AR工业趋势|数字孪生,波音事故后所带来的新风口_effiar观点

从历史的角度来看,人类社会的每一次跨越式发展,都带着科学与技术的影子。

数字孪生,一下子就火了。

其源于今年波音的737 MAX8不到半年发生两次重大事故后,引发外界对飞机日常检修维护的讨论,从而导致数字孪生技术立刻受到市场强烈关注。在事件发生后不久,数字孪生概念全面爆发。

但数字孪生究竟是什么,又能给目前的我们带来什么呢?

什么是数字孪生

数字孪生,Digital Twin,是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。它是一种超越现实的概念,可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。

其实简单来说,可以这么理解,数字孪生,顾名思义,是指针对物理世界中的物体,通过数字化的手段来构建一个数字世界中一模一样的的实体,藉此来实现对物理实体的了解、分析和优化。

大公司对于数字孪生的探索

其实早在波音737事故发生前,包括波音本身在内的国际知名工业制造商也早就开始了对数字孪生的探索,如西门子建立了贯穿于产品生命周期各个环节的数据模型,从而仿真模拟出了一些工厂的实际操作空间;通用电气于与ANSYS公司借助数字孪生概念,提出物理机械和分析技术融合的实现途径,让每个引擎,每个涡轮及每台核磁共振都拥有一个数字化的“双胞胎”;德国软件公司SAP利用数字孪生概念,在产品试验阶段采集设备的运行状况,通过分析后得出产品的实际性能,再与需求设计的目标比较,从而形成产品研发的闭环体系;法国软件公司达索利用CAD和CAE平台3D Experience,在外形设计上通过数据分析和仿真,大幅度地提升流线性,减少空气阻力,帮助宝马、特斯拉、丰田等汽车公司实现了节能减排的需求。

由此可见,数字孪生在成为大众热点之前,在工业领域早就有了大规模的尝试和运用。

那么,为什么如此多的企业都在开始不断尝试在自己的业务中使用数字孪生呢?

为什么要使用数字孪生

首先,数字孪生技术贯穿了产品生命周期中的不同阶段,它同PLM(Product Lifecycle Management)的理念是不谋而合的。可以说,数字孪生技术的发展将PLM的能力和理念从设计阶段开始就真正扩展到了全生命周期。

PLM(product lifecycle management)产品生命周期管理

根据业界权威的CIMDATA的定义,PLM是一种应用于在单一地点的企业内部、分散在多个地点的企业内部,以及在产品研发领域具有协作关系的企业之间的,支持产品全生命周期的信息的创建、管理、分发和应用的一系列应用解决方案,它能够集成与产品相关的人力资源、流程、应用系统和信息。

从某种角度来说,PLM是一种理念,即对产品从创建到使用,到最终报废等全生命周期的产品数据信息进行管理的理念。在PLM理念产生之前,PDM主要是针对产品研发过程的数据和过程的管理。而在PLM理念之下,PDM的概念得到延伸,成为cPDM,即基于协同的PDM,可以实现研发部门、企业各相关部门,甚至企业间对产品数据的协同应用。

新增系统管理

过去,在没有数字化模型帮助之下,制造一件产品要经历很多次迭代设计。而利用数字孪生技术辅助数字模型,可以提高设计的准确性,并验证产品在真实环境中的性能及有效功能,与此同时模拟和仿真能够使得设计人员能够看到数字孪生所呈现的产品,在设计阶段就验证产品的适应性,高效改进产品。

生产制造阶段

在产品的制造阶段,可以实现生产过程仿真,加快产品生产的时间,提高产品设计的质量,数字化产线能够降低产品的生产成本和提高产品的交付速度,最终关键指标监控和过程能力评估能够实现全生产过程的可视化监控,并且通过经验或机器学习建立关键设备参数、检验指标的监控策略,对出现违背策略的异常情况进行及时处理和调整。从而实现稳定并不断优化生产流程。

售后服务阶段

随着物联网技术的成熟和传感器成本的下降,很多工业产品,从大型装备到消费级产品,都使用了大量的传感器来采集产品运行阶段的环境和工作状态,从而产生大量数据,对这些数据进行分析并优化来避免产品的故障,实现预测性维修,改善用户对产品的使用体验;与此同时,产品的使用反馈能够被实时采集,制造商可以洞悉客户对产品的真实需求,避免研发决策失误。

数字孪生的概念,自2002年被提出以来就在不断快速演化,无论是对产品设计还是制造、服务,都产生了巨大的推动作用,对整个工业制造业来说,更是具有革命性的意义。

那么作为AR来说,它和数字孪生之间有什么关系呢?

AR和数字孪生之间的关系

AR即Augmented Reality(增强现实),是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术,将虚拟的信息应用到真实世界,被人类感官所感知,从而达到超越现实的感官体验。AR技术综合了计算机仿真技术、计算机图形学和多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器 等电子技术,模拟人的视觉、听觉和触觉等感官功能,使得用户从感官效果上沉浸在由计算机创造的虚拟环境中。而新兴的增强现实技术则是要借助显示技术、交互技术、传感技术和计算机图形与多媒体技术将计算机生成的虚拟环境与用户周围的现实环境融为一体, 使用户从感官效果上确信虚拟环境是其周围真实环境的组成部分。

从以上可以看出,想要更好的借助数字孪生发挥其在工业制造业中的价值,借助AR技术是一个很好的选择,AR与数字孪生集成能够进一步提升数据可视化能力,在现实物理对象的基础上直接叠加三维孪生模型的图像。因此,如果AR和数字孪生能够得到很好的结合,那么将能够应用于汽车研发、制造、供应、销售和支持的整个价值链中。也将能够助力制造业企业更快走向工业4.0,实现智能化。

施耐德并不是个例,在数字化进程探索之路上,不乏IBM、海尔、道康宁、通用电气等知名企业的身影,更不乏的是成功案例及其给企业带来的效率的提升及成本的减少。

综上,数字化转型道阻且长,但我们也相信这条路,行则将至。还是那句话,制造业是国民经济的支柱产业,也是衡量一个国家综合国力的重要标志,更加是立国之本、兴国之器、强国之基。目前所提出的工业4.0和智能制造2025也表明了制造业应该加快数字化转型的脚步,只有这样才能在变化多端的市场和新科技中游刃有余,也才能够让自己在竞争中立于不败之地。

effiar是由北京慧星视界科技有限公司研发的一款工业AR平台。effiar由WorkGuide更名而来。在AR工业领域,使用者无需技术就可以通过effiar任务管理中心使用拖拽等简单操作,为特定业务场景定制智能眼镜方案应用。该平台包括专家AR远程协作、AR巡检、AR运维、工作流、AR培训、AR+iot、多媒体知识库等多个模块,使用者可以根据业务需要自由剪裁或者互相嵌套。

4.0版本支持更多MR眼镜,以及数字孪生体验,使工作人员能够感知工作环境和设备,更多内容参考开发者。