Top

SNS

  • Facebook
  • 使用messenger傳訊給MAonline
技術趨勢
Gartner十大戰略科技:數位雙胞胎
2020.04.16∣瀏覽數:1682

數位雙胞胎已連續三年被Gartner評選為10大策略科技應用,根據其解釋與定義如下:數位雙胞胎是現實世界實體或系統的數位表示。數位雙胞胎的實現是一種封裝的軟體對象或模型,可反映唯一的物理對象、過程、組織、人或其他抽象。可以匯總來自多個數位雙胞胎的數據,以跨多個現實世界的實體(例如電廠或城市)及其相關過程進行合成視圖。
文 ◆ 西門子股份有限公司

按照字面定義,一般大眾對於數位雙胞胎的理解在於對實體模型及虛擬模型的建立以及分身,而Gartner對此提出以下四項延伸說明:

①虛擬模型的健壯性,以及如何透過此模型來達成特定的業務成果
②與現實世界的連結性,是否可透過此模型達到即時監控
③先進的大數據分析和AI應用帶來新興商機
④虛擬模型的互動性以及如何評估其“假設場景"

也因此數位雙胞胎的虛擬分身,其核心除了具備模擬模型之外,其與真實模型的連結是需要能夠被量化,而其量化的基礎除了可以被作為智慧化應用,甚至建立新興商業模式。本篇文章將介紹歐洲工具機廠如何於產品生產過程中導入數位雙胞胎技術,來活化加速機械產業中的生產流程,以及提供更多的商業模式。

數位分身提升機台開發靈活性 快速打造複雜CNC機台
工具機產業為製造業之母,在2011年漢諾威展工業博覽會提出「工業4.0計畫」之後, 各家歐洲大廠開始紛紛投入了智慧工具機的行列,更多的智慧化功能、IOT裝置以及AI 功能導入了工具機當中,過去數位雙胞胎應用大多以CAD/CAE為主,機台的機械設計多以CAE模擬為主,而整機的開發流程多會將機構學、電氣、自動化系統分散開發,其開發生產模式可負荷單機大規模生產的生產模式,而近幾年設備業趨勢也如同消費性電子產,產品生命週期縮短,客製化需求上升,在數位化功能的支援下,可在開發流程初期建立虛擬機台模型。數位雙胞胎支援新機台的設計優化,從虛擬試運轉、機台行銷、生產中磨合部件,乃至翻新與服務,都是優化對象。這將為機台製造商省下大量時間,並增進其機台從概念設計到生產過程的品質。

機構、電氣以及自動化平行開發的需求在2015年開始增加,位於德國內爾辛根的 Maka Systems GmbH開發和製造木材鋁材、塑膠加工及設計建模專用CNC工具機。 一年多來,該公司在其專案管理中明確建立客製化設備虛擬試運轉。Maka透過機電一體化軟體搭配HiL (Hardware in the loop)硬體控制迴路實施虛擬試運轉處理棘手問題: 一台大型木工客製化設備具有八個龍門同步對軸、六條伺服驅動輸送帶、一個車削站和複雜的製程邏輯。變更這類設備的零組件時,將對有限的交貨和安裝時間帶來嚴重威脅。Maka的管理階層打算透過虛擬試運轉在組裝的同時完成設備調試,以確保遵守專案時程和設備交貨時限。迅速展開行動、節省大量時間,一般而言不需花太多時間就能確定虛擬試運轉的技術需求。藉由將機台既有CAD資料掃描滙入機電一體化概念設計軟體(MCD)NX元件的方式建立數位雙胞胎。完成這個步驟後再加入動力學特性。接著再將Simit連接CNC控制系統,透過Simit「賦予數位雙胞胎生命」。此程式將設備的訊號和資料介面反映在電腦上,同時透過數學運算模擬機台的邏輯行為。經此處理後, 便能確保數位雙胞胎的訊號狀態與實際設備相符。接著用Simit的現場匯流排模擬功能整合Sinumerik CNC,從而驗證PLC軟體和優化NC程式。機台的每個反應都顯示在監視器上,並用紅色警示突顯碰撞等嚴重錯誤。

技術人員可放大每個細節,並從透視圖檢視無法從實際設備發現的錯誤。在此方法的協助下,Maka在執行第一個專案時節省了五週的時間。這個結果又因為其他效益而獲得改善:減少交通時間、避免潛在錯誤造成的損失,以及所有專家都能配合為公司效力。團隊成員很快就學會如何使用這項技術。執行第一個專案時,Maka 將西門子的 Sinumerik 虛擬調試服務充分運用於多個準備階段,包括移轉 CAD 資料、動力學建模、 參數化等程序。

公司在第一次體驗數位雙胞胎後,通常都能發掘其他潛在技術用途,例如用於服務和維護。不論故障、擴充或自動化規劃,所有應用都能透過數位雙胞胎進行分析和模擬, 甚至將數位雙胞胎應用在行銷上。