智能設(shè)備數(shù)字孿生應(yīng)用 課件 3、數(shù)字孿生的相關(guān)領(lǐng)域-產(chǎn)品全生命周期、云計算

智能設(shè)備的數(shù)字孿生授課教師：卞化梅數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理數(shù)字孿生與云計算數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)2.12.22.3第二章

數(shù)字孿生的相關(guān)領(lǐng)域2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生與車間生產(chǎn)數(shù)字孿生與智能制造數(shù)字孿生與工業(yè)邊界2.52.62.7知識目標(biāo)：本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

掌握產(chǎn)品全生命周期管理概念；

理解數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理；

理解大數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生的關(guān)系；

掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念；

掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的關(guān)鍵名詞；理解車間生產(chǎn)智能化管理和車間生產(chǎn)與數(shù)字孿生；了解智能制造標(biāo)準(zhǔn)先行；

了解我國智能制造標(biāo)準(zhǔn)化工作推進情況；

了解數(shù)字孿生與工業(yè)邊界。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)能力目標(biāo)：

能正確的闡述產(chǎn)品全生命周期管理概念；

能清晰描述數(shù)字孿生與全生命周期之間的關(guān)系；

能正確的闡述產(chǎn)品全生命周期管理概念；

能清晰描述數(shù)字孿生與全生命周期之間的關(guān)系；

能舉例說明生活中大數(shù)據(jù)應(yīng)用的3-4個案例;

能辨別工業(yè)互聯(lián)的關(guān)鍵名詞;

能描述哪些屬于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；

能正確描述車間生產(chǎn)智能化哪些場景可以使用數(shù)字孿生技術(shù)；

能說出1-2個智能制造標(biāo)準(zhǔn)；

能正確描述自動駕駛系統(tǒng)與數(shù)字孿生關(guān)系；

能描述智能城市數(shù)字孿生的特征。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)的方法與途徑。培養(yǎng)學(xué)生對知識的聯(lián)想能力與舉一反三的能力。

數(shù)字孿生賦能全生命周期管理。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，我國出臺了很多關(guān)于促進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的舉措，對我國重要的幾個城市進行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的布局。我國智能制造的標(biāo)準(zhǔn)化工作發(fā)展及其推進情況，強調(diào)了智能制造是我國制造強國建設(shè)的主攻方向。通過自動駕駛系統(tǒng)、城市數(shù)字孿生、智慧園區(qū)管理等與數(shù)字孿生的關(guān)系，進一步說明數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的趨勢。通過智慧園區(qū)管理等與數(shù)字孿生的關(guān)系，進一步說明數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的趨勢。數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理2.1知識回顧數(shù)字孿生的特征有哪些？數(shù)字孿生的發(fā)展階段有哪些？數(shù)字孿生的本質(zhì)旨在為現(xiàn)實世界的物體對象在虛擬世界中進行數(shù)字建模，構(gòu)建一個在虛擬世界中完全一致的數(shù)字模型。數(shù)字孿生的信息建模不僅限于傳統(tǒng)的底層信息的傳輸，它的技術(shù)架構(gòu)及內(nèi)涵涉及多個交叉學(xué)科，從技術(shù)的角度來看，數(shù)字孿生的技術(shù)體系是非常的龐大，從感知、計算、建模過程，覆蓋了感知控制、數(shù)據(jù)集成、模型的構(gòu)建、模型互操作、業(yè)務(wù)集成、人機交互等諸多的技術(shù)領(lǐng)域。2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理數(shù)字孿生技術(shù)產(chǎn)品全生命周期管理物理實體云計算大數(shù)據(jù)3D建模工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人工智能數(shù)字孿生技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理產(chǎn)品策劃產(chǎn)品實現(xiàn)產(chǎn)品交互產(chǎn)品運營產(chǎn)品分析、產(chǎn)品定位、產(chǎn)品規(guī)劃、商業(yè)模式、定價策略、運維策略產(chǎn)品發(fā)布的規(guī)劃、產(chǎn)品需求的定義、澄清與估算、產(chǎn)品立項與結(jié)項、敏捷開發(fā)與持續(xù)集成產(chǎn)品的部署上線、產(chǎn)品驗收、產(chǎn)品的發(fā)布業(yè)務(wù)運營、客戶服務(wù)支持、安全運維2.1.1產(chǎn)品全生命周期管理2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理2.1.1產(chǎn)品全生命周期管理

產(chǎn)品生命周期管理（（ProductLifecycleManagement，PLM））產(chǎn)品生命周期管理是從產(chǎn)品的需求開始到產(chǎn)品淘汰報廢的全部生命歷程，它的本質(zhì)是一種較為先進的企業(yè)信息化的思想，采用該方法的管理使得企業(yè)運用最有效的方式和手段為其增加收入和減低成本。PLM是一個集成的、信息驅(qū)動的方法，它涵蓋了從設(shè)計、制造、配置、維護、維修到最終處理的產(chǎn)品生命周期的所有方面。PLM用于管理產(chǎn)品生命周期的所有業(yè)務(wù)的集成。計算機輔助設(shè)計CAD工程數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理計算機集成制造PLMEDMPDMCIM2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理2.1.2產(chǎn)品全生命周期管理適用的行業(yè)或領(lǐng)域從PLM的特征來看，產(chǎn)品生命周期管理適合與產(chǎn)品生產(chǎn)相關(guān)任何行業(yè)，如典型的制造行業(yè)，適合具體的大量零部件裝備的制造業(yè)，或者在生產(chǎn)過程之間存在大量依賴關(guān)系的制造業(yè)。因為PLM需要提供產(chǎn)品生命周期信息的創(chuàng)建、管理、分發(fā)及應(yīng)用的一系列解決方案，而PLM提供商通常是從產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理提供商轉(zhuǎn)型而來，需要集成企業(yè)的資源規(guī)劃、客戶關(guān)系管理和供應(yīng)鏈管理等系統(tǒng)，在全球的大型制造企業(yè)中，70%以上的企業(yè)運用了產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)。2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理2.1.2產(chǎn)品全生命周期管理適用的行業(yè)或領(lǐng)域從PLM的特征來看，產(chǎn)品生命周期管理適合與產(chǎn)品生產(chǎn)相關(guān)任何行業(yè)，如典型的制造行業(yè)，適合具體的大量零部件裝備的制造業(yè)，或者在生產(chǎn)過程之間存在大量依賴關(guān)系的制造業(yè)。研發(fā)設(shè)計生產(chǎn)制造市場營銷運營支持2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理2.1.3數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理數(shù)字孿生可以用于產(chǎn)品全生命周期，可以實現(xiàn)對產(chǎn)品行為方式和性能指標(biāo)的分析預(yù)測，提高產(chǎn)品研制和運行效率，降低生產(chǎn)和運維成本。從數(shù)字孿生的角度去描述產(chǎn)品全生命周期管理，主要包括研發(fā)設(shè)計階段、生產(chǎn)制造階段、市場營銷階段和運營支持階段。2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理2.1.3數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理

產(chǎn)品設(shè)計階段數(shù)字孿生在研發(fā)設(shè)計階段可以提高設(shè)計的準(zhǔn)確性，在沒有制作物理實體前，可以驗證產(chǎn)品在真實環(huán)境中的性能。在這個階段可以利用計算機輔助設(shè)計（CAD）等工具根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)及其規(guī)格的要求虛擬產(chǎn)品原型，能精確的記錄各種實體的物理參數(shù)，采用可視化的方式進行展示，經(jīng)過一系列的可重復(fù)、可變的參數(shù)、可加速的仿真實現(xiàn)來檢驗產(chǎn)品在不同環(huán)境下的性能、行為。在產(chǎn)品設(shè)計階段，數(shù)字孿生可以提高產(chǎn)品的準(zhǔn)確性并驗證產(chǎn)品在真實環(huán)境下的性能，在這個階段數(shù)字孿生體主要包括兩個功能數(shù)字模型設(shè)計及模擬和仿真。2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理2.1.3數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理圖2-2三維標(biāo)注產(chǎn)品模型構(gòu)建一個全三維標(biāo)注的產(chǎn)品模型，主要將幾何信息和非幾何信息通過產(chǎn)品三維模型由設(shè)計過程傳遞至生產(chǎn)加工過程，打通設(shè)計工藝和制造的三維數(shù)據(jù)鏈，是各個企業(yè)迫切的技術(shù)需求。采用一些列的重復(fù)、可變參數(shù)、可急速的仿真實驗，去驗證產(chǎn)品在不同的外部環(huán)境下的性能和表現(xiàn)，相當(dāng)于是在設(shè)計階段就可以實現(xiàn)驗證產(chǎn)品的適應(yīng)性。數(shù)字模型設(shè)計模擬與仿真圖2-3汽車節(jié)能減排的數(shù)組孿生體設(shè)計2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理2.1.3數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理

生產(chǎn)制造階段在生產(chǎn)制造階段，要實現(xiàn)產(chǎn)品建檔（ProductMemory）或產(chǎn)品數(shù)據(jù)包（ProductDataPackage），換句話而言就是制造信息的采集和全要素的重建，包含了制造BOM(ManufactureBOM，MBOM)，質(zhì)量數(shù)據(jù)、技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)、產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)、生產(chǎn)進度數(shù)據(jù)、逆向過程數(shù)據(jù)等的采集和重建。數(shù)字孿生在生產(chǎn)制造階段主要實現(xiàn)三個功能，生產(chǎn)過程仿真、數(shù)字化生產(chǎn)線、關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)控和過程能力的評估。生產(chǎn)過程仿真數(shù)字化生產(chǎn)線關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)控和過程能力的評估2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理2.1.3數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理生產(chǎn)過程仿真在產(chǎn)品生產(chǎn)之前通過構(gòu)建虛擬產(chǎn)品，模擬不同產(chǎn)品、不同參數(shù)、不同的外部條件下的生產(chǎn)過程，實現(xiàn)對產(chǎn)能、效率以及可以出現(xiàn)的生產(chǎn)瓶頸等問題進行研判，從而提升新產(chǎn)品導(dǎo)入過程的準(zhǔn)確度和速度。0102圖2-1生產(chǎn)過程仿真模擬圖2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理2.1.3數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理數(shù)字化生產(chǎn)線將生產(chǎn)階段中涉及的各種要素，如原材料、工藝配方、設(shè)備、工序等要求，通過數(shù)字化手段集成到一個寫作的生產(chǎn)過程中，根據(jù)規(guī)則去自動化完成各種條件下的操作，實現(xiàn)自動化的生產(chǎn)過程，在這期間，記錄生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)，為后續(xù)的優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)。02圖2-3玻璃數(shù)字化生產(chǎn)車間如數(shù)字孿生玻璃絕緣子車間可以在數(shù)字環(huán)境內(nèi)構(gòu)建數(shù)字孿生車間，即對車間設(shè)備、生產(chǎn)過程和車間環(huán)境等進行數(shù)字化映射，實現(xiàn)生產(chǎn)車間的數(shù)字孿生，進而為玻璃絕緣子車間生產(chǎn)的模擬和優(yōu)化提供平臺。2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理2.1.3數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)控和過程能力的評估數(shù)字孿生賦能于生產(chǎn)過程、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線等其他形態(tài)的高度集成環(huán)境，將生產(chǎn)階段各要素(如原材料、設(shè)備、工藝、工序等）通過產(chǎn)品虛擬生產(chǎn)過程中體現(xiàn)出來，模擬仿真產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程，記錄生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)，對生產(chǎn)過程中的產(chǎn)能、效率、可能出現(xiàn)的生產(chǎn)瓶頸進行預(yù)判與改進，這樣可以縮短新產(chǎn)品的導(dǎo)入周期，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的交付速度，降低產(chǎn)品生產(chǎn)的成本。如圖2-5所示。03圖2-5數(shù)字孿生在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理2.1.3數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理

市場營銷階段在市場營銷階段，可以在生產(chǎn)實際的產(chǎn)品前，利用數(shù)字孿生先去構(gòu)建產(chǎn)品的虛擬原型，可以通過虛擬顯示技術(shù)模擬體驗產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能和性能等，為市場營銷人員在做市場推廣過程中使用虛擬的產(chǎn)品，這樣可以根據(jù)客戶提出的產(chǎn)品改進意見進一步去優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，同時也可以根據(jù)客戶的需求進行產(chǎn)品的定制化生產(chǎn)和個性化配置選型，實現(xiàn)了產(chǎn)品的柔性制造。構(gòu)建產(chǎn)品的虛擬原型模擬體驗產(chǎn)品優(yōu)化產(chǎn)品定制化生產(chǎn)個性化配置選型2.1數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理2.1.3數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理

運營支持階段數(shù)字孿生在模擬產(chǎn)品裝卸、使用、更換零部件等一些運行維護階段，可以利用產(chǎn)品上的傳感器和控制系統(tǒng)記錄各種參數(shù)等數(shù)據(jù)，構(gòu)建產(chǎn)品部件級、系統(tǒng)級甚至產(chǎn)品級健康指標(biāo)體系。利用產(chǎn)品數(shù)字孿生在虛擬環(huán)境運行，對產(chǎn)品故障進行預(yù)測，將預(yù)測維修的分析結(jié)果對產(chǎn)品維修策略進行針對性的調(diào)整優(yōu)化，降低甚至避免產(chǎn)品非計劃停機帶來的損失。預(yù)測故障降低、避免損失針對性優(yōu)化產(chǎn)品數(shù)字孿生數(shù)字孿生與云計算2.22.2數(shù)字孿生與云計算2.2.1云計算

云計算（cloudcomputing）定義：是提供信息技術(shù)、軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的服務(wù)。云中的計算資源共享池叫做“云”，云計算將這些計算資源集合起來，采用軟件實現(xiàn)自動化管理，用戶根據(jù)業(yè)務(wù)需要按需購買。換言之，就是將計算能力包裝成商品如云服務(wù)器、云存儲、云數(shù)據(jù)庫、公網(wǎng)IP、網(wǎng)關(guān)、云網(wǎng)絡(luò)、人工智能等，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)，像水、電、氣、煤一樣按需進行購買。2.2數(shù)字孿生與云計算2.2.2云計算的特征云計算特征彈性伸縮服務(wù)可度量按需自助服務(wù)無所不在的網(wǎng)絡(luò)訪問資源池彈性伸縮：根據(jù)需要向上或向下擴展資源的能力。對用戶來說，云計算的資源數(shù)量沒有界限，他們可按照需求購買任何數(shù)量的資源。服務(wù)可度量：云計算供應(yīng)商控制和監(jiān)測云計算服務(wù)的各方面使用情況，如計費、訪問控制、資源優(yōu)化、容量規(guī)劃等按需自助服務(wù)：云計算的按需服務(wù)和自助服務(wù)意味著用戶可以在需要時直接使用云計算服務(wù)，而不必與服務(wù)供應(yīng)商進行人工交互。無所不在的網(wǎng)絡(luò)訪問：用戶只要上Internet，就可以使用云計算。資源池：資源池允許云計算供應(yīng)商通過多用戶共享模式服務(wù)于用戶。物理和虛擬資源可根據(jù)用戶需求進行分配和重新分配。資源池具有地點獨立性，客戶一般無法控制或了解所提供資源的確切位置，但可以在高端提取層面（如地區(qū)、國家或數(shù)據(jù)中心）指定位置。2.2數(shù)字孿生與云計算2.2.3云計算與數(shù)字孿生的關(guān)系云計算作為互聯(lián)網(wǎng)時代重要的基礎(chǔ)設(shè)施，逐步滲透到各個領(lǐng)域。在數(shù)字化的時代，云計算與數(shù)字孿生的結(jié)合會帶來哪些變化呢？010203數(shù)字孿生將物體與數(shù)字世界的虛擬物體進行整合，形成