數位孿生：按時且在預算內打造更智慧的產品

事實上，在試運行期間發現的設計問題通常被認為只是營運成本的一部分，因為新設計對許多企業的成功至關重要。

然而，在機械設計行業中，一些公司正在前期設計階段投入更多資源，大幅減少他們在開發後期階段會遇到的問題數量。

這種技術是航空航天和汽車領域經過時間考驗的做法，對幾種設計策略的審查顯示，即使前期投資增加5～10%，也能將成本超支減少50～100%。

額外的投資用在哪裡？在機械設計行業中，一項正在獲得關注的關鍵技術是使用數位孿生——物理系統的虛擬、基於模型的表示。

數位孿生可以在一個統一的建模環境中幫助考慮整個系統的動態，有助於提供關於組件之間相互作用的具體資訊。

有了這些可用的資訊，工程師獲得了一個新工具來發現設計問題，特別是當他們的產品涉及新的、未經測試的設計時。

在概念階段開發新產品時，數位孿生可以在為工程師提供處理設計的新能力方面發揮巨大作用。

為確保順暢的調試過程，可以使用數位孿生模型（右）來測試可程式邏輯控制器代碼（左），這是通用自動化軟體提供的新流程。

由於數位雙胞胎是系統級模型，能夠快速提供模擬結果，工程師可以輕鬆測試假設情境，並透過簡單地改變設計參數並在幾分鐘內看到結果來探索權衡取捨。

例如，如果工程師正在為新的快速回程機器選擇馬達尺寸，他們的數位雙胞胎可以提供馬達所承受動態負載的完整圖像，降低交付後組件故障的風險。

除了更安全、更有效的概念開發階段之外，工程師還可以透過使用數位雙胞胎技術實現廣泛的效益：

• 虛擬調試：在第一次建造之前很久，工程師就可以預測執行器在其工作週期中將面臨的穩態和瞬態負載。為了確保正確的性能，他們可以使用常見的自動化軟體，將其可程式邏輯控制器硬體與數位雙胞胎進行測試，或在可程式邏輯控制器程式碼下載到硬體之前直接測試其程式碼，這些都能在整個系統中實現精確調校的控制。
• 線上診斷：與真實機器並行運行數位雙胞胎可以提供寶貴的洞察，了解當機器老化時其響應偏離模型時可能出現問題的位置。

• 虛擬感測器：由於數位分身的動態響應建立在嚴謹的物理定律基礎上，某些內部計算屬性可能足以用作控制系統的輸入，無論是暫時替代故障感測器直到修復，或是完全消除該感測器的使用。
• 預測性維護：透過數位分身，工程師可以評估動態負載對軸承、齒輪和馬達的影響，這些影響是由工作週期變化所造成的。讓數位分身經歷擬議的工作週期，有助於確定這些組件的負載以及對組件壽命的影響。
• 銷售工具：在工程部門之外，數位分身可用於銷售過程中，以驗證客戶規格並提供針對每個客戶專門定制的準確資訊。這些資訊有助於驗證機器在不同負載或操作條件下的性能和運作，而無需工程師進行全面諮詢。

如同任何面臨激烈競爭的行業，機器設計領域正在增強其創造先進機器的能力，這些機器能夠無故障運行。

隨著新產品挑戰當前工程實務的極限，需要新工具來協助工程師，當他們的直覺與現有技能受到考驗時。

數位分身是這些新工具之一，隨著其採用持續增加，我們可以期待看到新產品推動自動化產業可能性的極限。