浅谈数字孪生在智能制造中的应用

浅谈数字孪生在智能制造中的应用

吴浙栋

金华市技师学院， 浙江省金华市 321017

摘要：随着现代化技术以及信息化手段的飞速发展，社会已经进入到了全新的发展进程中，这也为制造领域的发展起到了良好的促进作用。而站在现阶段智能制造发展的角度上来看，在其中合理的引入数字孪生技术，能够进一步提升整体制造效率与制造质量，大幅度降低各类问题的发生几率。因此，文章首先对数字孪生的基本概述展开深入分析；在此基础上，提出数字孪生在智能制造中的具体应用措施。

关键词：数字孪生；智能制造；应用措施

引言：在当前的社会发展进程中，数字孪生已经得到了较为全面的发展优化，其在本质上就是针对各类物理实体所进行的数字化描述，通过对于数字孪生的合理应用，能够帮助各大企业针对内部的物理实体展开全方位的监测控制。尤其是在近年来的发展进程中，数字孪生这一概念已经在各大智能工厂以及智能设备中得到了广泛应用。而通过数字孪生与智能制造之间的充分融合，能够大幅度降低各类故障问题的发生几率，并进一步提升整体智能制造质量。

一、数字孪生的基本概述

在当前智能制造领域的发展进程中，其内部涉及到的数字孪生体系可以划分为多种层级，其中主要涉及到了以下几点：首先是基础支撑层以及数据互动层，在数字孪生的构建过程中，其主要就是将大量数据信息作为基础，这就需要为具体的物理过程配备对应的传感器，从而对物理过程以及物理环境数据进行高效获取，目前传感器所检测的数据信息主要为设备数据、流程数据以及环境数据等内容。而在数据互动层方面，工业现场数据当中所采用的都是分布式控制系统以及可编程逻辑控制器系统来采集各类数据信息，随着深度学习等技术的飞速发展，当前各种能够采集图像与声音的设备，也被应用在了数据互动层的信息采集过程中；其次则是数据建模与仿真层，在构建数字孪生的实际过程中，最重要的就在于建模以及仿真，建模所指的就是构建物理实体过程中虚拟映射的3D模型，通过这种模型能够更好的在虚拟空间当中重现物理实体的运动结构以及几何关联等多种属性，而后结合实体对象的主要空间运动规律建立模型。仿真模型则是结合构建完毕的3D模型，充分融合电磁、流体以及结构等物理规律，对物理对象未来可能出现的状态进行计算与预测[1]。

二、数字孪生在智能制造中的具体应用措施

（一）智能制造领域产品研发中的应用

在传统的研发设计方式中，所采用的设计工具主要为纸张、CAD等，利用这部分工具所构建的虚拟模型为静态状态，物理对象所产生的变化很难直接反映在对应的模型当中，也无法实现与市场、原料等多方面的数据联通。而在针对各类新产品进行技术验证的实际过程中，只能优先将产品生产出来，而后进行全面的物理实验，从而得到所需的数据信息，这种过于传统的研发方式，具备着成本消耗较高以及研发周期长等多种特征。而引入数字孪生就能够有效突破物理条件方面产生的限制，从而帮助用户更好的了解产品的基本性能，从而以更低的成本与时间来更新产品技术。在数字孪生技术当中，不仅能够支持三维建模，彻底实现无纸化的设计，还可以取代传统研发过程中通过多次实验来获取实验数据的方式，主要采取分析、计算等方式来开展虚拟实验，从而彻底取消原本的物理实验，这也有利于促进产品研发效率的提升[2]。

（二）智能制造领域工艺规划与生产管理的应用

在当前的社会发展进程中，由于各类智能产品的制造过程越来越复杂，内部产生了小批量以及多品种的生产需求，这就需要智能制造企业方面针对具体的生产过程展开合理规划，并提升排期的灵活性与精准性，其中对于产品质量方面的追溯要求也比较高，但目前大部分企业在信息系统之间仍旧存在限制，只能采取人工的方式进行合理协调。而通过数字孪生技术的应用，就可以将其有效贯穿在整体生产制造过程中，不仅能够对制造设计以及工艺管理内容进行优化，还可以保证资源配置与参数调整达到相关标准，实现对于生产过程的仿真评估，结合相关结果来对生产工艺与生产设备进行系统性规划。同时，还可以采取数字孪生技术来对生产工况进行实时性监控，准确找寻出生产阶段中隐藏的各类问题，利用制造与数字孪生之间的融合来实现降本增效以及保质保量的主要目标。尤其是在离散行业中，数字孪生在工艺规划方面所起到的作用就是提升生产制造与设计环节之间的协同性，在这一阶段中，数字孪生能够将物理实体流程方面的耦合，进一步转化为不同数字参数之间的耦合，从而提升整体流程的协同性。

（三）设备维护与故障预测中的应用

在传统设备运行维护模式产生的影响下，一旦设备发生了故障问题，就要经过较为复杂的流程进行处理，由于客户对于设备情况不够了解，再加上与设备制造商之间存在的沟通障碍，导致各类故障问题很难得到全面解决。所以，这就需要在其中合理的引入数字孪生技术，通过数字孪生能够提供各类物理实体的实时性、虚拟化映射，并确保设备传感器能够将震动、碰撞以及温度等多种数据信息进一步输入到对应的数字孪生模型当中，还要将设备周边的使用环境数据输入到模型当中，确保数字孪生环境模型，能够与设备实际工作过程中周边环境产生的变化保持一致，并合理利用数字孪生来实现对于设备各类异常情况的合理预测，这样就可以在预定的停机时间内对各类磨损部件进行更换，防止出现意外停机等问题。除此之外，数字孪生还能够对各类复杂设备进行故障诊断，比如发动机、发电涡轮机等设备，并且取得了十分优异的效果

[3]。

结论：综上所述，在当前的社会发展进程中，数字孪生技术已经得到了较为全面的发展优化，这也使其在各大社会领域中得到了较为广泛的应用，尤其是在智能制造领域中，通过对于数字孪生技术的合理应用，能够有效解决传统智能产品研发设计过程中存在的各类问题，利用数字孪生技术来构建虚拟模型，可以进一步降低产品研发设计与后续生产中各类故障问题的发生几率，为智能制造领域的稳定发展起到良好的促进作用。

参考文献：

[1]夏丹.数字孪生技术在智能制造领域的发展与应用[J].现代农机,2023(05):118-120.

[2]谭展.数字孪生在智能制造领域的应用及研究进展[J].电子元器件与信息技术,2022,6(12):110-115.

[3]陈川,陈岳飞,曾麟等.数字孪生在智能制造领域的应用及研究进展[J].计量科学与技术,2020(12):20-25.

吴浙栋，男，汉族，籍贯：浙江嵊州 生于：1983-11工作单位：金华市技师学院，单位省市：浙江省金华市，单位邮编：321017.职称：高级实习教导教师，本科学历，研究方向：智能制造。