数字孪生:潜力巨大的虚拟模型

拜耳和 LESER 已密切合作多年。

作为合作的一部分,德国流程工业的数字化和数字孪生的使用项目已经推进了一段时间。 鉴于这些主题仍在发展中,而且还没有行业标准,因此双方在合作中开展了开创性的工作。

在数字数据链联盟(DDCC)中,正在与流程工业的其他成员共同开发标准和技术。 已经取得了哪些成果?下一个目标是什么?需要克服哪些障碍?在本期访谈中,您可以从设备运营商和制造商这两个角度了解更多信息。

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    采访合作伙伴是

    马克-韦斯特法尔
    技术资产管理和技术材料管理主题专家
    拜耳股份公司,作物科学部,多马根基地

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    亨德里克-沃尔穆斯
    产品销售解决方案经理
    LESER GmbH & Co KG.

    贵公司在数字化方面的情况如何?


    马克-韦斯特法尔(Marc Westphal),拜耳一言以蔽之:"我们正置身其中!"...... 数字化转型对我们来说是一个无处不在的话题。在拜耳,数字化转型得到了最高管理层的高度重视和关注。为此,我们正在实施跨部门举措。我们的 CORE 项目就是一个全球性的例子。这是一个由业务驱动、信息技术支持的多年期战略项目,旨在实现端到端流程的转型。我们的目标是提高客户价值。

    在这里,我们既看到了外部客户,也看到了内部客户。 各个部门(以作物科学为例)都有自己的数字化项目协调中心。
    它们都有一个共同的目标:创造透明度、优化流程和避免浪费。目前,拜耳在多马根正在实施 18 个明确的数字化项目。在技术资产管理方面,我们目前正致力于以数字孪生的形式实现技术系统和单个设备的数字化。这包括整个生命周期的所有方面和数据流。范围从工厂规划和建设,到试运行和维护,再到退役和拆除。在这种情况下,我们面临的挑战是仍然没有全行业的标准。

    在 "工业 4.0"、"物联网(IoT)"和 "管理外壳(AAS)"等流行语出现多年之后,这方面仍有改进的余地。 我们还可以从制造商、服务提供商以及我们运营商所采取的不同方法中看到这一点。相关的利益团体和联盟,如 NAMUR、数字数据链联盟 (DDCC) 和工业数字孪生协会 (IDTA),为流程、数据模型和工具的标准化提供了有益的支持。

    Hendrik Wormuth,LESER
    在 LESER,我们推出了一项名为 "LESER is Digital "的计划。在这项计划中,我们与所有内部和外部用户合作,分析新技术的使用所带来的机遇。为此,我们将数字化的各个方面划分为 "数字化工作流"。
    我个人负责数字孪生工作。正如韦斯特法尔先生所解释的,这里有不同的方法。这些方法尚未得到广泛应用,但我们正在与拜耳股份公司(BAYER AG)等合作伙伴合作,使它们能够进入市场。

    如何定义数字孪生?

    拜耳公司马克-韦斯特法尔
    数字孪生是一个可识别对象的完全数字化表示。换句话说,一个实体不仅代表了对象的当前状态,而且还可以包含历史数据,例如其整个生命周期的数据。还可以表示与其他数字孪生体的链接。
    尽管 "数字孪生 "一词的首次定义可以追溯到二十年前,并且在过去五年中一直是商业领域的热门话题,但我们现在才意识到它的潜力。开放平台和行业标准(如资产管理外壳,简称 AAS)很有帮助。作为一种管理外壳,它们能够实现数字双胞胎。

    遗憾的是,管理外壳的定义在技术上非常复杂,阻碍了企业推进工业数字化。
    有两种简化方法
    理论方法是根据产品生命周期中的某些成熟度来定义数字孪生。在这里,要区分产品的设计("设计")、制造("制造")和维护("维护")。在每一个成熟度等级中,都可以获得更多或附加的与对象相关的数字化信息。如果我们将其细分为 LESER 公司的安全阀 e ,那么我们将拥有一个处于最低成熟度级别 "建成时 "的数字孪生体,该数字孪生体在交付给作为客户的我们时,除了包含材料清单(MBOM)的信息外,还包含备件和易损件的信息。如果 LESER 还为我们提供维护信息,那么我们的成熟度等级就是 "维护状态"。

    对工业界来说,更有趣的是数字孪生的实施,因为它更实用,可以采用 "资产孪生"、"产品孪生 "和 "生产线孪生 "等可能的形式。
    在这里,我们更强调数字孪生在不同合作伙伴之间的应用和链接(协作)。资产孪生 "又称主数据或信息孪生,是第一种也是最简单的构成。它是实体在生产和交付过程中的纯数字化呈现。这种形式可以利用主数据、文档、CAD 文档和零件清单中的汇编信息实现新的使用案例。例如,数字类型铭牌 或 ID 链接。

    第一个扩展阶段,即 "产品孪生",也为利用额外的物联网数据(来自传感器和控制器)进行预测性维护提供了机会。最高扩展阶段是 "生产线孪生",通过连接生产线上的所有数字孪生,实现流程模拟。就数字孪生的形式而言,我们目前正在开发 "资产孪生"。我们与 LESER 公司合作,统一了安全阀 主数据数字化所需的所有信息。我们还使用 ECLASS 和 VDI2770 等行业标准。这为将来生成和使用 "数字产品护照 (DPP) "的信息平台奠定了基础。

    读者亨德里克-沃尔穆斯
    从技术上讲,我没有什么可补充的。我想强调的是,合作伙伴之间的合作是成功的关键。完整的数字孪生系统由许多组件组成。作为安全阀 的制造商,我们掌握着部分数据,如操作手册和证书。操作人员掌握着安全阀 在应用中的行为数据。维护操作会造成磨损部件和停机时间。将这些方面整合到一个解决方案中并使其适用于整个行业是一项重大的协调任务。但解决这个问题是值得的。

    数字孪生是一项备受关注的新技术,据预测它将拥有光明的未来。您对此有何评价?

    拜耳公司马克-韦斯特法尔
    如前所述,数字孪生是所有数字化项目的关键。没有它,就不可能整合整个生命周期中的所有相关信息(特征、状态)。因此,数字孪生的潜力是巨大的。只有在制造商、运营商和服务提供商之间协同使用数字孪生系统,才能真正发挥其潜力。这主要需要建立统一的数据标准,如上文提到的 AAS。数据主权的其他方面也必须加以规范。

    如果合作伙伴之间的这种互动得到了规范,那么在物品的生命周期内,新的附加服务的大门就会敞开。基于现有信息的语义网络方案也并非乌托邦。以数字孪生为基础,人工智能的使用也能得到有效推进。


    Hendrik Wormuth,READER我们还坚信,对使用数据的结构化访问将使我们能够开发出更好的定制产品,并为客户提供更好的建议。通过证明安全阀 在使用过程中的排放量 ,我们将有可能提出基于应用的产品建议。

    今后,我们的客户可以随时随地获取有关其安全阀 的所有信息。最后但并非最不重要的一点是,"类型 "标签 上的唯一标签也是一个机器可读的标识符,在整个安全阀 文档中被用作 ID。

    您认为有哪些障碍,打算如何克服?

    拜耳公司马克-韦斯特法尔
    遗憾的是,我们在很多地方仍在谈论理论。
    我们如何定义合作伙伴之间互动的 "数字孪生"?它的基础是什么?数字孪生是否具有互操作性?如何实现必要的数据主权?
    遗憾的是,在信息技术系统中也存在系统和数据技术障碍,特别是在合作过程中的信息交换平台。

    为了克服这些障碍,我们总结了以下几个方面:
    与所有利益相关者(制造商、运营商、服务提供商、平台运营商)建立合作伙伴关系,尤其是开放的合作方式。只有平等地了解彼此的框架条件和要求,我们才有机会找到有效和可持续的解决方案。
    委员会(包括上述委员会)中的联合对话有助于找到广泛适用的解决方案。
    最后但并非最不重要的一点是,让用户参与开发非常重要,尤其是在可能的新服务和 E2E 流程方面。使用案例和用户故事都是与用户一起设计的。


    Hendrik Wormuth,LESER
    没有人能够独自有效地解决这些任务。即使拜耳股份公司和 LESER 共同制定了解决方案,它也不适合大规模生产。其他产品的制造商和其他运营商在应用时也会遇到困难。简而言之,我们只能获得一个效益有限的孤立解决方案。

    您对数字孪生系统在工厂工艺流程和安全阀 维护方面有什么期望?

    拜耳公司马克-韦斯特法尔
    我们总是希望能够看到已安装的安全阀 和系统中备用的安全阀 的当前状态。数字孪生一方面可以帮助我们了解所有技术属性,另一方面可以跟踪服务提供商对安全阀 的更改和维修情况。服务提供商有义务在信息交换平台上记录变化情况,并提供给运营商。
    数字孪生为运营商方面的库存管理和工程过程提供了标准基础。


    Hendrik Wormuth,LESER
    我们想知道如何使我们的产品更加耐用。在某些应用中,典型的损坏模式是什么?在哪些运行模式下,使用寿命特别长或特别短? 安全阀 在哪些运行阶段会损坏?

    从中长期来看,数字化将为拜耳和 LESER安全阀 之间的互动带来哪些机遇?


    拜耳公司 Marc Westphal
    制造商、运营商和服务提供商之间的数字化协作已实现自动化。这样,所有相关方都能在资产生命周期的任何时候获取所需的信息。

    未来,我们看到利益相关者之间的数据交换将显著增加。这将带来更多的创新服务。尤其是对现场系统组件的状态监测,将使服务提供商能够提供新的服务。制造商将直接从应用中获得用于产品开发的相关数据。

    这将使制造商能够提高产品的耐用性和更换预测的准确性。

    数字化战略的下一步是什么?


    马克-韦斯特法尔(Marc Westphal),拜耳公司
    在与 LESER 的互动方面,我们将很快把 "资产孪生 "从先导阶段 转入 "稳态 "阶段,然后再进一步优化。

    为委员会工作的一部分,我们将与 LESER 合作,进一步开发 和利用 AAS。这样,我们就能从数字数据链 (DDC) 的角度推进数字孪生的标准化。