基于仿真的数字孪生系统构建与应用
概述
数字孪生充分融合建模仿真技术、人工智能、工业物联网等新技术，建立物理对象（或过程）的虚拟映射。通过数据驱动的仿真来构建物理对象全生命周期的虚拟生命线，实现更加智能的产品评估优化-虚拟验证-运营维护等，增收节支、提效避险，提升竞争力，激发创新性。
北京经纬恒润科技股份有限公司深耕数字化协同研发技术多年，提供针对工业产品研发的数字孪生解决方案。
解决方案
聚焦多学科高精度建模、异构模型集成与实时化、虚实融合、人工智能等关键技术，基于产品数字孪生模型和实际数据的交互，实现产品全生命周期的数字化连通，提升产品设计与测试效率，实现产品的智能运行和维护：
·针对产品特点和使用工况，灵活选择建模方法，将多学科机理建模、三维模型降阶、数据驱动建模等进行有机融合，并充分考虑产品中的误差环节影响，拓宽建模覆盖范围、提高模型精度。
·通过实际运行数据和模型自动修正算法，对模型进行精度评估和自动修正，保证模型与产品的一致性。
·通过通用功能接口模型开发，在尽可能保留各学科建模仿真习惯的基础上，打通各学科模型集成验证接口，实现系统机-电-软异构模型的有效集成。
·通过模型实时化技术和高性能算力配置，提高仿真运行效率，实现实时仿真，提升模型与产品交互的实效性。
·基于高精度数字孪生模型，对产品进行MIL/SIL/HIL测试，作为传统物理试验的补充和拓展，全面评估产品设计的功能、性能，并提出改进建议。
·开发和部署故障诊断与健康管理（PHM）算法，基于模型+数据混合驱动和人工智能算法，对产品的运行状态进行监测与预测，对故障进行诊断，辅助智能运维决策。
·建立产品不同研制阶段、不同层级模型间在横向和纵向两个维度的关联与追溯关系，实现基于统一参数源的模型综合管理。
典型应用
数字孪生系统具有很好的延伸性和扩展性，体系建设可遵循局部突破、示范带动、有序建设的原则。企业可根据自身的业务重点按需定制数字孪生系统。典型应用场景简述如下。
·复杂产品系统指标分解与验证
复杂产品通常涉及多个强耦合学科，顶层系统指标分解难度大，难以保证指标体系的完整性和分解结果的全局优化。基于模型的指标分解与验证，通过系统-分系统任务场景梳理、指标分解验证模型建立，形成完整的层次网状指标体系，全局优化并综合权衡指标分解结果，充分发挥总体单位在总体方案论证中的重要作用，适应前期设计参数模糊、分系统匹配难度大等特点。
·基于模型的设计验证与优化
随着技术的进步和需求的提升，工业产品朝着机-电-控一体化高度集成的方向发展，不同学科间耦合强，产品性能对多专业间匹配的依赖性高，传统的单学科仿真设计验证已不能满足复杂产品设计的精度和效率要求。通过模型降阶技术、通用接口模型设计、统一仿真架构设计，将各类专业模型、有限元仿真模型进行有效集成，实现系统级的多学科联合仿真设计验证与优化。
·产品虚拟试验
随着工业产品由以机械化为特征逐步向以多专业综合化、信息化、网络化为特征升级换代，对试验验证的时效性、系统性、全面性等提出了巨大的挑战。以物理试验为主的验证受到研制周期、成本、环境条件的限制，子样有限，难以完全覆盖极限偏差组合状态。虚拟试验作为新的技术途径，周期短、成本低，能够便捷地开展极限工况试验、故障试验等难以通过实物开展的试验类型。工程实践中根据虚拟试验精度和体系的完善性，充分发挥物理试验与虚拟试验的优势，虚实融合，相互补充促进，提升产品综合试验能力。
·基于数据+模型的设备智能运维
结合工业物联网平台，实现运行数据、数字孪生模型在同一平台的交互融合，通过对设备运行数据及数字孪生仿真进行大数据分析，进行预测性分析、规范性分析、运行优化分析，帮助企业实现智能运维、新产品迭代升级等增值服务。基于数据+模型的设备智能运维，以虚拟传感器的形式更全面地获取产品状态数据，能够更及时地评估产品状态和故障定位，实现传统数据分析的飞跃。
技术服务
·数字孪生模型构建
♦ 建模规范构建
♦ 多学科系统建模
♦ 有限元模型降阶
♦ 异构模型集成
♦ 模型修正与更新
♦ 虚实交互接口开发
♦ 模型实时化
·数字孪生应用开发
♦ 系统指标分解与验证
♦ 产品系统性能优化
♦ 产品故障注入仿真
♦ 产品虚拟试验验证
♦ 产品状态监测与健康管理
♦ 产品全流程研发平台开发与集成
系列专题
更多关于数字孪生详细技术以及在具体工程实践中的应用案例的介绍，敬请关注我司的数字孪生专题。
·概述-基于仿真的数字孪生系统构建与应用
·关键技术-机电产品多学科建模与集成
·关键技术-三维有限元模型降阶与集成
·关键技术-复杂模型实时化
·关键技术-数字孪生模型的关联与追溯
·关键技术-物理产品与数字模型的虚实交互
·典型应用-系统指标分解与验证
·典型应用-机电产品设计验证与优化
·典型应用-机电产品虚拟试验
·典型应用-机电产品智能运维