通用电气(GE)正在使用一种建模平台,能在2017年底为其所有制造的产品建立其“数字双胞胎”,无论是喷射机引擎、风力发电机涡轮或是火车头;这些实体设备会被透过一系列模型数字化复制,并在虚拟环境中运作。

GE Global Research服务技术部门主管Rusty Irving表示,对于GE这样的制造商来说,为实体产品打造数字双胞胎能带来很多好处,例如能直接以绘图板来创作新一代产品,并以现实世界中的目前型号产品传感器数据进行仿真,在实际生产前将产品调整到最佳状态。

举例来说,喷射机的引擎配备了20颗以上的传感器用以收集信息,而且每一秒都会撷取读数,这些大量的运作数据就能用以进行数字版本引擎的仿真;透过研究仿真结果,GE的工程师能追踪引擎的运作情况,以及规划其维修保养时间表。

喷射机引擎通常都有一个维修时间表,但通常在是在没有取得大量目前运作状态信息的情况下进行。Irving表示,透过将运作数据馈入数字双胞胎的虚拟现实运作,GE能订定一个能根据实际情况而非只是定期的维修时间表,提醒维修工程师如何让实体设备更充分发挥功能。

他进一步举例指出,在喷射机引擎中有昂贵、且扮演关键角色的耐高温合金涡轮叶片,是制造推力的主要零件;而如果它们产生的数据显示这些叶片应该要更换了,在例行维修中就能确保此步骤不会被遗漏。这种方法能让例行维修以回馈数据为导向、更贴近实际需求。 20160722 GE NT03P1 GE打造了一个多种工具的平台,能让涡轮或其他实体设备的各部分以数字化呈现,然后将所有数字零组件模型组合成实体产品的完整数字双胞胎;这种建模过程以CAD绘图以及产品设计蓝图为出发点,其结果是建立一个包含实体设备运作情况的完整画面。

飞机制造商会想知道,如果喷射机航行到一个特别干燥或是时常尘土飞扬的区域会发生什么状况;如北非、中东以及中国的沙尘暴地带。还有火山喷发的火山灰也会损坏喷射机引擎;这些环境以及气温的影响因素可能对喷射机引擎带来的影响,制造商需要充分掌握。

关于温度、磨损以及震动等数据,都可以馈入在GE建模平台制作的数字复制品,以形成一个初步评估,并做为模拟测试过程中的条件。而且不只可以建立单一个数字模型,为支持不同情况下的不同零组件测试,也能制作出20个数字模型因应所需。

发电厂也可以应用

不只是飞机零件,这种数字模型制作平台也能用于发电厂;Irving表示,旧有的发电厂通常都是持续运作好几十年,都是透过定期维修来收集运作资料。不过现在有部分老旧电厂已经转型为再生能源的备援电力,只在太阳能或风力发电量偶尔不足时才上线运转。

而电力公司的管理员会需要知道备援电厂重新上线,其蒸气涡轮等机组的运转情况,找出其运转温度、时间以及燃料消耗的平衡点,以延长其使用寿命并发挥最大效益;利用GE平台的数字版本涡轮,就能有效达成目标。

Irving指出,电力公司有时候一天需要监测20万个像是涡轮叶片那样的设备,这时候GE的数字双胞胎模型就能成为维修保养这些设备的重要工具,并以依据各种信息所订定的运转策略,来延长这些设备设备资产的使用寿命。

未来将对外提供该服务

目前GE的“数字双胞胎”制作平台仅供内部使用,不过预计在2017年底开始对外提供服务,出售其软件给其他公司,让客户也能制作自己产品的数字复制品。

Irving认为,全球气候变迁的情况如果持续,那些数字版的各类设备复制品将扮演更重要的角色;因为极端气候会影响很多设备的运作,而数字版本复制品能让工程师能预先因应各种异常状况,确保实际产品的稳定运作。

GE目前也在为该平台纳入机器学习功能,以持续利用收集自实际传感器的数据;Irving预期在未来,一款产品的成功或失败会于其数字复制品如何被建立、以及实际产品运作数据是否成功馈入,还有数字复制品仿真结果数据是否被妥善应用息息相关。

编译:Judith Cheng

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载

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