Тема моей учебной практики звучит так Цифровой двойник изделия. Способы контроля в процессе производства
жүктеу/скачать 20,11 Kb.
|
|
Слайд 1 Тема моей учебной практики звучит так Цифровой двойник изделия. Способы контроля в процессе производства. Слайд 2 Современная промышленность цифровизируется сверхскоростными темпами. Трендом последнего времени в развитии информационных технологий управления производством становится создание цифровых двойников. В данном отчете делается попытка дать определение цифровому двойнику изделия, систематизировать его основную функциональность, определить основные методы управления цифровыми двойниками в процессе производства и выявить основные преимущества от его использования. Слайд 3 Основные положения концепции цифрового двойника были сформированы и публично представлены в начале 2000-х гг., но в то время технология не получила широкого распространения в силу своей сложности и высокой стоимости. Все радикально изменилось в 2010хх годах, благодаря стремительному развитию компьютерного инжиниринга цифровые двойники стали претендовать на ключевую роль в 4 промышленной революции. Одним из авторов концепции является майкл гривс Слайд 4 В докладе на одном из мероприятии, предложенная концепция изделия предполагала преодоление разрыва между процессами эксплуатации, производства и разработки при помощи цифрового образа объекта [1]. Слайд 5 В основе концепции – предпосылка, что для каждой системы можно создать представление в виде двух систем – физической и виртуальной, включающей всю информацию о физической системе. При этом происходит постоянное «зеркальное отображение»: виртуальная система «отображает» реальную, и наоборот. Слайд 6 Майкл Гривс сформировал развёрнутое определение цифрового двойника как набора виртуальных информационных конструкций, которые полностью описывают потенциальный или фактический реальный произведенный продукт от микроскопического уровня до геометрического макроскопического уровня. Описание, предоставленное цифровым двойником, должно быть «практически неотличимо от своего физического аналога» Слайд 7 В этой концепции цифровые двойники были разделены на следующие типы: 1. Прототип цифрового двойника (Digital Twin Prototype, далее – DTP). Cодержит, как правило, подробную высокоточную модель, но при этом не включает в себя результатов измерений и отчетов, поступающих от конкретного реального объекта. DTP содержит следующую информацию: требования к продукту, 3D-модель, спецификацию материалов, спецификацию процессов, спецификацию процедур, спецификацию списания и утилизации. 2. Экземпляр цифрового двойника (Digital Twin Instance, далее – DTI). Описывает конкретный реальный объект, с которым DTI остается связанным на протяжении всего жизненного цикла. Содержит информацию о настройках модели, управляющих параметрах, данные с датчиков и исторические сведения для конкретного изделия, устройства или процесса. С помощью такого экземпляра можно, например, спрогнозировать состояние соответствующего ему реального объекта. Содержит следующие информационные блоки: 3Dмодель, включающую систему допустимых отклонений, характеризующую геометрию физического объекта и всех его компонентов; спецификацию материалов; спецификацию процессов, включая описание всех манипуляций, произведенных над объектом в процессе изготовления, включая различные контрольно-измерительные процедуры и тесты; описание операций, произведенных в дальнейшем; сведения о замене компонентов, а также данные, полученные в процессе эксплуатации при помощи сенсоров; прогноз состояния системы в будущем. В отличие от DTP, DTI изделия подвергается изменениям в соответствии с изменениями реального объекта при его эксплуатации. Отдельно выделяется Совокупность цифровых двойников (Digital Twin Aggregate) – это система, объединяющая все DTI, у которых может не быть независимой уникальной структуры данных. Вместо этого экземпляры цифрового двойника (DTI) могут запрашивать и обмениваться данными друг с другом. Слайд 8 Сименс определяет цифровой двойник как точную виртуальную модель продукта или производственной единицы, которая отражает все изменения в течение жизненного цикла. Цифровой двойник используется для прогнозирования поведения, оптимизации режимов функционирования, а также применения информации и внедрения ноу-хау, полученных в ходе проектирования и производства продукции. В Siemens отмечают, что цифровой двойник продукта создается уже на стадии определения и проектирования планируемого продукта. Это позволяет инженерам моделировать и проверять свойства продукта в зависимости от соответствующих требований. Слайд 9 Двойники можно создавать разными способами: графическая 3D-модель; модель на базе интернета вещей; интегрированные математические модели — такие как CAE-системы (Computer-aided engineering, решения для инженерного анализа, расчетов и симуляций) для инженерных расчетов; различные технологии визуализации — включая голограммы, AR и VR. Слайд 10 Исследование объекта Этот этап актуален только в том случае, если у цифрового двойника есть реальный прототип — например, работающее предприятие или готовое изделие. Тогда разработчики составляют детальную карту прототипа, воспроизводят все процессы и характеристики. При этом важно изучить объект в разных условиях. Моделирование цифровой копии объекта Этот этап может быть первым, если реального прототипа еще нет и создание цифрового двойника ему предшествует. Например, в строительстве или дизайне, когда вначале создается цифровая 3D-модель, а уже потом — оригинал здания или другого объекта. Для построения комплексной модели используются математические методы вычисления и анализа: Метод конечных элементов (FEA — Finite Element Analysis), позволяющий рассчитать эксплуатационную нагрузку. Его применяют, допустим, для расчета механики деформируемого твердого тела, теплообмена, гидродинамики и электродинамики. FMEA-модели (Failure Mode and Effects Analysis, анализ видов и последствий отказов) необходимы для анализа надежности систем и выявления наиболее критических шагов производственных процессов. CAD-модели (computer-aided design/drafting, средства автоматизированного проектирования) используются, чтобы рассчитать внешние характеристики и структуру объектов, материалов и процессов.[6] Воплощение модели Затем рассчитанную ранее архитектуру цифрового двойника переносят на специальные платформы — такие как Siemens или Dassault Systemes. Они объединяют математические модели, данные и интерфейс для управления цифровым двойником, превращая его в динамическую систему. Этот этап можно сравнить с трансформацией программного кода в программу или приложение с визуальным интерфейсом, который понятен любому пользователю. Тестирование основных процессов работы на цифровом двойнике Главная цель этого этапа — спрогнозировать, как будет вести себя объект или система в обычном режиме и при внештатных ситуациях, чтобы избежать поломок и перегрузки после запуска. Для этого к процессу подключают технических аналитиков, которые собирают большой массив данных в ходе испытаний, чтобы просчитать алгоритмы для любых возможных условий и ситуаций. Запуск и наладка Если предыдущий этап провели корректно, в процессе работы реального прототипа можно избежать до 90% сбоев и поломок. Однако часть ситуаций все же не удается спрогнозировать, и тогда их отслеживают уже на этапе запуска и наладки цифрового двойника. Корректировка и развитие оригинального объекта или системы Далее инженеры продолжают работать с цифровым двойником как с реальным физическим объектом до тех пор, пока не будут отлажены все системы и процессы. По результатам этой работы в оригинальный объект вносят изменения, чтобы добиться его максимальной эффективности. Слайд 11 Цифровой двойник изделия включает в себя всё его описание: 3D-модели, создаваемые инструментами CAD, модели систем, используемые решениями для системного проектирования сложных изделий, спецификации материалов (BOM), 1D-, 2D- и 3D-модели для расчетов и анализа с помощью CAE-систем, встроенное программное обеспечение, разрабатываемое и тестируемое с помощью средств ALM, электронная часть проекта. Результатом использования этих элементов становится комплексная компьютеризированная модель, которая обеспечивает почти 100% виртуальную валидацию и тестирование проектируемого изделия. Все эти элементы нужны для разработки, улучшения качества изделия и обеспечения возможности быстрого внесения изменений в ответ на пожелания клиентов. Слайд 12 Управление самими двойниками и их взаимосвязями процессе производства можно контролировать, используя программную утилиту Azure Digital Twins. Данная программа позволяет строить связи между цифровыми двойниками в нашей среде, формируя для этого граф двойников. Как работает: мы создаем модель изделия и загружаем ее в программу. модель описывает набор свойств, сообщений телеметрии и отношений, которые может иметь конкретный двойник. После создания и отправки модели приложение создает цифровой двойник. Например, после создания модели этажа (редуктора) можно создать один или несколько цифровых двойников, которые будут использовать относится к типу болтов разного диаметра и т. д. Двойники объединяются в граф с помощью отношений. Отношения, которыми может обладать двойник, определяются в соответствующей модели. Например, модель болта может определить связь, предназначенную для двойников типа гайка. С помощью этого определения Azure Digital Twins позволяет создавать связи от любого двойника болта к любому двойнику гайки. Слайд 13 В результате мы получаем набор узлов (цифровых двойников), соединенных через ребра (отношения) на графе. жүктеу/скачать 20,11 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|