【数字孪生系列】之一:GE对数字孪生的定义

本文先从GE对数字孪生的定义开始讲起。因为GE是最早开始宣传数字孪生概念的企业。
作者:与子同袍
首发:物联网前沿技术观察

数字孪生是物联网和工业4.0的重要技术之一。

许多公司在介绍自己的工业互联网或工业4.0的产品或解决方案时,都会用到数字孪生这个时髦的概念。

数字孪生,这四个字究竟指的是什么,很多人实际上并不是很明白。

从今天开始,我们开始研究数字孪生。

本文先从GE对数字孪生的定义开始讲起。因为GE是最早开始宣传数字孪生概念的企业。

一、什么是数字孪生

根据GE的定义,数字孪生是资产和流程的软件形式的代表,可用于理解、预测和优化性能,其目的是提高资产和流程的性能。

GE认为,数字孪生由三个数字化的部分组成:

  • 数据模型: 数据模型是描述数字孪生的结构和特征的系统、资产和组件的层次结构。
  • 分析或算法:分析或算法是根据物理模型和人工智能/机器学习模型,预测、描述和规定当前和未来资产或流程的行为。
  • 知识:知识是提供分析、主题专业知识、历史数据和行业最佳实践的数据源。

根据数字孪生的定义,数字孪生是资产和流程的软件形式的代表。那么,数字孪生就是数字化的,它的三个组成部分数据模型、分析或算法、知识,都是数字化的。

从动态的角度来看,数字孪生就是把知识(资产和流程的数据)喂到层次化的数据模型里面,然后用资产或流程的物理模型或人工智能/机器学习模型,对当前或未来的资产或流程的行为进行预测、描述。

这里面有几个重要关键字:层次结构、物理模型、人工智能模型、机器学习模型、数据源。

请大家先记住这几个关键字,后续我们将结合案例深入讲解。

二、如何才能实现数字孪生

数字孪生使用历史上下文和性能数据来理解过去,使用直接和间接数据来查看当前情况,并应用机器学习和知识来预测未来。

数字孪生的层次结构通常分为四层:组件、资产、系统和流程。

  • 组件孪生(component twin):这是单个资产的某个组成部分的数字孪生,例如刀片、灯泡、旋转设备上的一个轴承。组件孪生通常是对其所属资产的性能有重大影响的主要子组件。
  • 资产孪生(asset twin):这是整个资产的数字孪生。资产孪生是组件孪生的集合。例如汽轮机、发动机。资产孪生在设备级别提供可见性。
  • 系统或单元孪生(system/unit twin):系统或单元孪生是一组执行系统或网络范围功能的资产的集合。例如飞机、联合循环电厂、石油和天然气精炼厂或工厂中的生产线。系统孪生提供了对一组相互依赖的设备的可见性。
  • 流程孪生(process twin):流程孪生通常是提供一组活动或操作(如制造流程)的视图的最高级别的数字孪生。流程孪生可以由一组资产或系统孪生组成。它更关注流程本身,而不是设备。例如生产流程。

通过了解当前上下文和预测数字孪生的未来状态,就可以有效地监视、模拟和控制资产或流程,并优化资产的生命周期。

三、数字孪生的好处

  1. 提高可靠性和可用性
  2. 降低风险
  3. 降低维护成本
  4. 提高产量
  5. 提高生产速度

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