公司新闻
  典道互联为工业企业提供包含创新研发、卓越制造、敏捷服务、智慧管控的数字化转型解决方案、领先的软件产品及专业的技术支持!
数字孪生最佳实践-三一重装宽体车悬挂系统数字孪生项目
作者:市场部    发布日期:2021-12-25 16:27:47

        近日,三一重装“宽体车悬挂系统数字孪生项目”在沈阳三一重型装备有限公司顺利通过验收。数字化转型是三一集团企业发展的核心战略,而数字孪生是实现数字化转的重要手段之一。典道互联紧密围绕三一重装“宽体车悬挂系统数字孪生项目”核心需求,基于ThingWorx平台实现了宽体车悬挂系统的数物融合。

        项目实施过程中,典道互联凭借自身扎实的数字孪生实施经验及业界一流的平台整合与开发能力,为三一重装本期数字孪生项目的成功建设提供了专业的技术保障,团队的服务态度和敬业精神也受到了三一重装客户的一致赞誉。

 

 

        三一重型装备有限公司(以下简称“三一重装”)创建于2004年,是一家从事研发、生产、销售大型煤炭机械综合成套设备制造企业,致力于用高新技术改造落后、传统的煤炭机械,并促使其迅速升级换代至世界一流水准。借助集团的支持,三一重装将其它领域机、电、液先进的技术借鉴到煤炭机械,成为行业技术的引领者,产品有综掘、综采、矿用车辆、电机等。三一重装的研发团队,集中了行业内众多优秀的工程师,是业内颇具规模的研究机构。企业以“安全、高效、可靠、人性化”为核心设计理念,以赶超标杆企业为设计目标,不断地在颠覆行业标准。公司已经申请国家专利近百项,一系列新技术和新专利的诞生,带动着企业,不断迈向全新的高度。三一重装紧紧抓住数字化发展机遇,向智能制造转型,通过数字孪生、大数据、人工智能的综合运用,推动装备制造业的智能制造升级,同时通过精益生产及高端制造体系来保证产品的制造质量。

 

数字孪生及其价值

 

        数字孪生定义:数字孪生是综合运用感知、计算、建模等信息技术,通过软件定义,对物理对象进行描述、诊断、测。建立数字样机与物理实体之间高品质的映射关系,数字样机的开发需具备与实体对象一样的产品特性,按照产品特性共分为三个属性:几何、功能、性能。

图 数字孪生-现实世界和数字世界的对接
        多维度理解数字孪生:

        (1)模型维度  数字孪生是三维模型、是物理实体的虚拟样机,从模型需求与功能的角度分析,理想的数字孪生模型涉及几何模型、物理模型、行为模型、规则模型等多维多时空多尺度模型,且期望数字孪生模型具有高保真、高可靠、高精度的特征,进而能真实刻画物理世界。此外,有别于传统模型,数字孪生模型还强调虚实之间的交互,能实时更新与动态演化,从而实现对物理世界的动态真实映射。

        (2)数据维度 Grieves教授曾在美国密歇根大学产品全生命周期管理(PLM)课程中提出了与数字孪生相关的概念,因而有一种观点认为数字孪生侧重在产品全生命周期数据管理、数据分析与挖掘、数据集成与融合等方面的价值。数据是数字孪生的核心驱动力,数字孪生数据不仅包括贯穿产品全生命周期的全要素/全流程/全业务的相关数据,还强调数据的融合,如信息物理虚实融合、多源异构融合等。此外,数字孪生在数据维度还具备实时动态更新、实时交互、及时响应等特征。

        (3)连接维度 数字孪生是物联网平台或工业互联网平台,侧重从物理世界到虚拟世界的感知接入、可靠传输、智能服务。从满足信息物理全面连接映射与实时交互的角度和需求出发,理想的数字孪生不仅要支持跨接口、跨协议、跨平台的互联互通,还强调数字孪生不同维度(物理实体、虚拟实体、孪生数据、服务/应用)间的双向连接、双向交互、双向驱动,且强调实时性,从而形成信息物理闭环系统。

        (4)服务维度 目前数字孪生已在不同行业、不同领域得到应用,基于模型和数据双驱动,数字孪生不仅在仿真、虚拟验证和可视化等方面体现其应用价值,还可针对不同的对象和需求,在产品设计、运行监测、能耗优化、智能管控、故障预测与诊断、设备健康管理、循环与再利用等方面提供相应的功能与服务。由此可见,数字孪生的服务/功能呈现多元化。综上所述,模型、数据、连接、服务是数字孪生的核心要素。不同阶段(如产品的不同阶段)的数字孪生呈现出不同的特点,对数字孪生的认识与实践离不开具体对象、具体应用与具体需求。数字孪生的典型特征包含:数据驱动、模型支撑、软件定义、物理映射、智能决策。


图 数字孪生的典型特征

        实现制造信息世界和物理世界的互联互通与集成共融,是迈向智能制造的瓶颈之一,数字孪生是实现信息物理融合的有效手段。一方面,数字孪生能够支持制造的物理世界与信息世界之间的虚实映射与双向交互,从而形成“数据感知-实时分析-智能决策-精准执行”实时智能闭环。另一方面,数字孪生能够将运行状态、环境变化、突发扰动等物理实况数据与仿真预测、统计分析、领域知识等信息空间数据进行全面交互与深度融合,从而增强制造的物理世界与信息世界的同步性与一致性。所以,智能制造是当前世界各国制造业的共同发展趋势,数字孪生是智能制造使能技术之一。

 

三一重装“宽体车悬挂系统数字孪生项目”介绍  

 

        1.项目需求 三一重装矿用宽体自卸车悬缸油气比由于属于事先调定,不能适应所有工况,在某些情况下会出现“拔缸、镦底、颠簸大”等现象,需要根据工况重新调定悬挂缸油气比,但维护人员和用户很难根据实际工况做出快速有效的调整,需要通过数字模拟技术,向平台输入适应的路况信息,平台启动数字样机进行仿真分析,通过仿真分析结果,平台出具最佳油气比报告,并以形象化的方式向客户或服务人员进行展示。

        2.解决方案 针对SKT100宽体车油气悬挂系统进行数字样机开发,使数字样机在“几何、功能、性能”上具备与实体项目一样的产品特性,并建立与物理样机在运行工况、环境、功能、运动状态等方面高品质、高保真、高精度的映射关系。

图 数字化映射:几何、功能、性能

        构建宽体车数字孪生系统,包含测试系统、物联平台、仿真系统三个模块。通过物理样机设置的传感器与数据采集仪,将采集数据远程传输至平台,平台对数据进行管理、存储、分析与后处理,按照一定规则建立数据库,并依据采集数据展示物理样机的运动状态。

图 传感器设备连接

        平台将采集数据传输至仿真软件,用于驱动仿真模型,通过软件间的集成,平台可设置仿真模型参数,直接调取和显示仿真曲线。仿真系统可实现对车架悬挂系统的动力学仿真,可实现对油气缸、蓄能器所组成的液压系统的仿真。实现了悬挂系统仿真分析快速迭代与优化,道路载荷谱数据库搭建。

图 宽体车悬挂系统数字孪生平台
 
图 数字孪生解决方案
 

        3 项目价值 项目实现了宽体车悬挂系统关键参数的采集、监控、管理、维护及优化,实现了权限管理、关键参数及相关状态监测、工况场景参数优化模板库、隔振率最优解、适应路况的最佳油气填充方案。

图 项目价值

        通过数字孪生数字化环境、工况、设备状态等,通过软件定义和数据驱动,在数字空间中,创建一个与物理悬挂实体在形态、行为和性能上都极为相似的虚拟样机,让物理孪生体和数字孪生体具有多元映射关系,进而能够根据环境与工况的变化输出物理实体的工作状态,从而可实现对悬挂系统的运行状态分析与评估、根据工况推荐悬挂最优解、提升现场服务;快速指导新品研发和技术复制、减少现场物理实验;各维度数据库的不断积累和沉淀,持续优化模型保真度和仿真准确度。

 

数字孪生的应用展望

 

        从各国的先进制造业国家发展战略演变,再到中国制造2025的融合演进的制造强国发展战略,智能制造是当前世界制造业的共同发展趋势,数物融合是实现智能制造的重要手段和必然趋势。三一集团作为国内机械制造的领军企业,未来规划利用先进的工业物联网ThingWorx平台,进行更多的业务扩展。

        通过对设备数据的采集,存储分析与传递,实现数据实时的采集,展示与分析,实现物理数据与数字样机的连接,从而改善和优化产品设计,提升产品质量。通过数据采集和数字仿真分析,查看和比对仿真分析结果,反馈设备的运行过程数据,并以较为直观的方式向设计人员进行展示。以此为基础推动设计优化,基于数字孪生系统收集过程数据、优化产品设计、推动三一重工后续的工艺、制造、检验、服务等各个环节的数字化水平的提升。

  图 ThingWorx物联网平台总体架构

        北京典道互联科技有限公司成立于2008年,是专业致力于离散制造业产品全生命周期管理PLM解决方案、新兴的基于物联网及大数据技术的智能制造解决方案供应商。典道互联凭借在制造业产品全生命周期管理领域20余年的咨询规划、产品研发以及实施服务经验,结合工业互联网和大数据分析技术,通过构建高效的CPS数物结合的产品全生命周期管理价值链,为工业企业提供包含创新研发、卓越制造、敏捷服务、智慧管控的数字化转型解决方案,促进工业企业的动能转换和提质增效。
        典道互联是美国PTC公司铂金级代理商和服务优选合作伙伴,具备国防武器装备科研生产保密资格、高新技术企业认证及ISO90001质量体系认证。公司客户广泛分布于航空、航天、兵器、船舶、轨道交通、汽车、工程机械及装备制造等领域。