仿真分析赋能能源企业实现数字孪生

阿明哥哥资料区 2021-12-25

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当今世界正处于前所未有之大变革，科技的飞快发展从根本上改变了人们的生活方式，数字经济也加速了所有行业的数字化步伐，尤其是在对更灵活可靠的能源需求之下，数字化转型催生了诸多新能源企业的诞生，加快了能源转型和多变的能源产业升级。而无论商业模式如何，能源企业都致力于“事半功倍”，借助先进的研发技术，在少消耗，少废料的同时，以更好的创新设计增加产能，实现更快的商业化。并且，随着大数据与工业物联网的普及和应用，企业也正在思考如何实现工厂的智能运维。

与此同时，面对着全球气候变化的严峻问题，各地区各行业的碳减排目标和路径也日趋清晰，去年国家已经明确了三十年内由碳达峰走向碳中和的决心。作为占据我国46%碳排放量的能源行业，“双碳”这一艰巨而紧迫的目标势必为整个行业及能源结构带来全面且颠覆性的影响。为了适应政策变化并确保在竞争中脱颖而出，各能源企业必须改进旧有体系，运用减碳脱碳技术，引入具有实时跟踪与分析碳排放能力的数字化解决方案，以便及时快速地调整发展路线。

在数字化转型、设计创新、智能运维、减碳目标的多重挑战下，《西门子中国碳中和白皮书》建议，能源企业短期内可以采取进一步减少温室气体排放量的产品与技术，中长期则应大力发展为大量新能源介入保驾护航的产品与数字化解决方案。

换言之，企业应以数字孪生为翘板，利用先进的工程仿真技术，通过基于大数据与丰富行业经验形成的算法模型，模拟仿真创新技术的性能表现以及减碳的效果，在设计的早期阶段更快速地探索更优化的设计方案，实现创新，这样不仅能够提升研发效率和产品可靠性，降低研发成本，还能基于结果对减碳路线图进行灵活调整。

作为物理世界虚拟镜像，数字孪生其实包含了三大方面：

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一是在产品的数字孪生阶段，利用先进的设计和仿真技术来研发创新的产品，并进行虚拟验证。

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二是在进行真正的产品生产之前，利用生产的数字孪生（即，虚拟的数字化工厂）来对生产环境、工艺等进行虚拟验证，以确保生产的质量和效率。

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三则是运营的数字孪生，利用数字化进行运维，降低运维成本，提高运维效率，延长产品的寿命周期。这三个阶段并不独立于彼此，而是息息相关的：比如，在研发阶段就要考虑生产信息；在生产过程中发现的问题，则应反馈回研发团队，从而对设计进行完善；在运营过程中搜集到的产品相关数据，既可以用于运营监测，对产品进行主动预测性的维护，也可以将数据反馈给研发团队，使其根据实际情况和环境进行设计迭代与优化。

随着能源产业的升级，无论在能源供应链的哪一部分，先进的工程仿真工具都可以持续的支持并改进企业的数字孪生，赋予企业进行技术更新和应用的能力。先进的工程仿真能够对新设计的性能进行快速评估，降低能耗和风险，且数字孪生与运营反馈相结合的闭环数据流，还可以提高效率和可持续性，增加创新的成功几率，加速企业发展。作为目前唯一能够同时提供全球领先的仿真与测试解决方案的供应商，西门子工业软件通过十多年的收购，现今已经拥有了一套非常完整的数字孪生解决方案，这些仿真分析和测试的工具在进行整合之后，形成了新的研发平台 - Simcenter。Simcenter是一个灵活、开放、可扩展的仿真测试平台，称得上是数字孪生的心脏，通过Simcenter，企业可以洞察产品和技术的真实性能，助力加速创新，同时，设计阶段的物理模型也可以拓展至整个生命周期，实现智慧运维，例如，将仿真分析模型和现场的测量数据结合，再进一步结合AI算法，封装到一起进而生成一个可执行的数字孪生模型，装载到边缘设备当中进行边缘计算，进而更快速的进行实时动作，这对于处在极其苛刻环境下的能源产业设备至关重要。

从学科上而言，Simcenter涵盖了系统仿真，结构仿真，流动与传热仿真，电磁仿真，物理测试。利用Amesim和Flomaster等系统仿真工具能够对产品进行机、电、热、液控等系统级别的建模，在设计的早期进行系统级别的仿真分析，实现多属性平衡。在结构力学仿真中，Simcenter 3D等解决方案可以进行静力学，动力学，模态，多体，疲劳，NVH等物理场以及多物理场耦合建模仿真分析。在流动与传热方面，西门子拥有全球领先的流体动力学仿真软件STAR-CCM+，以及专门针对电子散热的解决方案Flotherm。在电磁仿真方面，产品涵盖了从低频到高频的完整解决方案。在物理测试解决方案上，拥有全球领先的NVH解决方案，同时拥有专门针对电子散热的测试解决方案（例如T3STER）。