数字孪生是基于模型的体系工程.pdf
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1、 Pera Corporation Ltd.All rights reserved.数字孪生是基于模型的体系工程安世亚太科技股份有限公司 Pera Corporation Ltd.All rights reserved.2安世亚太协助企业数字化转型,赋能数字经济发展工业软件支撑正向设计的数字化研发基于正向设计的数字化制造孪生工业孪生城市孪生战场正向设计高端装备新工业品面向服务经济的数字化赋能仿真生态知识生态增材生态打造虚实共智的数字化业态数字孪生工业仿真设计创新精益研发 Pera Corporation Ltd.All rights reserved.3安世亚太深耕仿真技术26年MBSE需求确
2、认功能分析功能计算需求开发功能分解系统设计物理设计工艺/试制部件验证系统集成系统验证系统确认物理仿真多场仿真多体仿真半实物仿真虚拟现实涉众需求系统验收指标验算指标分析系统仿真功能仿真系统模拟性能仿真仿真技术工艺仿真虚拟制造 Pera Corporation Ltd.All rights reserved.4安世亚太积极推动数字孪生发展发起成立全球首个数字孪生体联盟创建国内首个数字孪生体实验室发布国内首部数字孪生体白皮书互动实时互传信息数据基于明确机理的计算基于不明确机理的推测多孪生体共享智慧数字孪生体成熟度模型数化先知先觉共智物理世界的数字化建模 Pera Corporation Ltd.Al
3、l rights reserved.5积极参与国际和国家标准化工作在各标准化组织中的角色/专业领域工业数据数字孪生智能制造系统工程工业软件增材制造委员ISO工业自动化系统与集成标委会工业数据分委会ISO/TC184/SC4标准审核标准制定标准审核标准审核标准审核委员全国工业自动化系统与集成标委会工业数据分委会SAC/TC184/SC4标准修定标准修定委员全国标委会数字孪生联合工作组(筹)SAC/TC184-TC171/SWG DT(筹)标准制定标准制定参与ISO/IEC信息技术联合技术委员会软件与系统工程分委会ISO/IEC JTC1/SC7标准审核委员全国信标委软件与系统工程分委会SAC/T
4、C28/SC7标准修定参与ISO/IEC信息技术联合技术委员会数字孪生咨询组ISO/IEC JTC 1/AG 11模板评审案例制作委员IEEE智能制造标准委员会IEEE 案例制作案例制作观察员IEEE数字孪生标准工作组IEEE/C/SAB/DR_WG标准制定会员国际系统工程协会标准开发部INCOSE SDD标准审核标准审核参与ISO/ASTM增材制造联合工作组ISO/TC261-ASTM F42专题研讨专题研讨委员全国信标委工业互联网APP标准工作组标准制定召集人全国两化融合标委会制造业数字化仿真管理标准工作组TC573/WG175项标准制定 Pera Corporation Ltd.All
5、rights reserved.6数字孪生发展成熟度:基础与方向数化互动先知先觉共智安世亚太数字孪生成熟度模型基于基于IOTIOT底座与底座与工业互联网平台工业互联网平台建立生态建立生态安世亚太安世亚太定位定位和和聚焦重点聚焦重点 Pera Corporation Ltd.All rights reserved.7数字孪生是体系级SoS的虚实映射根据物理设备的数据信息,能够在虚拟空间搭建一个定性分析的虚拟实体和子系统,这类关联并不是单向和静态的,而是关联整个产品生命周期。数字孪生模型由三部分构成:1)物理空间和实体产品2)虚拟空间和虚拟产品3)虚、实之间的数据实时采集传输和模型动态融合互动 数
6、字孪生是综合运用智能感知、计算、数据建模等信息技术,通过软件定义,对物理空间进行描述、诊断、预测和决策,进而实现物理空间与虚拟空间的交互映射,具体体现为,数据是基础、模型是核心、软件实现是载体;数字孪生是体系级思维的体现,实体产品在物理空间中产生互相作用,虚拟产品在虚拟空间中表现为模型的动态融合和互动。数字孪生技术最早在1969年被NASA应用于阿波罗计划中,用于构建航天飞行器的孪生体,反映航天器在轨工作状态,辅助紧急事件的处置。密歇根大学教授Dr.MichaelGrieves Pera Corporation Ltd.All rights reserved.8数字孪生体是什么?物理对象孪生体
7、对象实体功能行为模式关联组成材料结构动力传动转向工艺能耗质量子部件协作对象协作方式设计生产使用运行维护对象业务演化(t)售后服务基础:对象在业务活动中演化的数字化表达T+2T+1T+4T+3扩展:基于业务需要的深层次知识获取与表达用途:自动或人工干预物理对象,更好满足业务目标静态构成行为状态数字孪生体实体快照知识表达精确性扩展数据模型系统仿真传感与数采机理仿真 Pera Corporation Ltd.All rights reserved.9体系工程SoSE方法来源于美国联合作战系统开发的实践经验总结产生背景规范指导典型应用装备的研制过程通常使用系统工程方法来组织和管理,美国国防部在组织联合
8、作战装备研制过程中发现,传统的系统工程方法遭遇到了管理瓶颈,需要用一种新的概念来描述联合作战系统,这就是体系(System of Systems,SoS),而体系研制的工程过程也应该有相应的体系工程方法与之对应。美国国防部在一些学者研究成果的基础上,结合多个联合作战系统开发的实践经验,于2004年推出了体系的系统工程指南(SystemsEngineering Guide for Systemsof Systems),简称为体系工程指南(SoSE),并确定作为美军联合作战体系开发的工程指导。该指南提出了在传统系统工程之外的7个核心要素过程。陆军作战指挥系统、空军作战重心(AOC)武器系统、弹道导
9、弹防御系统(BMDS)、空军分布式通用地面系统(DCGS)、国防部情报信息系统(DoDIIS)、未来作战系 统(FCS)、军 事 卫 星 通 信(MILSATCOM)、海军一体化火控-防空(NIFC-CA)系统、太空雷达系统(SR IPO)、战区联合战术网络。Pera Corporation Ltd.All rights reserved.10体系工程SoSE是系统工程SE的更深层次应用体系工程以解决体系的构建与演化问题为目标,其研究对象是体系(超复杂系统),区别于系统工程所针对的简单系统对象,在过程原理上两者间存在本质的差异。体系工程过程存在需求分析循环、设计分析循环与设计验证循环,除此之外
10、,还存在对体系环境与边界的分析。体系环境与边界分析同需求分析循环、设计分析循环和设计验证循环并行进行,体系工程4个方面的过程分析通过体系分析与控制活动进行平衡,通过平衡找到体系设计的合适的方案体系工程源于系统工程,但高于系统工程,是解决系统工程解决不了的体系问题。Pera Corporation Ltd.All rights reserved.11数字孪生业务架构:基于模型的体系工程MBSoSE Pera Corporation Ltd.All rights reserved.12数字孪生体的构建是一个体系的工程组件系统体系物理实体数字孪生体业务目标振动数据电流数据温度数据运行数据.PLC数据
11、SCADA数据故障数据运维数据.ERP数据MES数据SCM数据PLM数据.组件几何模型组件机理模型组件故障诊断模型组件故障预测模型系统能耗分析模型系统故障分析模型系统效能优化模型组件关联分析模型体系运营分析模型体系运营优化模型体系安全分析模型体系盈利分析模型从数据到模型从模型到价值集团、公司层级降低运营成本提升经济效益增加产品服务价值减少备品备件库存综合建模体系建模、数据建模、仿真建模、机理建模、几何建模业务价值映射集团层(公司)级、产线(系统)层级、设备(组件)层级产线、系统层级降低综合能耗提升综合OEE系统故障根因快速追溯降低系统运维时间设备、组件层级设备全寿命周期管理提升故障诊断准确度提
12、升故障预准确提升运维效率 Pera Corporation Ltd.All rights reserved.13混合建模的方式才能实现数字孪生体的业务目标物理实体业务功能故障模式操作流程特征数据运维规程数字孪生体机理模型几何模型物理模型仿真模型行为模型交互模型数字孪生体的构建结合业务功能、故障模式、运维规程、特征数据、操作流程等多个方面的数据;数字孪生体包含机理模型、几何模型、物理模型、仿真模型、行为模型、交互模型等模型;数字孪生体是物理实体的虚拟映射,不仅能够实时反映其真实各种状态,而且能够有效预测其未来趋势,同时,数字孪生体也能生成反馈控制信号,对真实物理实体进行实时控制。数字孪生体模型构
13、建实时监测及时控制预测性维修优化运维排程 Pera Corporation Ltd.All rights reserved.14数字孪生产品整体架构CAD数据CAE数据传感器数据数据源CRM数据ERP数据MES数据SCM数据电流电压数据汇聚平台数据聚工具平台边缘智能设备大数据平台大数据组件数据管理组件数据处理组件可视化组件运维组件综合建模平台模型生产管理框架实体模型行为模型交互模型系统模型产线模型设备模型数据探索特征提取数据降维数理统计智能算法模型测试模型评估模型部署模型管理模型运行支撑平台模型运行管理调度框架仿真推演集中调度分布式调度离散事件时序事件评估分析模型运行资源管理模型运行配置管理知
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