数字孪生体：按时按预算打造更智能的产品

事实上，在调试过程中发现的设计问题通常被视为经营成本，因为新设计对于许多企业的成功至关重要。

然而，在机器设计行业，一些公司正在将更多资源投入到前期设计中，从而大幅减少他们在后期开发阶段遇到的问题数量。

这种技术在航空航天和汽车领域经过了时间的考验， 对多种设计策略的回顾表明，即使前期投入增加5～10%，也能将成本超支减少50～100%。

新增投资的去向在哪里？机器设计行业中越来越受欢迎的一项关键技术是数字孪生——一种基于模型的物理系统虚拟表示。

数字孪生可以帮助考虑整个系统的动态，在一个统一的建模环境中，帮助提供有关组件之间相互作用的具体信息。

有了这些信息，工程师就有了新的工具来发现设计问题，尤其是当他们的产品涉及新的、未经测试的设计时。

在概念阶段开发新产品时，数字孪生可以在赋予工程师新的设计处理能力方面发挥巨大作用。

为确保调试过程顺利进行，可以使用数字孪生体模型（右）测试PLC代码（左），这是一种通过通用自动化软件实现的新流程。

由于数字孪生体是系统级模型，能够快速提供仿真结果，工程师可以轻松测试“假设”场景，并通过简单更改设计参数并在几分钟内查看结果来探索权衡。

例如，如果工程师正在为一台新的快速回程机器确定电机规格，他们的数字孪生体可以全面展示电机所承受的动态负载，从而降低交付后组件故障的风险。

除了更安全、更高效的概念开发阶段外，工程师还可以通过使用数字孪生体技术实现多种益处：

• 虚拟调试： 在首次构建之前很久，工程师就可以预测执行器在其占空比期间将面临的稳态和瞬态负载。为确保性能达标，他们可以使用常见自动化软件针对数字孪生体测试其PLC硬件，或在将PLC代码下载到硬件前直接进行测试，从而在整个系统中实现精确调优的控制。
• 在线诊断： 将数字孪生体与真实机器并行运行，可以为工程师提供宝贵洞察，帮助发现随着机器老化，其响应与模型偏离时可能出现问题的位置。

• 虚拟传感器：由于数字孪生体的动态响应基于严格的物理定律构建，因此某些内部计算属性可能足以用作控制系统的输入，无论是暂时替换故障传感器，直到其修复，还是完全消除该传感器的使用。
• 预测性维护：通过数字孪生体，工程师可以评估由占空比变化引起的动态负载对轴承、齿轮和电机的影响。将数字孪生体置于建议的占空比下，可以帮助确定这些组件的负载以及对组件寿命的影响。
• 销售工具：在工程部部门之外，数字孪生体可以在销售过程中用于验证客户规格，并提供针对每个客户的准确专业信息。这些信息可以帮助验证机器在不同有效负载或操作条件下的性能和运行，无需工程师进行全面咨询。

与任何面临激烈竞争的行业一样，机器设计领域也在不断提升其制造先进机器的能力，以确保机器的可靠运行。

随着新产品不断突破当前工程实践的极限，需要新的工具来帮助工程师在直觉和现有技能受到挑战时应对自如。

数字孪生体是这些新工具之一，随着它们的不断采用，我们可以期待看到推动自动化行业可能性极限的新产品。