在本系列中,我们介绍了关于预测性维护的不同主题。如果你在搜索类似的话题,你可能会看到“数字双胞胎”这个词。在本视频中,我们将讨论什么是数字双胞胎,为什么要使用数字双胞胎,以及如何创建数字双胞胎。
预测维护是数字双胞胎的关键应用领域之一。数字孪生被定义为运行中的真实物理资产的最新表示。让我们用一个例子来理解这是什么意思。假设我们在不同的地点有多个井场,我们在那里操作多个泵从地下提取石油和天然气。在数字双胞胎的定义中,我们所说的资产可能是一个系统的组成部分,比如泵的阀门,或者它可以是一个系统,泵本身,或者它可以是一个系统的系统,即具有多个泵的井场。这里,我们假设我们的资产是泵。可以通过创建一个模型来实现泵的最新表示,该模型将使用来自泵的传入数据进行更新,以表示其当前状态。在讨论如何使用不同类型的模型创建数字双胞胎之前,让我们先讨论一下从数字双胞胎中可以得到什么好处。
我们说过,每个井场都有多个泵在运行。我们知道这些泵包含阀门、密封件、柱塞等部件,这些部件非常昂贵。因此,我们希望通过提前预测故障来预防故障,这反过来又将帮助我们减少停机时间。我们可能还想确定系统中出现的故障,并深入了解哪些部件可能需要维修或更换。这也将帮助我们更好地管理库存。所有的泵可能具有相似的功能;它们甚至可以由同一家制造商生产。但不同的操作条件会影响这些泵的工作效率。我们希望能够监控整个舰队,模拟未来的场景,并进行比较,目的是提高舰队的整体效率。这将有助于我们制定行动计划。
既然我们已经讨论了什么是数字双胞胎以及为什么要使用它,那么让我们讨论一下如何创建它。我们需要使用的建模方法实际上取决于我们对数字双胞胎的预期用途。例如,如果我们想要预测泵的剩余使用寿命以优化维护计划,那么我们可以使用数据驱动的模型,例如我们在前面的视频中讨论的模型。我们对来自泵的数据类型的了解将决定我们将使用哪个模型。例如,如果我们没有完整的历史记录,但知道一个安全阈值,那么我们可以使用退化模型来估计泵的剩余使用寿命。通过使用不同传感器(如压力、流量和振动)测量的泵数据,该退化模型不断更新。如果我们对数字双胞胎的预期用途不同——假设我们想模拟未来的场景,并监控舰队在这些场景下的行为——那么我们可以使用基于物理的建模。一个例子就是这样一个物理模型,它是通过将机械和液压元件连接在一起创建的。该模型由泵的数据输入,其参数根据输入数据进行估计和调整,以保持该模型的更新。使用该模型,可以注入不同类型的故障,并模拟不同故障条件下泵的行为。 Similarly, a Kalman filter can be also used as a digital twin, which can model the degradation of the pump as a state and periodically update this state to represent the current condition of the pump. These are some examples of how a digital twin can be created. Based on the intended use, the digital twin can also be a combination of these models.
现在您已经了解了如何创建一个数字双胞胎,您可能想知道我们需要为舰队创建多少个数字双胞胎。我们需要为每一项资产创建一个独特的数字双胞胎。这意味着,对于不同井位的每台泵,我们都需要创建一个唯一的数字双胞胎,该数字双胞胎已经初始化了特定泵的参数。根据预期用途,一个泵可能有多个数字孪生。例如,如果您想要进行故障预测和故障分类,那么您需要创建不同的模型来满足这些不同的目的。
所有这些数字双胞胎都通过物联网连接在一起,并共享信息。数字双胞胎的一个重要特征是它捕捉了其真实资产的历史。前面我们提到过,数字孪生模型会定期更新,以表示其实际资产的当前状态。随着时间的推移,这些过去的状态成为资产的历史。包含在历史记录中的信息类型可能会根据我们使用数字双胞胎的方式以及在当前状态下捕获的内容而有所不同。例如,如果我们使用数字孪生来进行故障分类,那么每个数字孪生捕获的历史可以是来自特定泵及其健康和故障状态的运行数据。在未来,一个泵的运行数据可以与这些数字孪生历史进行比较,以了解其他泵在类似故障下的表现,以及它如何影响车队的效率。
能够使用数字双胞胎监控整个舰队还带来了规划运营事件和改进维护策略方面的其他优势。想象这样一种情况,其中一个泵预计很快就会故障。使用数字双胞胎,你可以评估这将如何影响舰队的效率,以及它将给你带来什么成本。基于此分析,您可以订购更换,并在获得新部件之前以次优状态运行泵。或者你可以支付更多的运费,并立即得到零件,尽快安排维修。
随着数字双胞胎帮助您了解其资产的历史,它们还可以帮助您规划未来。您可以使用数字双胞胎来模拟数百个未来场景,以了解某些因素(如天气、车队规模或不同的操作条件)如何影响性能。这将有助于您管理资产和优化操作,提前通知维护人员预期的故障,以便他们计划未来的维修和更换。
总而言之,数字孪生是资产运行的最新表示。从资产和环境中捕获的数据定期发送到数字双胞胎,数字双胞胎将使用这些数据更新并调整到其实际资产。每个单独的资产都有一个独特的数字双胞胎,它还捕捉了其真实资产的历史。我们需要使用建模方法来创建数字双胞胎,这是由我们的预期用途驱动的。通过使用数字双胞胎,您可以提前预测故障并减少停机时间,更好地管理备件库存,监控和管理车队,进行假设模拟,并优化操作。
有关使用MATLAB和Simulink设计预测性维护算法的更多信息,不要忘记查看产品页面。万博1manbetx在这个视频下面,你还会发现其他可以用来设计数字双胞胎模型的产品。s manbetx 845
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