在物理世界中存在著大量的機械系統(tǒng)，隱藏著許多重要洞察見解等待為工業(yè)公司創(chuàng)造價值。數(shù)字化映射技術打開了物理世界背后數(shù)據(jù)的大門，同時可以獲得關鍵見解并實現(xiàn)業(yè)務成果，其中包括通過防止故障和提高運營效率來優(yōu)化智能，互聯(lián)產(chǎn)品和流程。
PTC開發(fā)了一種等比例挖掘機模型的數(shù)字化映射演示，通過使用數(shù)字化映射將物理和數(shù)字世界聯(lián)系起來展示無限的可能性和商業(yè)價值。
在像挖掘機這樣的重工業(yè)資產(chǎn)上應用數(shù)字化映射可以提高資產(chǎn)的正常運行時間，從而提高運營效率，同時找到傳統(tǒng)方法無法回答的問題的新見解，并在整個價值鏈中發(fā)揮作用。實現(xiàn)這些目標需要應用 IIoT、實時仿真、人工智能、增強現(xiàn)實、云計算和其他必需的數(shù)字化映射技術。
雖然PTC在為客戶實現(xiàn)卓越工程方面擁有豐富的經(jīng)驗，但該演示主要關注業(yè)主/運營商角色，并采用PTC和第三方技術開發(fā)，以證明數(shù)字化映射技術可以帶來的真實價值。
與大多數(shù)互聯(lián)的工業(yè)資產(chǎn)一樣，傳感器會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，以便在IIoT平臺中實現(xiàn)情境化。PTC通過樹莓派對挖掘機進行了計算能力改造，以利用來自壓力傳感器和線性電位計的遙測數(shù)據(jù)來監(jiān)測氣缸的行程和鏟斗中的負載。
應用此硬件工具還需要注意的是在樹莓派上運行的固件，其中包含使用ThingWorx JavaSDK實現(xiàn)的Edge Client。該SDK是將數(shù)據(jù)從挖掘機傳輸?shù)交谠频腡hingWorx服務器的網(wǎng)關，ThingWorx服務器有一系列集成技術和強大的仿真模型。該技術的基礎是推出下一代數(shù)字化映射用例的關鍵，將在下面講到。
IIoT平臺對工業(yè)數(shù)字化映射至關重要
在使用數(shù)字化映射管理實時資產(chǎn)時，需要一個IIoT平臺，通過資產(chǎn)的數(shù)字化定義（包括3D模型和工程計算和參數(shù)）對傳感器數(shù)據(jù)進行情境化。
在這種情況下，PTC定義了傳感器傳給ThingWorx的相關屬性，包括挖掘機臂和動臂角度、鏟斗角度、鏟斗負載和其他運動，這些為多個工程模擬和AI / ML模型奠定了基礎。但是，并非每個相關的挖掘機屬性都可以通過傳感器進行監(jiān)控;需要數(shù)字化映射來找到某些計算的其他重要參數(shù)，例如重心。
這些先進的仿真模型的基礎是Creo和Windchill的獨特配置，這些配置由ThingWorx按需提供和制定。這些仿真可以滿足各種不同的工業(yè)用例，主要涉及維護安全操作條件，資產(chǎn)正常運行時間和預測性維護。
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提示危險：利用來自物理機器的傳感器輸入和操作條件，基于質(zhì)點和重力計算來計算挖掘機傾翻風險的動態(tài)仿真。當臂進一步遠離挖掘機時，重量分布會不均勻，從而增加了風險警報的可能性。使用警報閾值設置系統(tǒng)可以預先警告操作員以防止事故或登錄ThingWorx進行事故后分析。
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臂架預測：臂架是挖掘機的關鍵組成部分，對其性能的持續(xù)監(jiān)控是挖掘機正常運行狀況的重要指標，也是可以了解高強度使用如何影響資產(chǎn)可用壽命。
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疲勞壽命估算：數(shù)字定義中的鏈接（包括子組件部件，例如臂架底座的一部分）可以作為應力分析和仿真的指標。通過在假設中進行仿真，例如循環(huán)載荷的幅度和監(jiān)測峰值載荷，該模型可以生成挖掘機的疲勞分析。通過使用Creo-as-a-Service，只有在峰值負載參數(shù)被破壞然后在ThingWorx中更新時才會按需觸發(fā)組件數(shù)據(jù)，從而增加資產(chǎn)的正常運行時間和生命周期。
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機械臂應力分析：通常，具有多個變量的復雜物理模型可能需要數(shù)小時才能完成計算，從而限制了實時分析。為了解決這個問題，PTC使用Creo Simulate運行多種設計方案，使用深度學習技術訓練神經(jīng)網(wǎng)絡，并在樹莓派上嵌入輕量級預測模型。神經(jīng)網(wǎng)絡基于實時收集的數(shù)據(jù)（以秒為單位）提供所承受的最大壓力的預測。在邊緣利用基于AI/ML的仿真可以通過嵌入式復雜仿真優(yōu)化計算能力；支持預測性維護的數(shù)字化映射對于重工業(yè)資產(chǎn)的來說是創(chuàng)新開拓者。
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燃油效率：利用挖掘機的實時遙測數(shù)據(jù)（發(fā)動機轉(zhuǎn)速/負載）和定性因素（操作員，天氣條件），PTC可以使用數(shù)字化映射模型預測每小時的燃油消耗量。使用Mathcad-as-a-Service動態(tài)提供的更新的計算，用戶可監(jiān)控預測的燃料使用情況，并可根據(jù)實際使用情況對每個操作員的挖掘機的效率進行評估。
將這些數(shù)學化模型用于多種角色用例的情況有很多。例如，疲勞壽命估算不僅有助于維修技術人員進行預測性維護，還可以更好地告知工程師設計更有效的零件。
建立一個數(shù)字化映射并將其應用于不同角色和用例的不同場景是通過數(shù)字化映射創(chuàng)造價值的基礎。下面是幾個不同的數(shù)字化映射針對角色的應用場景，對于工業(yè)企業(yè)來說，涉及的角色其實更多。
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工程師：對于互聯(lián)產(chǎn)品的制造商，實際產(chǎn)品使用過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和性能數(shù)據(jù)取代了設計計算中的操作條件假設。這為產(chǎn)品工程師和設計人員提供了重要的反饋路徑，可用于改進新產(chǎn)品的未來迭代并實現(xiàn)衍生設計功能，進一步優(yōu)化制造流程。
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操作人員：實時了解零件出現(xiàn)故障或存在故障風險對于防止停機至關重要。使用挖掘機性能KPI還可用于評估操作員的表現(xiàn)，并通過增強現(xiàn)實體驗訓練初級操作員。
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服務人員：實時模型可以快速通知服務技術人員系統(tǒng)中的潛在故障，而AR則為數(shù)字化映射提供工具以便在現(xiàn)場為物理機器提供服務。
當數(shù)字和物理系統(tǒng)匯聚在一起時，創(chuàng)造性和數(shù)字化映射用例是無窮無盡的，并且這可以在不同的場景中實現(xiàn)，以便為正確的人員提供正確的信息。產(chǎn)品或系統(tǒng)的數(shù)字定義和物聯(lián)網(wǎng)的遙測數(shù)據(jù)都需要企業(yè)充分發(fā)揮數(shù)字化映射的潛力并解鎖下一代用例。采用這種技術可以為幾個用例提供服務而無需返工。
將仿真模型應用于重工業(yè)資產(chǎn)的實際性能數(shù)據(jù)可以大大減少停機時間，并且通過物聯(lián)網(wǎng)和云計算等支持技術，這些數(shù)字化映射應用將越來越廣泛且具有影響力。
