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什么是CPS?数字孪生技术在工业4.0该如何应用?

发表于 2021-3-26 15:54
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摘要: CPS与数字孪生的关系基于CPS的数字孪生智能设备简介:第四次工业革命是德国人提出来的,工业4.0是基于CPS的工业革命。第一次工业革命是蒸汽机驱动的机械化,第二次工业革命是电力驱动的基于劳动分工的大批量生产,第 ...
  1. CPS与数字孪生的关系
  2. 基于CPS的数字孪生智能设备
简介:第四次工业革命是德国人提出来的,工业4.0是基于CPS的工业革命。第一次工业革命是蒸汽机驱动的机械化,第二次工业革命是电力驱动的基于劳动分工的大批量生产,第三次工业革命是使用了电子与IT技术的更高程度的自动化,第四次工业革命则基于CPS。更确切地说,CPS技术不是新事物。在从事嵌入式系统的工业控制行业,在从事PLC应用或基于微处理器应用的自动化行业,CPS早就存在了。只不过这一次,CPS技术成为一个必要条件,应用领域遍及农业、楼宇、能源、制造、交通运输等行业。

一、CPS与数字孪生的关系

CPS是虚实融合。“实”是指人、机、物,而“虚”则指“数字孪生”。CPS是把人、机、物互联,实体与虚拟对象双向连接,以虚控实,虚实融合,以实现敏捷性和柔性、智能生产。
CPS内涵中的虚实双向动态连接,有两个步骤,一是虚拟的实体化,如设计一件东西,先进行模拟、仿真,仿真再制作出来;二是实体的虚拟化,实体在使用、运行的过程中,把状态反映到虚拟端去,通过虚拟方式进行判断、分析、预测和优化。
CPS可以视为数据输入+数字孪生承载体+数据输出的一个有机整体,大体上与严格意义下的智能产品、智能设备等同。技术实现上,CPS是一种通过网络或接口实时采集到物理世界对象状态数据,并作为数据孪生承载对象的输入,经过数据孪生承载对象的加工处理,将结果再通过网络或接口实时地,直接作用到物理对象上的特殊的数字孪生承载对象。
数字孪生的核心是模型和数据,但虚拟模型创建和数据分析需要专业的知识,对于不具备相关知识的人员,构建和使用数字孪生任重道远,工业互联网恰恰可以解决上述问题,通过平台实现数据分析外包、模型共享等业务。数字孪生(Digital Twin)作为物理实体的数字化影像,从设计/仿真,延伸到产品全生命周期,赋予工业互联网新的生命力。
总结一下,CPS和数字孪生都有数字形态传承,但最大的区别是,CPS提供数物融合控制,数字孪生仅仅作为物理世界的数字化映射的过程,提供模型+数据+软件。
什么是CPS?数字孪生技术在工业4.0该如何应用?
优锘ThingJS利用在线3D引擎,可以搭建3D场景并在平台中调用JS开发交互功能,4个组件全部完成用户数据统一,轻松实现物联网3D可视化项目开发,是数字孪生在物联网行业的成功技术实践。
什么是CPS?数字孪生技术在工业4.0该如何应用?

二、基于CPS的数字孪生智能装备

在整个的数字孪生体的建设过程当中,智能设备尤为重要。它基于CPS的技术一个实体的工厂建设,实体工厂的管理我们就有基础有数据,那我们把我们的管理的基础和数据我们变成了虚拟的工厂,我们右上角这个数字的车间就是我们实时采集数据,状态感知,虚实映射,把他们俩之间对比,对比之后下面的要把数字车间,整台设备变这个数字设备,他有数字的标签,数字的链条,数字的标准,最后反馈过来我们的管理者,我们的管理者再给他实时的进行调优监视,为他提供服务。
同样地,数字孪生的突出优点在工业领域各个阶段得到了广泛应用。

产品研发阶段

通过数字3D模型,我们可以看到汽车在运行过程中发动机内部的每一个零部件、线路、各种接头的每一次变化,从而大幅降低产品的验证工作和工期成本。
什么是CPS?数字孪生技术在工业4.0该如何应用?

制造生产阶段

在制造生产中,建立一个生产环境的虚拟版本,用数字化方式描叙整个制造环境,在虚拟数字空间中进行设备诊断、过程模拟等仿真预测,可以有效防止现场故障、生产异常产生的严重后果。
什么是CPS?数字孪生技术在工业4.0该如何应用?

设备维护阶段

当设备生产流水线的仿真模型搭建完成后,通过对运行数据进行连续采集和智能分析,可以预测维护工作的最佳时间点,提供维护周期的参考依据。不仅能够及时预测相应风险,同时还能做出高效迅速的反应,有效提升产品的可靠性和可用性,降低产品研发和制造风险。
什么是CPS?数字孪生技术在工业4.0该如何应用?
随着制造业不断发展,数字孪生尽管尚未成为主流,却成为每一个数字化企业都要关注的技术。在控制生产和智慧工厂等智能制造场景应用上,工业4.0要求采用计算机行业通行的即插即用的方法,来大幅提高工厂设备、生产线等基础设施的柔性化水平。
数字孪生通过数字化方式来进行模拟、分析、预测,指导物理实体的精准运行,更大范围提升企业参与到工业4.0时代产品动态价值链的能力。