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

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，實現(xiàn)更加智能的產(chǎn)品評估優(yōu)化-虛擬驗證-運營維護等，增收節(jié)支、提效避險，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)模型集成與實時化、虛實融合、人工智能等關(guān)鍵技術(shù)，基于產(chǎn)品數(shù)字孿生模型和實際數(shù)據(jù)的交互，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化連通，提升產(chǎn)品設(shè)計與測試效率，實現(xiàn)產(chǎn)品的智能運行和維護：

?針對產(chǎn)品特點和使用工況，靈活選擇建模方法，將多學(xué)科機理建模、三維模型降階、數(shù)據(jù)驅(qū)動建模等進行有機融合，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。

?通過實際運行數(shù)據(jù)和模型自動修正算法，對模型進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)科模型集成驗證接口，實現(xiàn)系統(tǒng)機-電-軟異構(gòu)模型的有效集成。

?通過模型實時化技術(shù)和高性能算力配置，提高仿真運行效率，實現(xiàn)實時仿真，提升模型與產(chǎn)品交互的實效性。

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

?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)品的運行狀態(tài)進行監(jiān)測與預(yù)測，對故障進行診斷，輔助智能運維決策。

?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維度的關(guān)聯(lián)與追溯關(guān)系，實現(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)指標分解與驗證

        復(fù)雜產(chǎn)品通常涉及多個強耦合學(xué)科，頂層系統(tǒng)指標分解難度大，難以保證指標體系的完整性和分解結(jié)果的全局優(yōu)化。基于模型的指標分解與驗證，通過系統(tǒng)-分系統(tǒng)任務(wù)場景梳理、指標分解驗證模型建立，形成完整的層次網(wǎng)狀指標體系，全局優(yōu)化并綜合權(quán)衡指標分解結(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)計參數(shù)模糊、分系統(tǒng)匹配難度大等特點。

?基于模型的設(shè)計驗證與優(yōu)化

        隨著技術(shù)的進步和需求的提升，工業(yè)產(chǎn)品朝著機-電-控一體化高度集成的方向發(fā)展，不同學(xué)科間耦合強，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)計驗證已不能滿足復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計的精度和效率要求。通過模型降階技術(shù)、通用接口模型設(shè)計、統(tǒng)一仿真架構(gòu)設(shè)計，將各類專業(yè)模型、有限元仿真模型進行有效集成，實現(xiàn)系統(tǒng)級的多學(xué)科聯(lián)合仿真設(shè)計驗證與優(yōu)化。

?產(chǎn)品虛擬試驗

        隨著工業(yè)產(chǎn)品由以機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，對試驗驗證的時效性、系統(tǒng)性、全面性等提出了巨大的挑戰(zhàn)。以物理試驗為主的驗證受到研制周期、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、故障試驗等難以通過實物開展的試驗類型。工程實踐中根據(jù)虛擬試驗精度和體系的完善性，充分發(fā)揮物理試驗與虛擬試驗的優(yōu)勢，虛實融合，相互補充促進，提升產(chǎn)品綜合試驗?zāi)芰Α?/p>

?基于數(shù)據(jù)+模型的設(shè)備智能運維

        結(jié)合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)運行數(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)備運行數(shù)據(jù)及數(shù)字孿生仿真進行大數(shù)據(jù)分析，進行預(yù)測性分析、規(guī)范性分析、運行優(yōu)化分析，幫助企業(yè)實現(xiàn)智能運維、新產(chǎn)品迭代升級等增值服務(wù)。基于數(shù)據(jù)+模型的設(shè)備智能運維，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)，能夠更及時地評估產(chǎn)品狀態(tài)和故障定位，實現(xiàn)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的飛躍。

技術(shù)服務(wù)

?數(shù)字孿生模型構(gòu)建

    ?  建模規(guī)范構(gòu)建

    ?  多學(xué)科系統(tǒng)建模

    ?  有限元模型降階

    ?  異構(gòu)模型集成

    ?  模型修正與更新

    ?  虛實交互接口開發(fā)

    ?  模型實時化

?數(shù)字孿生應(yīng)用開發(fā)

    ?  系統(tǒng)指標分解與驗證

    ?  產(chǎn)品系統(tǒng)性能優(yōu)化

    ?  產(chǎn)品故障注入仿真

    ?  產(chǎn)品虛擬試驗驗證

    ?  產(chǎn)品狀態(tài)監(jiān)測與健康管理

    ?  產(chǎn)品全流程研發(fā)平臺開發(fā)與集成

系列專題

        更多關(guān)于數(shù)字孿生詳細技術(shù)以及在具體工程實踐中的應(yīng)用案例的介紹，敬請關(guān)注我司的數(shù)字孿生專題。

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

?關(guān)鍵技術(shù)-機電產(chǎn)品多學(xué)科建模與集成

?關(guān)鍵技術(shù)-三維有限元模型降階與集成

?關(guān)鍵技術(shù)-復(fù)雜模型實時化

?關(guān)鍵技術(shù)-數(shù)字孿生模型的關(guān)聯(lián)與追溯

?關(guān)鍵技術(shù)-物理產(chǎn)品與數(shù)字模型的虛實交互

?典型應(yīng)用-系統(tǒng)指標分解與驗證

?典型應(yīng)用-機電產(chǎn)品設(shè)計驗證與優(yōu)化

?典型應(yīng)用-機電產(chǎn)品虛擬試驗

?典型應(yīng)用-機電產(chǎn)品智能運維