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产业/工业
作者:石化盈科
2021-10-18 17:06
[亿欧导读]

数字孪生的五大特征。

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本文来自: 石化盈科 题图来自“公开图片”

来源:石化盈科

数字孪生源于美国国家航空航天局的“阿波罗计划”,目的是构建两个相同的航天器,其中一个在太空执行任务,另一个用来实时反映太空中航天器的工作状态,这样可以帮助工程师分析处理太空航天器的运行状态[1]。2003年后,数字孪生的设想出现在了美国Grieves教授有关产品全生命周期管理的课程中。关于数字孪生的定义,业内暂无统一定义。

不同的组织对数字孪生这一概念的思考角度、应用方向各不相同,因此给出的定义也有所不同,但核心思想都是在虚拟空间构建数字模型,并使之与物理实体进行实时的交互映射,忠实地描述物理实体在整个生命周期的状态和发展轨迹。

数字孪生的五大特征

从数字孪生的思想和定义可以看出,数字孪生具有互操作性、可扩展性、实时性、保真性、闭环性五大典型特征[1]

互操作性

数字孪生中的物理对象和数字空间能够双向映射、动态交互和实时连接,能够在不同数字模型之间转换、合并和表达。

可扩展性

数字孪生具备集成、添加和替换数字模型的能力,能够针对多尺度、多物理、多层级的模型内容进行扩展。

实时性

数字孪生可对随时间轴变化的物理实体进行表征,包括物理实体的外观、状态、属性和内在机理,最终形成物理实体实时状态的数字虚体映射。

保真性

数字孪生的保真性指描述数字虚体模型和物理实体的接近程度,要求虚体和实体不仅要保持几何结构的高度仿真,在状态、相态、属性和时态上也要仿真。

闭环性

数字孪生中的数字虚体,可对物理实体的状态数据进行监视、分析、推理,以优化工艺参数和运行参数,实现决策功能。

数字孪生技术在石油化工行业的应用

近几年来,数字孪生逐渐得到了社会的广泛关注,许多机构与企业高度重视数字孪生,极力探索基于数字孪生的智能生产模式。对于石油化工行业,数字孪生技术研究及应用目前主要集中在生产全流程和运行维护上,即油气勘探、钻井过程、石油工程装备全生命周期、智能工厂建设及应用等。

工程装备数字孪生

通过构建工程装备的数字孪生,实时客观的反映工程装备的数据及状态,通过真实物理量的实时上传,进行实时数据建模与数据虚拟呈现,完成现实物理世界与数字世界的同步,尽可能多方面多维度还原工程装备的情况,以钻具为例,包括运输节点、使用节点、入井节点等,完整工程装备时间轴上的完整性。通过对数字孪生体数据的挖掘和分析,利用工程专业工具及大数据手段,对数据不断反演、模拟预测及训练,最终做到对装备的准确评估、对物资调配的合理分配、对潜在风险的预判预警,以提高装备应用效果、降低作业风险。

钻井过程数字孪生

在半潜式钻井平台的基础上开展数字化研究,通过创建物理信息系统来监测数据驱动信息空间中构建的设备运行状态,可以实现钻井平台关键设备变化情况的模拟和预测,达到实现钻井平台与虚拟空间模型相互映射、相互指导的目标[2]。未来,钻井过程数字孪生技术有望发展到钻井过程全生命周期中,基本过程大致概括为:结合各种工程技术对地面及井下数据进行检测,选择出最优施工方案,预测施工过程中可能出现的异常并给出处理方案等。

石油管道数字孪生

石油管道运营商可以通过在线监测,获得大量管道运行数据,但如何利用这些数据、实现数据可视化一直是石油管理领域的难点。数字孪生利用虚拟现实技术,获得3D石油管道数据图像。用户通过对石油管道虚拟图像进行处理,利用全息透视眼镜,便可清晰观测管道内情况。同时,将管道附近反映地质变化状况的重点区域进行热图成像,用户利用该图像便能更好地发现小凹痕、裂缝、腐蚀区域等地质变化状态以及管道应变等潜在危险。

智能工厂数字孪生

在智能工厂中,数字孪生技术可以用于工程建设的数字化交付、智能工厂装置的优化和控制、设备的故障监测等多个场景。在智能工厂的建设过程中,通过数字模型和实体工程的双重交付,实现新建厂的全面数字化、智能化;通过建立物理实体装置高精度的虚拟模型,并建立两者之间的数据交互,实现虚实映射、交互融合,从而做到面向市场价格变化的装置级优化和控制;结合虚拟模型和设备物理实体的运行数据,对设备健康状态进行评估,保证物理实体安全高效运行。

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