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管道安全新产品新技术

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什么是数字孪生体

来源:《管道保护》杂志 作者:李柏松 时间:2020-11-18 阅读:

李柏松



数字孪生体(Digital Twin)是近年来工业4.0浪潮催生的新概念,为真实物理实体与虚拟空间信息的交互与融合提供了新的技术手段,正在逐渐成为欧美主要国家数字化转型升级的重要抓手。

2011年,美国Michael Grieves教授正式提出数字孪生体概念。美国NASA(美国国家航空航天局)在其技术发展路线图(NASA Technology Roadmap)第十一个技术领域:模型、仿真、信息技术与处理中也提出数字孪生体概念。至此,数字孪生体概念诞生。2012年, NASA正式给出数字孪生体的明确定义:数字孪生体是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟信息空间中对物理实体进行镜像映射,反映物理实体行为、状态或活动的全生命周期过程。 2015年,开始由复杂的飞行器领域向一般工业领域进行拓展应用及推广。

数字孪生体具有一致性、动态性、预测性等显著特点。一致性是指数字孪生体与物理实体的一致性,在虚拟信息空间中对物理实体进行精确镜像映射,是物理实体的数字化复制品。动态性是指数字孪生体是动态变化的,与物理实体同生共长,实时动态更新物理实体行为、数据、状态等信息。预测性是指数字孪生体能够进行实时物理实体的监测、诊断和预测控制。下图为输油泵数字孪生体示例。

在调度优化、设备维护、全生命周期管理等方面,数字孪生体具有良好的应用前景。

基于数字孪生体的调度优化,通过物理实体管道系统对管道数字孪生体数据的实时反馈、交互融合及相互映射,使管道数字孪生体通过高度集成虚拟模型进行管网运行状态仿真分析和智能调度决策,形成虚拟模型和实体模型的协同工作机制,达到二者的优化匹配和高效运作,实现管网动态迭代和持续优化。基于数字孪生体的设备维护,即承接和继承设计、采购、安装调试阶段的设备虚拟模型。根据实体设备的SCADA系统、设备监测系统、运行历史等数据,对数字孪生体进行更新,集成多学科、多物理量的仿真模拟分析,实现基于RCM、 RBI、 SIL的可靠性安全评估及基于故障案例库的诊断,对设备的健康状况进行评估,预测设备故障及剩余寿命,给出设备维修维护策略。

基于数字孪生体的全生命周期管理,利用数字孪生体管理从规划设计直至报废处置的各个阶段的全部对象、模型及数据,是管道系统在全生命周期的数字化档案,反映其在全生命周期各阶段的特征、行为、过程及状态等,可实现管道从“出生”到“报废”全生命周期的全业务、全过程信息化、可视化统一管理,可实现各个不同阶段业务模型和数据的传递、交换及共享,能够调用当前所处阶段和共享以前阶段的对象、模型及数据,为全过程质量追溯和持续完善提高管道系统提供依据和保障。

 

作者简介:李柏松,男,1979 年生,高级工程师,2009 年博士毕业于中国石油大学(北京)机械设计专业,现主要从事管道设备、智慧管道相关研究工作。联系方式: 0316-2170403,libaisong@petrochina.com.cn。

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