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【数字孪生】数字孪生/数字线索：关于资产管理的系统方法论

2019 年 4 月 20 日 产业智能官

原创：刘进数字化工坊

在访问我们位于旧金山沃森西部的高管过程中，经常询问的问题是：我们对具有颠覆性潜力的新兴技术，更多的话题是频繁地讨论"数字孪生"。

如果您不熟悉这个概念, 以下是要点:

·数字孪生是物理实体或系统的虚拟数字表示

·它是一个 "实时模型" 或 "计算机化的伴侣", 反映了随着时间的推移而不断变化的实物资产

·它经常使用三维CAD设计和获取安装在物理对象上传感器的数据, 这些数据提供实时的物联网数据

当前提供的价值

数字孪生通过提供监测和诊断, 为当今许多组织带来了好处：利用警报和预防性维护的预测分析;长期将异构数据聚集在一起, 使设计人员和工程师能够更好地了解设备--无论是在现场还是在图板上。对复杂资产能有发展和整体的观点。

数字孪生被用于飞机发动机、机车和其他复杂的工程结构。它们通常非常适合具有以下特征的资产:

·复杂的工程和长寿命的设备

·建造或运营成本高昂

·随着时间的推移, 类似的资产有不同的状态和情况

·能够被检测以提供遥测数据

·故障是昂贵的, 或可能会伤害人

数字孪生的想法并不新鲜。15年前, 密歇根大学产品生命周期管理 (PLM) 中心论文中提出了这一概念。相关主题还包括基于条件的维护 (CBM) 和基于物理的模型被提及, 可能会让人想起在土木工程和航空工程中使用了几十年的有限元结构分析 (FEA)。

那么, 发生了什么变化呢？为什么要在2017年升级成为焦点？

随着新一代信息技术 (包括物联网、区块链、机器学习、高级分析和认知计算) 的发展, 数字孪生变得更加有用和有价值。

当我探索数字孪生与认知计算 (与非结构化数据和人类部落知识相吻合) 的用例中, 我自己的顿悟出现了, 并看到了新的见解是如何补充其他数据的。

人类洞察和部落知识

在整个生命周期中采取系统的方法来管理复杂的物理资产时, 数据必须远远超出 CAD 设计图纸和单一的结构化传感器数据, 还包括大量的半结构化和非结构化数据来讲述资产的故事。维护报告、培训手册、测试和检查日志、天气状况评论、电话会议记录、员工专业知识和其他非正式团队间通信。

有经验的医生很少仅仅根据病人目前的生命统计数据做出诊断,通常会与患者交谈,来了解她的病史。同样, 工程师应该能够访问有关资产的所有信息, 这些信息可以帮助诊断和决策支持。

关于资产的说法很重要。

深遂的想法

这里有一个很好的关于以资产为中心进行知识获取例子。这个例子中，我们关注的是能源部门。伍德赛德能源公司是澳大利亚最大的独立能源公司, 在距离澳大利亚海岸 7 0 英里的西北大陆架深水中运营着一个复杂的天然气平台。这里有一个很好的视频 (充分披露, 我是…)

伍德赛德在数据和信息收集和归档员工报告、决策日志和技术评估方面做得很好。随着许多经验丰富的工程师退休, 伍德赛德认识到失去大量不可替代的部门知识 (部落知识) 和关于平台复杂性风险的经验。

伍德赛德使用认知计算来捕获、管理和提供 (与上下文相关的) 部落知识, 用于教育和决策支持。伍德赛德工程师现在对他们复杂的资产有了真正全面的看法。

拨打电话成为过去和现在-对话框式数据推送。

启用认知的数字孪生可以为企业提供以下价值:

·提高对资产的可见性和管理信心 (设计和运营)

·降低风险, 提高可靠性

·最适合的操作和维护计划

·知识获取和共享

·积极的资产管理和延长资产寿命

最后一点对我来说数字孪生是很重要的--也是它现在在"新兴 + 颠覆性" 榜单上名列前茅的原因之一.....。

对于管理着数百万或数十亿美元资产的公司来说, 支持认知的数字孪生不仅可以降低风险并改进维护方面的决策, 还可以通过安全地延长资产的运营寿命来提供清晰的投资回报率。而在某些情况下, 数字孪生"改造" 可能使较旧的资产部署运行。

最后一公里

我有机会采访了一位德高望重的铁路高管和退休项目总监。他在大型复杂铁路系统的设计、交付和运营方面拥有近50年的经验。

他给我讲了一个非常有趣的故事, 他的组织是如何从其机车车辆中获得超值的价值。其KPI对公司外的人来说几乎令人难以置信。虽然机车车辆的典型资产寿命为 30年;他的组织已经安全地将其延长到 40年, 在某些情况下甚至近50年。请记住, 这些火车车厢中的一些是在我出生后刚刚制造的, 他们今天还在安全运行。

他的铁路之所以能够做到这一点, 是因为公司文化的独特结合、部落知识、伟大的 (老学校) 记录保存和顶级的工程和维护团队。在这种情况下, 机车车辆 (和翻新投资) 的质量数据和知识导致资产寿命延长60% 以上。

所以, 如果你是沃伦·巴菲特和 BNSF 的领导, 并在 32, 000 英里的轨道和信号中运营8000辆机车, 价值超过100亿美元, 那么两位数的生命延长对你--以及伯克希尔股东来说--可能听起来相当不错。

总之-数字孪生丰富的认知和其他新兴技术可以提供投资回报率, 并帮助管理风险。

数字线索

NIST (美国国家标准与技术研究所) 断言：产品的设计和制造信息是如何创造、交换和处理的, 对竞争力至关重要。各种生命周期过程的信息 "孤岛" 正在慢慢连接, 形成一个 "数字线程"的信息, 旨在整合和推动现代设计、制造和产品支持流程 "--双向流程连接部门 (和公司) 的信息可提高协作性、操作敏捷性, 并实现端到端产品具有可追溯性、质量管理和实时性能指标的可见性。

随着物联网、区块链和认知计算的等核心技术发展, 这些数字线程可以而且应该包括向利益相关者提供信息的数据链的所有来源, 并且"在资产的生命周期内"延伸到整个供应链到业主/运营商——包括与资产相关的非结构化数据, 如部落/人类智能

例如, 如果我们乘坐3亿美元的长途飞机: 制造商、航空公司、联邦监管机构、供应商、维护团队和乘客都受益于整体视图和更知情的利益相关者。在飞机的整个生命周期中 (设计、建造、装备、操作和维护), 飞机的数字孪生与资产一起演变, 数字线程 (数据链) 反馈回路帮助利益相关者连接重要的点--以便在每个点上做出更好的决定一步的方式。飞机上的每个铆钉都有一个“故事”。

改造的投资回报率？

新的、复杂的和昂贵的资产的价值主张是相当清楚的。未来十年有趣的是, 数字孪生如何能够为以下方面交付成果:

·已在使用的资产 (例如, 拥有10年历史的渡轮, 其使用寿命 40年)

·复杂程度较低/成本较低的资产 (例如新车)

· CAD 或遥测信息不完善的资产 (如房屋)

·老化的基础设施 (例如艾森豪威尔的州际公路和国防高速公路--以今天的美元计算, 这是一个半三时的美元项目--这一切很快就会在70岁诞辰之际到来)

结论

Gartner 关于趋势的报告很好地将这一切结合在一起。在三到五年内, 几十亿东西将由数字孪生来表述, 这是一个物理事物或系统的动态软件模型。利用关于事物成分如何运行和响应环境的物理数据以及物理世界中传感器提供的数据, 可以使用数字孪生来分析和模拟现实世界的条件, 对变化做出反应, 改进操作并增加价值。数字孪生是熟练员工 (如技术人员) 和传统监控设备和控制 (如压力表) 相融合的代理。

数字孪生可以全面了解资产,可以更好实现更好的管理其资产信息。

参考资料：

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_Twins

2.http://www.gartner.com/smarterwithgartner/gartners-top-10-technology-trends-2017

3.https://www.infosys.com/insights/services-being-digital/Documents/future-industrial-digital.pdf

4.https://www.ibm.com/blogs/internet-of-things/new-digital-twin-capabilities/

5. https://www.ibm.com/blogs/internet-of-things/digital-twin/

6.https://www.ibm.com/internet-of-things/iot-zones/iot-buildings/sensors-in-intelligent-buildings/

7.https://www.youtube.com/watch?v=2dCz3oL2rTw

8.https://community.plm.automation.siemens.com/t5/Digital-Transformations/Four-important-digital-twin-takeaways-for-every-industry/ba-p/357260

9.https://www.forbes.com/sites/bernardmarr/2017/03/06/what-is-digital-twin-technology-and-why-is-it-so-important/

10. https://www.researchgate.net/publication/307509727_Origins_of_the_Digital_Twin_Concept

11. https://en.wikipedia.org/wiki/Condition-based_maintenance

12. https://en.wikipedia.org/wiki/BNSF_Railway

13. https://www.ibm.com/watson/stories/woodside.html

14. https://www.youtube.com/watch?v=GFZ2IaTVkY8

15.https://medium.com/cognitivebusiness/tap-into-your-tribal-knowledge-48a3786df081

16. https://www.nist.gov/sites/default/files/documents/el/msid/1Kraft_DigitalThread.pdf

17.https://www.nist.gov/programs-projects/digital-thread-smart-manufacturing

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