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將來製造業的基石:數字孿生

 
 
將來製造業的基石:數字孿生

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1、數字孿生,不只僅是複製git

 

孿生,即雙胞胎;數字孿生,顧名思義,就是數字形式的雙胞胎。安全

 

在「數字孿生」中,雙胞胎中的一個是存在於現實世界的實體,小到零件,大到工廠,簡單如螺絲,複雜如人體的結構。微信

 

而雙胞胎中的另外一個則只存在虛擬和數字世界之中,是利用數字技術營造的與現實世界對稱的鏡像。網絡

 

若是以家用電腦爲例,Word文檔和打印出來的文稿就是「數字孿生」。若以導航軟件爲例,城市中的實體道路和軟件中的虛擬道路也是「數字孿生」。app

 

數字孿生技術產生的汽車3D模型,數據來源:「數字孿生城市」白皮書機器學習

 

此外,這個數字孿生體,不只是對現實實體的虛擬再現,還能夠模擬對象在現實環境中的行爲。所以能夠說,數字孿生是將物理對象以數字化方式在虛擬空間呈現,模擬其在現實環境中的行爲特徵。工具

 

2、數字孿生有什麼用?學習

 

數字孿生這個概念究竟有什麼用呢?大數據

 

首先,它能夠經過設計工具、仿真工具、物聯網、虛擬現實等各類數字化的手段,將物理設備的各類屬性映射到虛擬空間中,造成可拆解、可複製、可轉移、可修改、可刪除、可重複操做的數字鏡像。

 

這極大的加速了操做人員對物理實體的瞭解,激發模擬仿真、批量複製、虛擬裝配等設計活動。

 

過去,在沒有數字化模型幫助之下,製造一件產品要經歷不少次迭代設計。

 

如今,採用了數字化模型的設計技術,就能夠在虛擬的三維數字空間輕鬆地修改部件和產品的每一處尺寸和裝配關係,這使得幾何結構的驗證工做和裝配可行性的驗證工做大爲簡單,大幅度減小了迭代過程當中物理樣機的製造次數、時間,以及成本。

 

此外,數字孿生還能夠經過採集有限的物理傳感器指標的直接數據,藉助大樣本庫,經過機器學習推測出一些本來沒法直接測量的指標。由此實現對當前狀態的評估、對過去發生問題的診斷,以及對將來趨勢的預測,並給予分析的結果,模擬各類可能性,提供更全面的決策支持。

 

例如,針對大型設備運行過程當中出現的各類故障特徵,能夠將傳感器的歷史數據經過機器學習訓練出針對不一樣故障現象的數字化特徵模型,並結合專家處理的記錄,將其造成將來對設備故障狀態進行精準判決的依據,最終造成自治化的智能診斷和判決。

 

3、應用場景豐富

 

1. 數字孿生,5G應用落地強風口

 

數字孿生是5G物聯網時代的一個重要場景應用。

 

5G網絡的場景應用包括:eMBB(高帶寬)、mMTC(大聯接)、URLLC(高可靠&低延遲)。海量的應用場景和模式都是在這三者的基礎上衍生出來的。

 

eMBB全面提高網絡速度,加強網絡體驗;mMTC連接更多的智能終端,實現萬物互聯;URLLC因其高可靠性和低延時,應用於自動駕駛、移動醫療等精度要求高的行業。

 

數字孿生即是上述應用場景的衍生之一。

 

5G衍生賦能產業鏈,數據來源:「數字孿生城市」白皮書,國泰君安證券研究

 

目前,數字孿生技術多用於工業製造領域,尤爲是汽車、電子製造領域。工業互聯網是全球工業系統與高級計算、分析、感應技術以及互聯網鏈接融合的結果, 催動工業互聯網走向完善的關鍵技術不少,然而最能體現工業互聯網「助燃劑」5G拉動做用的就是數字孿生。

 

將來工業物聯網最核心的應用基礎是數據,不管是在生產線上的工業設備,仍是城市裏的垃圾箱、電燈杆,都須要採集出來並映射到數字世界,數字孿生所以不可或缺。

 

2. 數字孿生幫助製造業效能大幅提高

 

推動設計和製造高效協同:

 

在數字孿生模型中,所須要製造的產品、製造的方式、資源以及地點等各個方面能夠進行系統的規劃,將各方面關聯起來,實現設計人員和製造人員的協同。

 

一旦發生設計變動,能夠在數字孿生模型中方便地更新制造過程,將完成各項任務所需的時間以及全部不一樣的工序整合在一塊兒,進行分析和規劃,直到產生滿意製造過程方案。

 

確保設計和製造準確執行:

 

在數字孿生模型中對不一樣的生產策略進行模擬仿真和評估,結合大數據分析和統計學技術,快速找出有空檔時間的工序。

 

調整策略後再模擬仿真整個生產系統的績效,進一步優化實現全部資源利用率的最大化,確保全部工序上的全部人都盡其所能,實現盈利能力的最大化。

 

舉個例子來講,數字孿生車間就是數字孿生技術在製造業的典型應用,也是突破製造的物理世界和信息世界之間的交互與共融瓶頸的典型實例。

 

數字孿生車間主要由物理車間(Physical Workshop)、虛擬車間(Cyber Workshop)、車間服務系統(Workshop Service System: WSS)、車間孿生數據(Workshop Digital Twin Data)四部分組成。其中:

 

  • 物理車間是車間客觀存在的實體集合,主要負責接收WSS下達的生產任務,並嚴格按照虛擬車間仿真優化後的預約義的生產指令,執行生產活動並完成生產任務;

 

  • 虛擬車間是物理車間的忠實的、徹底數字化鏡像,主要負責對生產計劃/活動進行仿真、評估及優化,並對生產過程進行實時監測、預測與調控等;

 

  • WSS是數據驅動的各種服務系統功能的集合或總稱,主要負責在車間孿生數據驅動下對車間智能化管控提供系統支持和服務,如對生產要素、生產計劃/活動、生產過程等的管控與優化服務等;

 

  • 車間孿生數據是物理車間、虛擬車間和WSS相關的數據,以及三者數據融合後產生的衍生數據的集合,是物理車間、虛擬車間和WSS運行及交互的驅動。

     

3. 數字孿生技術應用場景暢想

 

數字孿生技術的應用場景很是龐大,在將來,它會在多個方面改變咱們的工做和生活,應用場景涉及各個方面。

 

智慧城市管理

 

把數字孿生技術應用到智慧城市管理上,會讓城市更安全。街道、社區、娛樂、商業,甚至是電力線、變電站、污水系統、供水排水系統等,都會有數字孿生體,從而能夠更輕鬆便捷地監控管理城市的每一個地方。

 

工業設備監控

 

工廠中的設備均可以經過數字孿生技術複製出來。咱們能夠利用數字孿生設備瞭解設備內部的運行機制。數字模型和實體設備一塊兒使用,咱們能夠知道設備的運行數據,提升故障預判和維修效率。

 

健康管理

 

我的的數字孿生體能夠經過醫療檢測、掃描儀器、可穿戴設備來複制。比智能手環更智能的是,咱們能夠獲得數字孿生體每一部位的運動變化數據,更加有效地管理我的健康。

 

大腦活動的監控與管理

 

人腦很是複雜,大腦的活動更加不容易追蹤研究。大腦的思考方式、運動感知功能都是科研人員研究的重難點。將數字孿生技術用在大腦研究上,之後能夠幫助治療腦部疾病患者。

 

雖然整體來看,數字孿生技術還處在早期階段,但能夠確定的是,在數字時代的將來,數字孿生將徹底改變咱們發現、認知和改造世界的方式,將來世界大有可爲。

 

數字孿生是5G賦能產業鏈上的重要一環。數字孿生做爲5G衍生應用,加速了物聯網的成型和物聯網設備數字化,這與5G三大場景之一的萬物互聯需求強耦合。此外,數字孿生仍是5G推進工業互聯網發展過程當中的助燃劑,5G時代數字孿生不可或缺。 

 

本文來自微信公衆號: 國泰君安證券研究(ID:gtjaresearch),以上內容節選自國泰君安證券已經發布的證券研究報告《數字孿生,複製同一個你》,具體分析內容(包括風險提示等)請詳見完整版報告。若因對報告的摘編產生歧義,應以完整版報告內容爲準。

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