數(shù)字孿生(Digital Twin)是基于現(xiàn)實世界中的物理本體的各項數(shù)據(jù)，在信息化平臺上所創(chuàng)造出來的，一個數(shù)字化的、虛擬的“孿生體”。上海院的科學(xué)家們?yōu)楹螣嶂杂谘邪l(fā)數(shù)字孿生技術(shù)?近期，記者來到他們身邊一探究竟。
智能算法為設(shè)計提供“最優(yōu)解”
登錄睿風(fēng)海上風(fēng)電數(shù)字孿生平臺，點擊前期規(guī)劃設(shè)計板塊，地理位置、資源分析、機(jī)型模擬、風(fēng)險預(yù)測等模塊映入眼簾，“整個平臺背后是上百萬GB的數(shù)據(jù)處理量，這些也是數(shù)字孿生技術(shù)的基礎(chǔ)。”上海院智慧工程院工程師金飛告訴記者，將相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入后，平臺結(jié)合數(shù)據(jù)開始進(jìn)行全面的分析和預(yù)測，僅需幾分鐘，數(shù)十套設(shè)計方案便“躍然紙上”，海域環(huán)境、建設(shè)需求、氣象條件等各項數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為屏幕上活靈活現(xiàn)的可視化模型，風(fēng)機(jī)和海纜按照平臺綜合計算所給出的規(guī)劃方案，疏密有致地排列著，一目了然。
▲ 睿風(fēng)平臺提供的風(fēng)機(jī)海纜布線規(guī)劃方案
“利用自研的智能算法，睿風(fēng)平臺能夠輸出超1000套規(guī)劃方案，并在方案中為我們提供規(guī)劃設(shè)計最優(yōu)解，這大幅提高了項目規(guī)劃的效率和精準(zhǔn)度。在江蘇沿海某風(fēng)電場的實際應(yīng)用中，平臺計算出的設(shè)計方案相比人工設(shè)計方案，能夠為項目整體節(jié)省近500萬元的成本。”金飛說。
睿風(fēng)數(shù)字孿生平臺只是上海院在助力項目前期規(guī)劃方面的一個縮影，上海院還基于海量數(shù)據(jù)專門打造了綜合的可再生能源規(guī)劃平臺，集成了光伏、風(fēng)電、抽蓄等多個規(guī)劃模塊，涵蓋領(lǐng)域更為廣泛，功能設(shè)置更為豐富。
打開平臺，一張清晰直觀的風(fēng)資源圖譜占據(jù)了屏幕的大半，在其左右兩邊分列著風(fēng)資源的各項參數(shù)與宏觀選址條件。“不同的顏色代表著不同的風(fēng)速，顏色越深風(fēng)速越高，除了風(fēng)速，在這個平臺上我們還可以查到氣象數(shù)據(jù)、地理限制條件等，非常有利于我們進(jìn)行項目規(guī)劃選址。”金飛指著屏幕向記者介紹道。
該平臺還對國內(nèi)多家大型整機(jī)廠商已有的風(fēng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行了收錄整合，再結(jié)合平臺的政策分析系統(tǒng)，可對項目提供全流程的規(guī)劃設(shè)計，從資源分析、宏觀選址到機(jī)位布局、機(jī)組選型等均能夠提供科學(xué)的解決方案。
“有了這些平臺的助力，我們在前期規(guī)劃設(shè)計階段的工作效率能提升近30%，大幅提高了項目前期開發(fā)、規(guī)劃、決策的效率，同時能有效降低風(fēng)險。”金飛說。
60余萬個模型組成“數(shù)字升船機(jī)”
升船機(jī)是保障客船通行的重要通航設(shè)施，其結(jié)構(gòu)安全問題至關(guān)重要。三峽升船機(jī)是世界上綜合技術(shù)難度最高、規(guī)模最大的升船機(jī)，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運維與檢修面臨巨大挑戰(zhàn)。
自2016年9月試通航以來，三峽升船機(jī)已連續(xù)安全穩(wěn)定運行近7年，積累了海量的工程資料與運行數(shù)據(jù)，為探索數(shù)字孿生在工程運維領(lǐng)域的實踐打下了堅實的基礎(chǔ)。今年3月，上海院打造的三峽升船機(jī)數(shù)字資產(chǎn)綜合應(yīng)用平臺(以下簡稱“升船機(jī)數(shù)字平臺”)上線試運行，推動升船機(jī)的運維工作進(jìn)入數(shù)字化階段。
“每一個設(shè)備、零件，在我們的平臺上都有對應(yīng)的數(shù)字化模型體現(xiàn)，每個構(gòu)件都可以在屏幕上進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。”上海院智慧工程院工程師師會會說。
為實現(xiàn)升船機(jī)精確化運維管理，上海院研究團(tuán)隊運用數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全分析的可視化模擬，將升船機(jī)的機(jī)械設(shè)備在數(shù)字世界內(nèi)進(jìn)行了重新構(gòu)建，60余萬個構(gòu)件數(shù)字模型在屏幕之內(nèi)組成了一個“數(shù)字升船機(jī)”，每一個螺母、每一個墊片都做了數(shù)字建模，只需輕輕點擊，便可盡覽其材料、位置、尺寸、運行狀態(tài)等信息。
師會會告訴記者：“哪怕現(xiàn)實中升船機(jī)上只是換一顆螺絲，在數(shù)字世界里對應(yīng)該位置都會有數(shù)據(jù)變化。”
這個屏幕之內(nèi)的“數(shù)字升船機(jī)”，讓運維人員即便身處千里之外，也可以實時掌握升船機(jī)的各種狀態(tài)，幫助他們在發(fā)現(xiàn)異常情況時進(jìn)行快速搜索、定位、解析以及模擬處理等工作。
此外，升船機(jī)數(shù)字平臺還以可交互三維動畫的形式對核心部件運行原理與狀態(tài)，以及設(shè)備維護(hù)檢修全過程進(jìn)行模擬還原，給運維人員提供一種身臨其境的體驗。
“點點鼠標(biāo)，一個組裝好的部件便在你面前層層拆解開來，小到零件的圖紙、參數(shù)，大到整個設(shè)備的運行過程模擬，拆解后的每個零部件模型都可以360度無死角查看，還有詳細(xì)的部件介紹、技術(shù)參數(shù)。”師會會一邊操作升船機(jī)數(shù)字系統(tǒng)的VR建設(shè)模塊一邊向記者說道。
運維人員不僅可以借助這套系統(tǒng)加強(qiáng)對設(shè)備構(gòu)件的認(rèn)知，還可以通過交互操作進(jìn)行模擬拆裝，還原現(xiàn)實檢修場景，快速且直觀地獲取信息、積累經(jīng)驗用以優(yōu)化方案，在大幅提升檢修效率降低運維成本的同時，有效規(guī)避了直接在升船機(jī)本體上操作的潛在風(fēng)險。
對于設(shè)備檢修以及檢修方案的制訂，依據(jù)現(xiàn)有的模型及資料成果，基于升船機(jī)數(shù)字平臺可提高方案制訂的準(zhǔn)確性，減少檢修方案的重復(fù)返工，輔助設(shè)備檢修一步到位，提高檢修和施工效率。
