K zobrazení této stránky v češtině byl použit automatický překlad. Chcete ji raději zobrazit v angličtině?
Byl tento překlad užitečný?
  1. Home

Technologie digitálních dvojčat

Digitální dvojče

Digitální dvojče je virtuální reprezentace fyzického produktu nebo procesu, která se používá k pochopení a předvídání výkonnostních charakteristik fyzického protějšku. Digitální dvojčata se používají k simulaci, předvídání a optimalizaci produktu a výrobního systému před investicí do fyzických prototypů.

Co je digitální dvojče?

Digitální dvojče je virtuální reprezentace nebo digitální protějšek fyzického objektu, systému nebo procesu. Je vytvořen pomocí dat v reálném čase, simulačních a modelovacích technik, které odrážejí chování, vlastnosti a výkon jeho fyzického protějšku. Digitální dvojčata se používají v různých odvětvích, včetně výroby, zdravotnictví, dopravy a energetiky, k optimalizaci výkonu, monitorování provozu a usnadnění rozhodování.

Související produkty: NX CAD | Simulační software Simcenter | Solid Edge

Digital twin of new jet design.

Klíčové vlastnosti digitálních dvojčat

Integrace dat v reálném čase:

Digitální dvojčata jsou průběžně aktualizována daty ze senzorů, zařízení IoT a dalších zdrojů v reálném čase a poskytují přesnou reprezentaci fyzického aktiva nebo systému v daném okamžiku.

Simulace a modelování:

Digitální dvojčata často zahrnují simulační a modelovací techniky pro simulaci chování a výkonu fyzického aktiva nebo systému za různých podmínek. To umožňuje prediktivní analýzu, optimalizaci a plánování scénářů.

Obousměrná komunikace:

Digitální dvojčata umožňují obousměrnou komunikaci mezi virtuálním modelem a jeho fyzickým protějškem. To znamená, že data a poznatky z digitálního dvojčete mohou informovat o rozhodnutích a akcích ve fyzickém světě a naopak.

Monitorování a kontrola:

Digitální dvojčata umožňují monitorování a řízení fyzického aktiva nebo systému v reálném čase z virtuálního prostředí. To umožňuje vzdálené monitorování, diagnostiku a prediktivní údržbu za účelem optimalizace výkonu a snížení prostojů.

Správa životního cyklu:

Digitální dvojčata podporují celý životní cyklus produktu nebo systému, od návrhu a vývoje až po provoz a údržbu. Mohou být použity pro ověřování návrhu, testování, školení a dokonce i pro vyřazení z provozu.

Prostředí pro spolupráci:

Digitální dvojčata usnadňují spolupráci mezi různými zúčastněnými stranami, jako jsou inženýři, operátoři a pracovníci údržby, tím, že poskytují společnou platformu pro sdílení, analýzu a rozhodování dat.

Příklady digitálních dvojčat v průmyslu

Výroba:

Digitální dvojčata výrobních procesů a zařízení mohou optimalizovat výrobní plány, předvídat poruchy zařízení a zlepšit celkovou efektivitu.

Chytrá města:

Digitální dvojčata městské infrastruktury, jako jsou dopravní sítě a inženýrské sítě, mohou optimalizovat dopravní tok, řídit spotřebu energie a zlepšovat veřejné služby.

Zdravotní péče:

Digitální dvojčata fyziologie pacienta a zdravotnických prostředků mohou podporovat personalizované léčebné plány, vzdáleně sledovat zdravotní metriky a simulovat chirurgické zákroky.

Energie:

Digitální dvojčata elektráren a systémů obnovitelných zdrojů energie mohou optimalizovat výrobu energie, předvídat poruchy zařízení a řídit stabilitu sítě.

Celkově lze říci, že digitální dvojčata nabízejí výkonný rámec pro získávání poznatků, optimalizaci výkonu a podporu inovací v různých odvětvích tím, že překlenují propast mezi fyzickým a digitálním světem.

Díky multifyzikálním simulacím, analýze dat a schopnostem strojového učení jsou digitální dvojčata schopna demonstrovat dopad změn návrhu, scénářů použití, podmínek prostředí a dalších nekonečných proměnných – eliminují potřebu fyzických prototypů, zkracují dobu vývoje a zlepšují kvalitu finálního produktu nebo procesu.

Aby bylo zajištěno přesné modelování po celou dobu životnosti produktu nebo jeho výroby, používají digitální dvojčata data ze senzorů nainstalovaných na fyzických objektech k určení výkonu objektů v reálném čase, provozních podmínek a změn v průběhu času. Na základě těchto dat se digitální dvojče vyvíjí a průběžně aktualizuje tak, aby odráželo jakoukoli změnu fyzického protějšku v průběhu životního cyklu produktu, čímž vytváří uzavřenou smyčku zpětné vazby ve virtuálním prostředí, která společnostem umožňuje průběžně optimalizovat své produkty, výrobu a výkon s minimálními náklady.

Možnosti využití digitálního dvojčete závisí na tom, v jaké fázi životního cyklu výrobku se provádí modelování. Obecně lze říci, že existují tři typy digitálních dvojčat – produkt, produkce a výkon, které jsou vysvětleny níže. Kombinace a integrace tří digitálních dvojčat, která se vyvíjejí společně, je známá jako digitální vlákno. Termín "vlákno" se používá, protože je vetkán do všech fází životního cyklu produktu a výroby a spojuje z nich data.

Tři typy digitálních dvojčat

  1. Digitální produkt vítězí: Digitální dvojčata produktu replikují fyzické produkty v digitální podobě. Používají se při návrhu, testování a simulaci produktů. Digitální dvojčata produktu pomáhají inženýrům a designérům analyzovat, jak bude produkt fungovat za různých podmínek, což jim umožňuje optimalizovat jeho návrh a funkčnost před zahájením fyzické výroby.
  2. Procesní digitální dvojčata: Procesní digitální dvojčata simulují a analyzují chování fyzikálních procesů nebo systémů. Používají se k monitorování, řízení a optimalizaci operací složitých systémů, jako jsou výrobní závody, dodavatelské řetězce a energetické sítě. Digitální dvojčata procesů umožňují organizacím vizualizovat, simulovat a analyzovat procesy v reálném čase, což usnadňuje lepší rozhodování a optimalizaci výkonu.
  3. Digitální dvojčata systému: Systémová digitální dvojčata replikují celé systémy nebo ekosystémy v digitálním prostředí. Integrují více digitálních dvojčat produktů, procesů a dalších komponent a komplexně simulují chování složitých systémů. Systémová digitální dvojčata se používají k modelování a analýze rozsáhlých systémů, jako jsou chytrá města, dopravní sítě a průmyslové komplexy.

Digitální dvojče v CAD a simulačním softwaru

Modelování digitálních dvojčat může být součástí softwaru CAD (Computer-Aided Design) i simulačního softwaru v závislosti na konkrétních funkcích a možnostech daného softwaru.

  1. Software CAD

    CAD software se primárně používá pro tvorbu detailních 3D modelů fyzických objektů nebo systémů. V kontextu digitálních dvojčat lze CAD software použít k vytvoření virtuální reprezentace nebo geometrie fyzického aktiva. To zahrnuje modelování geometrie, struktury, komponent a sestav fyzického objektu. CAD software se obvykle zaměřuje na geometrickou reprezentaci a záměr návrhu, což inženýrům umožňuje vytvářet přesné virtuální modely produktů nebo systémů.

  2. Simulační software

    Simulační software se na druhé straně používá k simulaci chování a výkonu fyzických systémů za různých podmínek. Simulační software může zahrnovat modelování digitálních dvojčat integrací dat v reálném čase, fyzikálních modelů a simulačních technik k vytvoření virtuální reprezentace fyzického aktiva. To zahrnuje simulaci dynamického chování, interakcí a výkonnostních charakteristik fyzického systému. Simulační software se zaměřuje na analýzu a předpovídání chování systému na základě základních fyzikálních principů.

V praxi modelování digitálních dvojčat často zahrnuje kombinaci CAD softwaru a simulačního softwaru. CAD software se používá k vytvoření geometrické reprezentace fyzického aktiva, zatímco simulační software se používá k simulaci chování a výkonu digitálního dvojčete. Integrace mezi CAD a simulačním softwarem umožňuje inženýrům vytvářet komplexní digitální dvojčata, která přesně reprezentují fyzický systém a jeho dynamické chování. Některé softwarové platformy navíc nabízejí integrovaná řešení, která kombinují možnosti CAD a simulace do jediné platformy, což uživatelům umožňuje bezproblémový přechod od návrhu k analýze ve stejném prostředí. Tato integrovaná řešení umožňují inženýrům efektivněji a efektivněji vytvářet, simulovat a optimalizovat digitální dvojčata.

CAD software Siemens NX i Siemens Solid Edge nabízejí integrovaná řešení, která kombinují možnosti CAD a simulace. NX je komplexní softwarová sada vyvinutá společností Siemens Digital Industries Software, která zahrnuje pokročilé funkce CAD, CAM (Computer-Aided Manufacturing), CAE (Computer-Aided Engineering) a PLM (Product Lifecycle Management). V rámci ekosystému NX existují integrovaná řešení, která umožňují plynulý přechod od CAD návrhu k simulační analýze: Solid Edge je komplexní sada softwarových nástrojů CAD vyvinutá společností Siemens Digital Industries Software, která je určena především pro navrhování výrobků, modelování, kreslení a správu sestav. V ekosystému Solid Edge jsou integrována řešení, která usnadňují plynulý přechod od CAD návrhu k simulační analýze:

NX CAD

NX CAD poskytuje výkonné nástroje pro 3D modelování, návrh sestav, kreslení a vizualizaci. Inženýři mohou vytvářet podrobné geometrické modely produktů a systémů pomocí prostředí NX CAD bohatého na funkce. To slouží jako základ pro modelování digitálních dvojčat v rámci ekosystému NX. NX CAE: NX CAE (Computer-Aided Engineering) je simulační a analytický modul NX, který nabízí širokou škálu funkcí pro strukturální, tepelné, dynamiku tekutin, pohyb a multifyzikální simulace. NX CAE umožňuje inženýrům simulovat chování a výkon digitálních dvojčat za různých provozních podmínek a scénářů zatížení.

Integrované simulační prostředí:

NX poskytuje integrované simulační prostředí, ve kterém mohou inženýři bez problémů přenášet CAD geometrii do NX CAE pro analýzu. Tato integrace zefektivňuje pracovní postup simulace a umožňuje inženýrům provádět ověřování, optimalizaci a analýzu návrhu v rámci stejné softwarové platformy.

Multifyzikální simulace

NX nabízí multifyzikální simulační funkce, které inženýrům umožňují simulovat interakce mezi různými fyzikálními jevy, jako je strukturální mechanika, dynamika tekutin, tepelný management a elektromagnetické efekty. To umožňuje komplexní analýzu digitálních dvojčat, která zahrnují více fyzikálních domén.

Optimalizace návrhu

NX obsahuje nástroje pro optimalizaci návrhu a analýzu citlivosti, které inženýrům umožňují zkoumat alternativy návrhu, zlepšovat výkon a plnit cíle návrhu. Změny návrhu provedené v CAD lze automaticky aktualizovat v simulačním modelu, což zajišťuje konzistenci a přesnost v celém procesu návrhu.

Celkově lze říci, že CAD software společnosti Siemens poskytuje integrovaná řešení, která kombinují CAD a simulační schopnosti a umožňují inženýrům efektivněji a efektivněji vytvářet, simulovat a optimalizovat digitální dvojčata. Tato integrace zlepšuje spolupráci, zefektivňuje pracovní postupy a urychluje vývoj produktů v různých odvětvích.

Spustitelné digitální dvojče (xDT)

Na rozdíl od tradičních digitálních dvojčat, která se primárně používají k monitorování a analýze, jsou spustitelná digitální dvojčata aktivní, dynamické modely, které mohou reagovat na vstupy, simulovat scénáře a rozhodovat se autonomně nebo s lidským zásahem. Spustitelné digitální dvojče (neboli xDT). Jednoduše řečeno, xDT je digitální dvojče na čipu. xDT používá data z (relativně) malého počtu senzorů zabudovaných do fyzického produktu k provádění simulací v reálném čase pomocí modelů s redukovaným řádem. Z tohoto malého počtu senzorů dokáže předpovědět fyzický stav v kterémkoli bodě objektu (i v místech, kam by nebylo možné senzory umístit).

Infographic of multiple laptops connecting each other representing the end-to-end process in executable Digital Twin (xDT).

Klíčové vlastnosti spustitelných digitálních dvojčat

Simulace a interakce v reálném čase

Spustitelná digitální dvojčata (xDT) jsou schopna simulovat chování a výkon fyzického aktiva nebo systému v reálném čase. Mohou reagovat na vstupy, simulovat různé provozní podmínky a dynamicky komunikovat s externími systémy nebo uživateli.

Autonomie a rozhodování

Spustitelná digitální dvojčata (xDT) se mohou rozhodovat autonomně na základě předdefinovaných pravidel, algoritmů nebo modelů strojového učení. Mohou analyzovat data, předpovídat výsledky a přijímat opatření k optimalizaci výkonu nebo reagovat na měnící se podmínky.

Regulace v uzavřené smyčce

Spustitelná digitální dvojčata (xDT) často pracují v řídicím systému s uzavřenou smyčkou, kde jsou data ze senzorů a akčních členů v reálném čase přiváděna zpět do virtuálního modelu, aby bylo možné upravit parametry, optimalizovat výkon a udržovat požadované provozní podmínky.

Prediktivní analýza a optimalizace:

Spustitelná digitální dvojčata (xDT) používají prediktivní analýzy a optimalizační techniky k předpovídání budoucího chování, identifikaci potenciálních problémů nebo příležitostí a doporučování akcí ke zlepšení výkonu nebo zmírnění rizik.

Integrace s technologiemi IoT a AI

Spustitelná digitální dvojčata (xDT) využívají senzory internetu věcí (IoT), konektivitu a algoritmy umělé inteligence (AI) ke shromažďování dat v reálném čase, analýze složitých vzorců a přijímání informovaných rozhodnutí. Mohou také zahrnovat modely strojového učení pro adaptivní chování a neustálé zlepšování.

Dynamická adaptace a učení

Spustitelná digitální dvojčata (xDT) jsou schopna se učit ze zkušeností a přizpůsobovat se změnám prostředí nebo provozních podmínek v průběhu času. Mohou průběžně aktualizovat své modely, parametry a strategie na základě nových dat a zpětné vazby.

Spustitelná digitální dvojčata nacházejí uplatnění v různých odvětvích, včetně výroby, energetiky, dopravy, zdravotnictví a chytrých měst. Umožňují prediktivní údržbu, autonomní provoz, optimalizaci procesů a podporu rozhodování v komplexních systémech, kde je monitorování a řízení v reálném čase kritické. Celkově lze říci, že spustitelná digitální dvojčata představují další evoluci v technologii digitálních dvojčat a nabízejí vylepšené možnosti pro simulaci, rozhodování a optimalizaci fyzických aktiv a systémů v reálném čase. Spustitelné digitální dvojče je pokročilá forma digitálního dvojčete, která nejen představuje virtuální repliku fyzického aktiva nebo systému, ale má také schopnost spouštět, simulovat a interagovat s virtuálním modelem v reálném čase.

xDT je založen na fyzice

Spustitelné digitální dvojče založené na fyzice se opírá o matematické modely, které popisují fyzikální chování replikovaného systému. Tyto modely jsou obvykle založeny na základních fyzikálních principech, jako je mechanika, termodynamika, dynamika tekutin, elektromagnetismus a tak dále. Řešením rovnic, kterými se tyto fyzikální jevy řídí, může digitální dvojče simulovat chování reálného systému ve virtuálním prostředí. Charakteristika spustitelného digitálního dvojčete založeného na fyzice

Modely založené na fyzice

Digitální dvojče obsahuje modely založené na fyzice, které přesně reprezentují chování fyzického systému. Tyto modely mohou zahrnovat rovnice popisující pohyb, přenos tepla, proudění tekutin, elektrické obvody, strukturální mechaniku a další fyzikální jevy relevantní pro modelovaný systém.

Simulace fyzikálních procesů

Digitální dvojče simuluje fyzikální procesy a interakce v systému pomocí fyzikálních modelů. To mu umožňuje předvídat, jak se bude systém chovat za různých provozních podmínek, vstupů a scénářů.

Simulace v reálném čase

Spustitelné digitální dvojče založené na fyzikálních modelech může simulovat chování fyzického systému v reálném čase nebo téměř v reálném čase. To umožňuje dynamickou interakci a rozhodování na základě aktuálního stavu systému a jeho prostředí.

Regulace v uzavřené smyčce

Spustitelná digitální dvojčata založená na fyzice často fungují v řídicím systému s uzavřenou smyčkou, kde se data ze senzorů a akčních členů v reálném čase používají k úpravě parametrů simulace a řízení chování virtuálního modelu. To umožňuje digitálnímu dvojčeti udržovat požadované provozní podmínky a optimalizovat výkon.

Validace a verifikace

Modely založené na fyzice používané ve spustitelných digitálních dvojčatech musí být validovány a ověřeny, aby byla zajištěna jejich přesnost a spolehlivost. To zahrnuje porovnání výsledků simulace s reálnými měřeními a experimentálními daty, aby se potvrdilo, že digitální dvojče přesně reprezentuje fyzický systém.

I když se modelování založené na fyzice běžně používá ve spustitelných digitálních dvojčatech, je důležité si uvědomit, že v závislosti na konkrétních požadavcích a omezeních aplikace lze použít i jiné přístupy k modelování, jako je modelování řízené daty, empirické modely nebo hybridní modely kombinující fyziku a techniky řízené daty.

Siemens Simcenter

Software Simcenter™ jedinečným způsobem kombinuje simulaci systému, 3D CAE a testování, aby vám pomohl předvídat výkon všech kritických atributů v průběhu celého životního cyklu produktu. Díky kombinaci fyzikálních simulací a poznatků získaných z analýzy dat vám Simcenter pomůže optimalizovat, navrhovat a zavádět inovace rychleji a s větší jistotou.

Technická oddělení dnes musí vyvíjet inteligentní produkty, které integrují mechanické funkce s elektronikou a řízením, využívají nové materiály a výrobní metody a dodávají nové návrhy ve stále kratších konstrukčních cyklech. To vyžaduje, aby se současné technické postupy pro ověřování výkonnosti produktů vyvinuly do přístupu digitálního dvojčete, který vám umožní sledovat prediktivnější proces pro systémově řízený vývoj produktů.

Vyzkoušejte si 3D software Simcenter na 30 dní zdarma

Inženýrské a poradenské služby v řešení Simcenter

Inženýrské a poradenské služby v řešení Simcenter řeší technické problémy a zajišťují rovnováhu mezi technologickým návrhem a funkčním výkonem.

Další informace

Vytvářejte lepší stroje s pokročilou konstrukcí strojů

Správa životního cyklu výrobků

Komplexní automatizovaný návrh

Inženýring automatizace strojů

Výkonové inženýrství

Vývoj aplikací s nízkou potřebou kódu

Vývoj systémů E/E

Další informace

Digitální dvojčata se používají v různých odvětvích, včetně výroby, zdravotnictví, dopravy a energetiky, k optimalizaci výkonu, monitorování provozu a usnadnění rozhodování.

Digitální výroba v průmyslu

Digitální dvojče výroby pomáhá výrobcům vytvářet nové obchodní modely, zlepšovat spolupráci mezi týmy a organizacemi, zrychlovat procesy, zvyšovat kvalitu produktů a výroby a zrychlovat dobu uvedení na trh.

Digitální dvojče ve výrobě

Umožněte výrobu pomocí digitálního dvojčete propojit inteligenci v reálném čase s propojenými stroji v dílně, což jim umožní efektivně organizovat a provádět celou výrobu.

Odemkněte sílu digitálního dvojčete

Tento tým použil portfolio Xcelerator společnosti Siemens k návrhu, analýze a ověření jednorázové sestavy, kterou by bylo možné aditivně vyrobit a bezpečně připojit dva pacienty k jednomu ventilátoru.