仿真，研究对象从简单物体向复杂系统转变，虚拟实体更像 物理实体。直到有了比较系统的数字样机技术，研究目标从单体动力学向多体动 力学转变，...
关键字： 数字孪生制造   

连载（16）数字孪生制造现状

2020-08-06
五、数字孪生制造 （一）现状 近年来，制造业在逐步走向智能化。数字孪生体作为制造业智能化的核心技 术之一，受到了越来越多的关注和研究。根据前文所述的数字孪生体发展阶段， 数字孪生体已经经历了技术准备期、概念制造期和预先应用期，在制造业的多个 领域取得了一定的技术积累和预先应用。 自从有了诸如CAD等数字化手段后，数字孪生体技术已经开始萌芽。有了 CAE仿真手段，研究手段从计算机简单辅助向自动化转变，数字虚体和物理实体 走得更近。有了系统仿真，研究对象从简单物体向复杂系统转变，虚拟实体更像 物理实体。直到有了比较系统的数字样机技术，研究目标从单体动力学向多体动 力学转变，...
关键字： 数字孪生制造现状  数字孪生制造 

连载（2）：数字孪生体技术白皮书-目录

2020-07-26
目录 编者按 1 一、 数字孪生体发展综述 1 二、 数字孪生体的定义 6 三、 数字孪生体的模型 10 （一） 数字孪生体的概念模型 10 （二） 数字孪生系统参考架构 11 （三） 数字孪生体的应用框架 12 （四） 数字孪生体成熟度模型 13 四、 数字孪生体的关键技术 16 （一） 建模 16 （二） 仿真 19 （三） VR、AR 及 MR 21 （四） 数字线程 22 （五） 系统工程与MBSE 24 （六） 物联网 25 （七） 云、雾与边缘计算 26 （八） 大数据与机器学习 28 （九） 区块链 28 五、 数字孪生制造 31 （一） 现状 31 （二） 综述 31 （三） ...
关键字： 数字孪生战场  数字孪生制造  数字孪生城市