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《工业设备数字孪生白皮书》系列解读(三)——实施方法论

时间:2021-11-17浏览量:557字号:AAA

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2021年10月15日,国家工业信息安全发展研究中心在第二届两化融合暨数字化转型大会上发布《工业设备数字孪生白皮书》。白皮书由国家工信安全中心和山东大学主编,中国船级社、中车四方股份等33家单位参编完成。白皮书系统地介绍了数字孪生的起源、发展和工业应用现状,从实施要素维度提出工业设备数字孪生的总体框架模型,并针对工业设备数字孪生实施中面临的痛点问题,研究提出工业设备数字孪生系统实施成熟度评估模型,为评估工业设备数字孪生系统的实施准备和实施成效提供了方法论,并围绕数字孪生在不同行业应用场景提供了风电设备、工程装备、数控机床等11类设备、32个数字孪生典型案例。

本节以上节提出的数字孪生系统总体框架和实施要素为参考,以应用需求为导向,以价值实现为目的,以技术支撑为保障,以实施条件评估为基础,以应用成熟度评估为评估手段,就工业设备数字孪生系统的实施,提出了数字孪生系统实施参考模型,并制定了面向工业设备生产商、工业设备用户、数字孪生系统开发商的实施策略,以指导企业开展工业设备数字孪生系统的应用。

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一、工业设备数字孪生系统的实施参考模型

基于工业设备数字孪生总体框架和实施要素,结合工业设备数字孪生系统的应用目标,本书制定了工业设备数字孪生系统的参考模型。工业设备数字孪生系统的参考模型分为两种模式,即在云-边协同模式和本地部署模式,分别如图所示。旨在根据用户的实际需求,满足不同用户的实施需要。

二、实施策略

数字孪生的实施是一个系统性工程,涉及不同实体、不同部门的协同和不同技术领域的融合。因此,需从实施准备、系统设计与实施、试运行、实施后评估、优化改进几个阶段进行统筹,以应用为导向,以系统框架的实施要素为重点考虑因素,以成熟度评估作为实施指导,确保数字孪生系统成功实施并带来预期价值。

1. 实施准备

工业设备数字孪生系统的实施涉及企业的技术发展战略层面。其不仅仅是技术模式的变革,也是新的管理理念的实施和应用。且构建需要多方协作,是一个复杂的系统工程。因此,面对工业设备数字孪生系统的实施,工业设备生产商、工业设备用户和数字孪生系统开发商需要统一做好准备。对于工业设备用户而言主要是明确实施数字孪生的需求,并以应用为导向评估评估实施数字孪生的基础。对于工业设备生产商和数字孪生系统开发商而言,主要是针对用户的应用需求,评估是否具备提供数字孪生系统实施所需的服务能力。具体如下:

1.1 工业设备生产商

(1)从用户需求出发,明确功能需求

(2)以应用目标为导向,进行实施准备

在技术能力上,工业设备制造厂家要从数字化设计的深度和广度、数字化集成和数字化交付三个方面进行准备。

在管理能力上,要综合考虑企业的组织架构、人员素质、管理制度和技术规范是否满足数字孪生实施的要求。

1.2 工业设备用户

(1)从价值实现出发,明确应用需求

(2)以应用目标为导向,进行实施准备

1.3 数字孪生系统开发商

在项目实施准备中,首先,数字孪生服务商要对数字孪生用户实施基础进行综合考察,并与客户充分沟通,与用户共同确认实施基础,并进行综合分析,确定数字孪生系统的最终可实现的功能,结合自身实施能力,综合考虑实施要求,确定最终实施目标。

2. 系统设计与实施

系统的设计与实施可根据第二部分所述总体框架和实施要素执行。具体如下。

(1)物理空间设计

(2)虚实交互层设计

(3)孪生数据构建

(4)机理模型的构建

(5)分析/仿真/决策算法库设计

(6)具体应用设计

3. 系统试运行

工业设备数字孪生系统搭建完成后,为帮助企业克服传统生产模式惯性,尽快度过生产模式转变的阵痛期,需进行试运行。面对工业设备的实际运行状态评估工业设备数字孪生系统的应用能力,对整个系统的完善进行可用性、安全性和可靠性测试,以对制度保障和人员保障在内的运行管理制度进行检验,及时发现问题对数字孪生系统的问题进行修正。试运行是工业设备数字孪生系统从构建阶段过渡到正式运行阶段必须经历的一个中间环节,是数字孪生技术与企业磨合的环节。

4. 后评估和优化改进

数字孪生系统实施后,可根据工业设备应用成熟度模型评估其成熟度,并对运行效果进行综合评价。通过评价找出其薄弱点,进行优化改进。




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