从系列:预测性维护
Melda Ulusoy,MathWorks公司
预测性维护是关键的应用领域之一数字双胞胎。本视频讨论了什么是数字双胞胎,为什么要使用数字双胞胎,以及如何创建它们。
数字孪生表是一种实时的实际物理资产的表示形式。数字双胞胎的预期用途决定了创建数字双胞胎所需的建模方法。建模方法的范围从基于物理的模型到数据驱动的方法,如机器学习模型。您可以创建这样的模型使用:
通过使用数字双胞胎,你可以提前预测故障并减少停机时间,更好地管理备件库存,监控和管理你的舰队,做什么假设模拟,优化操作。
在这个系列中,我们在预测性维护覆盖不同的主题。如果您正在寻找类似的话题,你可能会遇到术语“数字双胞胎。”在这段视频中,我们将讨论数字双是什么,为什么要使用数字双胞胎,以及它们如何被创建。
预测维护是数字双胞胎的关键应用领域之一。“数字孪生”被定义为实际运行中的实体资产的最新表示。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井位,我们操作多个泵从地面提取石油和天然气。我们指的是作为一种资产的定义数字双会系统的一个组件,比如阀的泵,也可以是一个系统,泵本身,也可以是一个系统的系统与多个泵的油井。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输入数据进行更新,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,让我们先讨论一下数字双胞胎的好处。
我们说,有每个井场运行多个泵。我们知道,这些泵包含零件,如阀门,密封件,柱塞,这是非常昂贵的。因此,我们要防止故障通过预测他们提前,这反过来将帮助我们减少停机时间。我们可能还需要确定,在这个系统开发的故障和,深入分析哪些零件需要修理或更换。这也将帮助我们更好地管理我们的库存。所有的泵可能具有相似的功能;他们甚至可以由同一制造商来制造。但是,不同的操作条件会影响这些泵将如何有效地工作。我们希望能够监控整个车队,模拟未来情景,并进行比较,目的是提高车队的整体效率。这将有助于我们与运营规划。
既然我们已经讨论了什么是数字孪生兄弟,以及为什么要使用它,让我们来讨论如何创建它。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使用。例如,如果我们想要预测泵的剩余使用寿命来优化维护计划,那么我们可以使用一个数据驱动的模型,就像我们在前面的视频中讨论的那样。我们对泵的数据类型的了解将决定我们将使用哪种模型。例如,如果我们没有来自舰队的完整历史,但知道一个安全阈值,然后我们可以使用一个退化模型来估计泵的剩余使用寿命。这个退化模型是不断更新的使用数据从泵测量不同的传感器,如压力,流量,和振动。如果我们对数字双胞胎的预期使用是不同的——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而创建的。该模型由来自泵的数据输入,并根据输入的数据对其参数进行估计和调整,以使该模型保持最新。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的泵的行为。 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,你有你如何创建一个数字双的想法,你可能想知道我们需要多少数字双胞胎创造舰队。对于每一个个人的资产,我们需要创建一个独特的数字双。这意味着,为每个泵在不同的井场,我们需要创建一个已初始化与特定泵的参数独特的数字双。根据使用目的,泵可以具有多个数字双胞胎。例如,如果你想要做的故障预测和故障分类,那么你需要创建一个服务于这些不同用途的不同车型。
所有这些数字双胞胎是通过物联网连接和他们分享信息。数字双胞胎的一个重要特点是,它抓住了真正的资产的历史。前面我们提到,数字双模式正在被定期更新,以代表其真正的资产的当前状态。随着时间的推移,这些过去的状态成为该资产的历史。该类型包含在该历史信息可能会有所不同基于我们如何使用数字双胞胎,什么在当前国家抓获。举例来说,如果我们使用的是数字双对故障进行分类,然后由每个数字双捕获的历史可以从具体泵及其健康和故障状态的运行数据。在未来,从一个泵的运行数据可以与这些数字双历史理解其他泵下类似故障如何表现,以及它如何影响了舰队的效率。
能够监视使用数字双胞胎整个舰队计划运行事件和改进维护策略方面也带来了其他的优点。想象这样一个泵,预计很快会出现故障的情况。利用数字双胞胎,你可以评估,这将如何影响舰队的效率,它会花费你。在此基础上分析,您可以为了更换和运行在一个次优状态,您的泵,直到你得到新的部件。或者你也可以支付更多的运费,并立即得到了部分计划维护尽快。
随着数字双胞胎帮助你了解自己的资产的历史,他们还可以帮助您与未来规划。您可以使用数字双胞胎模拟数百未来情景看到某些因素如天气,机队规模,或者不同的操作条件如何影响性能。这将帮助你管理你的资产和优化运营方式通知您的维修人员对故障的预期提前,使他们能够计划未来的维修和更换。
总之,数字双是操作中的资产的一个上的最新表示。从资产和环境中捕获的数据周期性地被发送到数字双,正在与该数据更新,并且调谐到其实际资产。每一个人资产有一个独特的数字双也俘虏了其真正的资产的历史。我们需要用它来创建一个数字双建模方法是由我们的预期用途驱动。通过使用数字双胞胎,你可以提前预测故障并减少停机时间,更好地管理备件库存,监控和管理你的舰队,做什么假设模拟,优化操作。
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