數(shù)字孿生如何加速制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型？
發(fā)布時(shí)間：2023-05-29 來(lái)源：控制工程網(wǎng)
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）徹底改變了生產(chǎn)制造過(guò)程。事實(shí)上，CAD和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）是近年來(lái)我們所看到的大多數(shù)商品制造領(lǐng)域具有革命性的兩種技術(shù)。好消息是CAD繼續(xù)發(fā)展，這意味著許多創(chuàng)新正在醞釀中，可以幫助簡(jiǎn)化過(guò)程。
計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的重要性怎么強(qiáng)調(diào)都不為過(guò)。事實(shí)上，由于計(jì)算機(jī)輔助工具被引入到過(guò)程中，即使是自古以來(lái)就有的鑄造等工藝，也正在進(jìn)行大規(guī)模的改進(jìn)。生產(chǎn)制造過(guò)程中最大的問(wèn)題發(fā)生在測(cè)試階段。有許多機(jī)器需要在測(cè)試之前進(jìn)行制造。然而，許多用戶想要做的測(cè)試會(huì)損壞或破壞機(jī)器。這使得在數(shù)字孿生等領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新至關(guān)重要。
CAD在現(xiàn)代制造過(guò)程中的重要性
CAD已經(jīng)使得制造過(guò)程的幾乎每個(gè)部分，都可以被精確的控制和仿真。現(xiàn)在可以查看活動(dòng)在真實(shí)的生產(chǎn)制造中會(huì)產(chǎn)生什么樣的結(jié)果。我們可以在CAD中，而不是在現(xiàn)實(shí)世界中銑削一塊金屬，然后就可以在CAD中查看并確認(rèn)銑削是否正確。在這一過(guò)程中，我們還有數(shù)字孿生，以確保事情按應(yīng)有的方式運(yùn)轉(zhuǎn)。
最重要的是，CAD軟件意味著，現(xiàn)在可以優(yōu)化制造車間的組織方式，以獲得最大的產(chǎn)量。設(shè)計(jì)只是CAD革命性變革的眾多領(lǐng)域之一。CAD提供了在計(jì)算機(jī)上測(cè)試這些解決方案的能力，從而加快了生產(chǎn)制造過(guò)程。這會(huì)節(jié)約數(shù)百萬(wàn)美元的成本。
3D打印和掃描技術(shù)
由于3D打印和掃描技術(shù)的創(chuàng)新，數(shù)字孿生正在得到改進(jìn)。這是推動(dòng)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的眾多創(chuàng)新中的兩項(xiàng)。3D打印，或被稱為增材制造，本質(zhì)上是使用激光逐層構(gòu)建零件。這項(xiàng)技術(shù)在生產(chǎn)快速原型零件方面具有革命性意義。
然而，在3D打印金屬零件方面已經(jīng)有了很多創(chuàng)新，這意味著我們可以實(shí)際看到這些零件。事實(shí)上，在航空航天行業(yè)，3D打印得到了廣泛的應(yīng)用。3D掃描則正相反。用戶取一個(gè)已經(jīng)完成的零件或機(jī)器來(lái)制作一個(gè)數(shù)字副本。對(duì)于不再生產(chǎn)的設(shè)備來(lái)說(shuō)，這是一項(xiàng)有用的技術(shù)。由于不再生產(chǎn)，您也就無(wú)法獲得任何零件，這時(shí)就可以創(chuàng)建零件來(lái)修復(fù)損壞的機(jī)器。它還可用于創(chuàng)建數(shù)字孿生，而無(wú)需使用通常在大多數(shù)CAD軟件中常見的參數(shù)化建模器。
數(shù)字孿生在制造業(yè)中的價(jià)值
3D掃描使數(shù)字孿生在幾乎所有制造場(chǎng)景中都變得逼真。您可以將數(shù)字孿生視為您所制作對(duì)象的虛擬副本。例如，它可以是噴氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字模型。就像真實(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，你可以啟動(dòng)它，仿真它的運(yùn)行。你可以看到空氣是如何流動(dòng)的，效率有多高。也可以使用有限元分析來(lái)了解使用周期如何導(dǎo)致其材料老化。
用戶還可以創(chuàng)建一個(gè)貫穿每臺(tái)機(jī)器生命周期的可視化數(shù)字孿生。每一次更新和迭代，都可以有自己的數(shù)字孿生。你可以用它來(lái)確認(rèn)某些事情是如何影響機(jī)器的實(shí)際使用的。現(xiàn)在，CAD軟件集成了這些功能，未來(lái)還將集成更多先進(jìn)的功能。
數(shù)字孿生的最大問(wèn)題之一是需要將它們與現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系起來(lái)。數(shù)字孿生是無(wú)用的，除非它與現(xiàn)實(shí)世界中的工作方式相關(guān)聯(lián)。這就是為什么公司必須檢查模型并對(duì)其進(jìn)行微調(diào)，使其以與現(xiàn)實(shí)相同的方式運(yùn)行。這也意味著測(cè)試和調(diào)整各種模擬算法。無(wú)論哪種方式，先關(guān)聯(lián)您的數(shù)字孿生，這樣才能信任在這些模型上運(yùn)行某些仿真所獲得的結(jié)果。
需要更精確的建模和仿真
未來(lái)，CAD軟件將利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)來(lái)改善數(shù)字孿生。這些工具和技術(shù)已被許多公司證明有用。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)不需要在計(jì)算機(jī)上使用新的模型，而是將其投射到現(xiàn)實(shí)世界中。然后，您可以使用各種手勢(shì)控件操縱3D模型。隨著技術(shù)的進(jìn)步，我們將看到更多的企業(yè)在產(chǎn)品進(jìn)入制造階段之前，使用這種方法來(lái)設(shè)計(jì)和測(cè)試產(chǎn)品。
CAD軟件的問(wèn)題在于，在實(shí)際構(gòu)建和測(cè)試之前，用戶永遠(yuǎn)不知道某個(gè)東西在現(xiàn)實(shí)世界中是如何工作的。當(dāng)依賴精確的模型時(shí)，這變得更加重要。一個(gè)不完全準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，在制造時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。企業(yè)將投資于更精確的建模解決方案，以使數(shù)字孿生模型更有用，并與當(dāng)前的制造模式更相關(guān)。
制造業(yè)正在經(jīng)歷快速的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。未來(lái)，更精確的建模和仿真工具將推動(dòng)更廣泛的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。將有許多更精確的數(shù)字孿生，使制造企業(yè)能夠比他們想象的更快地進(jìn)行測(cè)試、設(shè)計(jì)和迭代。（作者：Anna Liza Montenegro）