通用電氣(GE)正在使用一種建模平台,能在2017年底為其所有製造的產品建立其「數位雙胞胎」,無論是噴射機引擎、風力發電機渦輪或是火車頭;這些實體裝置會被透過一系列模型數位化複製,並在虛擬環境中運作。

GE Global Research服務技術部門主管Rusty Irving表示,對於GE這樣的製造商來說,為實體產品打造數位雙胞胎能帶來很多好處,例如能直接以繪圖板來創作新一代產品,並以現實世界中的目前型號產品感測器資料進行模擬,在實際生產前將產品調整到最佳狀態。

舉例來說,噴射機的引擎配備了20顆以上的感測器用以收集資訊,而且每一秒都會擷取讀數,這些大量的運作資料就能用以進行數位版本引擎的模擬;透過研究模擬結果,GE的工程師能追蹤引擎的運作情況,以及規劃其維修保養時間表。

噴射機引擎通常都有一個維修時間表,但通常在是在沒有取得大量目前運作狀態資訊的情況下進行。Irving表示,透過將運作資料饋入數位雙胞胎的虛擬實境運作,GE能訂定一個能根據實際情況而非只是定期的維修時間表,提醒維修工程師如何讓實體裝置更充分發揮功能。

他進一步舉例指出,在噴射機引擎中有昂貴、且扮演關鍵角色的耐高溫合金渦輪葉片,是製造推力的主要零件;而如果它們產生的資料顯示這些葉片應該要更換了,在例行維修中就能確保此步驟不會被遺漏。這種方法能讓例行維修以回饋資料為導向、更貼近實際需求。

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GE打造了一個多種工具的平台,能讓渦輪或其他實體裝置的各部分以數位化呈現,然後將所有數位零組件模型組合成實體產品的完整數位雙胞胎;這種建模過程以CAD繪圖以及產品設計藍圖為出發點,其結果是建立一個包含實體裝置運作情況的完整畫面。

飛機製造商會想知道,如果噴射機航行到一個特別乾燥或是時常塵土飛揚的區域會發生什麼狀況;如北非、中東以及中國的沙塵暴地帶。還有火山噴發的火山灰也會損壞噴射機引擎;這些環境以及氣溫的影響因素可能對噴射機引擎帶來的影響,製造商需要充分掌握。

關於溫度、磨損以及震動等資料,都可以饋入在GE建模平台製作的數位複製品,以形成一個初步評估,並做為模擬測試過程中的條件。而且不只可以建立單一個數位模型,為支援不同情況下的不同零組件測試,也能製作出20個數位模型因應所需。

發電廠也可以應用

不只是飛機零件,這種數位模型製作平台也能用於發電廠;Irving表示,舊有的發電廠通常都是持續運作好幾十年,都是透過定期維修來收集運作資料。不過現在有部分老舊電廠已經轉型為再生能源的備援電力,只在太陽能或風力發電量偶爾不足時才上線運轉。

而電力公司的管理員會需要知道備援電廠重新上線,其蒸氣渦輪等機組的運轉情況,找出其運轉溫度、時間以及燃料消耗的平衡點,以延長其使用壽命並發揮最大效益;利用GE平台的數位版本渦輪,就能有效達成目標。

Irving指出,電力公司有時候一天需要監測20萬個像是渦輪葉片那樣的裝置,這時候GE的數位雙胞胎模型就能成為維修保養這些裝置的重要工具,並以依據各種資訊所訂定的運轉策略,來延長這些裝置設備資產的使用壽命。

未來將對外提供該服務

目前GE的「數位雙胞胎」製作平台僅供內部使用,不過預計在2017年底開始對外提供服務,出售其軟體給其他公司,讓客戶也能製作自己產品的數位複製品。

Irving認為,全球氣候變遷的情況如果持續,那些數位版的各類裝置複製品將扮演更重要的角色;因為極端氣候會影響很多裝置的運作,而數位版本複製品能讓工程師能預先因應各種異常狀況,確保實際產品的穩定運作。

GE目前也在為該平台納入機器學習功能,以持續利用收集自實際感測器的資料;Irving預期在未來,一款產品的成功或失敗會於其數位複製品如何被建立、以及實際產品運作資料是否成功饋入,還有數位複製品模擬結果資料是否被妥善應用息息相關。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: GE Plans Software Platform For Creating 'Digital Twins',by Charles Babcock)