数字双胞胎成为焦点

增强和虚拟现实可以帮助用户更好地理解复杂的数字孪生数据。

增强和虚拟现实可以帮助用户更好地理解复杂的数字孪生数据。

VR 恩 ables users to analyze digital twins 上 a human scale, extending familiar interactions into an immersive 3D 恩 vironment. This trend is being driven in part by the increasing footprint of PLM support for lower cost VR devices, 如 the 宏达电 Vive, Oculus裂谷 and the zSpace device. 图片由西门子数字工业软件提供。


数字孪生技术使人们想到了许多好处,并有望在产品和过程的设计,制造和维护方面进行重大改进。仔细观察一下,您会发现物联网(IoT)的影响以及资产日益复杂的因素,您开始意识到双重创新带来了一系列新挑战。具有讽刺意味的是,这些挑战既基于人类的缺点,又基于技术问题。

问题出在数字双胞胎的核心。根据定义,这些虚拟副本是容器,可容纳大量数据,至少足以代表资产的完整记录。为了使事情进一步复杂化,必须不断更新此记录,以确保整个资产的实时准确性’的生命周期。即使在人工智能(AI)数据过滤出价值不高的数据之后,所有这些都转化为大量数据。

这里’麻烦:您如何以这样的方式显示数据,即用户可以轻松地消化和理解数字双胞胎发挥作用的大量复杂数据?工程界越来越多’答案是:虚拟现实(VR)和增强现实(AR)。

情境复杂性和机会

大多数技术人员都会认为,虚拟现实技术有潜力增强数字双胞胎的使用(图1),但这并没有’为全面实施VR技术打开大门。在可视化技术发挥其全部价值之前,必须发挥某些作用。

一个因素是环境。在这种情况下,上下文表示资产必须在其中运行的数字孪生配置和运行条件的组合。例如,配置元素可能是风力涡轮机中齿轮箱油的粘度。另一方面,操作条件可能是环境温度,地形或风力条件。

在数字孪生项目中,上下文非常重要,因为上下文引入了一定程度的可变性,可能使设计或设计改进过程变得复杂。可变性源于数字双胞胎’根据操作条件的不同,其配置可能会有很大差异。

“You can have two ‘like’资产彼此相邻,每个资产都有自己独特的配置和产品数据历史记录,”的产品营销经理Jason Kasper说 阿拉斯 .

这种可变性排除了使用“一刀切”的设计方法。对于大多数VR用例,设计人员希望在其环境中准确表示现场条件。保真度越高,精度越高,设计效率越高。随着保真度降低,VR’s value declines.

因此,设计者必须为每种资产配置包括所有相关的产品数据。跳过此过程,开发团队将探索概念模型,而不是现场的实际情况。 

从积极的一面来看,由上下文产生的相同可变性也为设计师提供了利用VR之一的机会。’显着提高设计效率的优势。例如,VR辅助设计评估将流程从平面屏幕转移到虚拟3D环境,从而克服了2D屏幕的变形和局限性,使工程师可以更直观地评估资产’s design.

VR还允许设计评估超越某些物理限制。在控制器上稍作改动,设计师就可以更改资产’的材料,纹理,颜色和零件来审查设计变更的影响。虚拟资产也可以放置在任何给定的环境或时间中,以评估操作条件的影响。

所有这些都加快了评估过程—真正的成本和耗时的任务在哪里—并允许设计团队将数十个设计方案同时带入VR环境,以任何方式或从任何方向对其进行审查,并尽早权衡每种配置或设计变更的影响。

数字双胞胎的新视角 

由于可视化技术的基本特性,VR为数字双弹簧带来的部分效率提高。在VR中’在沉浸式环境中,工程师可以大规模查看和分析双胞胎,从而吸引人的感官感知—例如触摸,空间意识和深度感知—这在2D环境中通常是不可能的。 

通过交互式模拟,基于实际比例和人体测量结果,可以创建更有效的产品。此外,VR可以使用触觉界面,交互式触摸导航和操纵来确保更轻松的维护。

These features 所有 ow design teams to assess ergonomic factors 如 sight lines, reachability and clearances, resolving design conflicts earlier in the asset’s lifecycle. They also make traditional design processes 如 digital mockup functions—例如干涉和间隙分析,切片和定位—more intuitive.

“There are processes that significantly benefit from a VR experience, 如 being able to mount or dismount components, where you can use a controller to pick up a part and get haptic feedback when the part touches another 上 e,”Teamcenter 可视化产品经理Kilian Knoll说, 西门子数字工业软件. “因此,我们将VR输入设备的优势与实时碰撞和路径规划功能结合在一起,从而使用户可以更快地完成工作。” 

VR的感官本质使设计审查达到了体验的维度。这些身临其境的互动环境具有认知和情感方面的特性,可帮助用户更轻松地消化构成数字副本的复杂数据。 图片由西门子数字工业软件提供。

VR还可以实现个人数据连接。身临其境的范例具有认知和情感方面,而在平面屏幕上观看数字孪生表示则无法体验到。当用户在体积上被数据包围时,它为数字双胞胎提供了一定程度的直观关联(图2)。

体验设计

所有这些因素都有助于工程师克服设计过程中遇到的最大挑战之一:在依赖模型和工程图时清楚地传达想法。即使今天’的3D渲染,非设计师的利益相关者通常会发现很难掌握所有设计’的组成和含义。

使用沉浸式VR环境,设计师和客户都可以体验在空间中漫步,从任何角度查看细节并了解其组成的情况。沉浸式技术建立了共同基础,有助于更好地理解设计,开发和重新设计过程中出现的问题。

“将扩展的现实与其他形式的数字和物理评估相结合,可以解决经验问题,”伊丽莎白·巴伦(Elizabeth Baron)是企业解决方案主管 Unity技术. “因为沉浸式是一个整体范例,数字孪生也是如此,因此用户可以从许多角度来代表问题。沉浸使人们对产品有了共同的了解。”

使数字双胞胎更加协作

VR’的体验本质指向两种可视化技术’最大的优势:实现新的协作水平,并简化对复杂设计数据的理解。

沉浸式VR的核心是在全球范围内发挥作用的社交范式。该技术使用户能够扩大有意义的通信,并创建可扩展的连通空间,所有用户,无论他们身在何处,都可以在其中联系和评估数字双胞胎。 

“当跨职能,全球联系的团队在沉浸式环境中相遇时,它会创建一个论坛,在该论坛中,每个学科都可以在上下文中得到适当代表,并且在多学科团队之间讲述复杂的故事,” says Baron.

使用VR进行设计审查时可以看到这一点。在这里,各学科的利益相关者可以使用一个通用数据集来可视化,分析和标记基于孪生的设计。某些平台甚至将在VR设计审阅期间创建的数据(包括标记和注释)保存回设计结构,从而使数据对所有涉众可见。 

通过将最新的上下文相关信息叠加在实际设备的实时图像上,AR帮助工程师和服务技术人员更有效地安装,维护和维修机械。可以查看AR可视化 在商用移动设备上 和免提耳机。 图片由PTC提供。

“实时执行虚拟设计审查是关键因素,” says Siemen’s Knoll. “支持虚拟会议可减少歧义,并显着加快决策过程。例如,实时指出问题并重新命名它就像类固醇的白板。”

削减合作成本 

最大限度地利用技术’s benefit for digital twin users, VR platforms should work with low-cost, mainstream VR devices, 如 Oculus裂谷 and 宏达电 Vive. This trend has been driven by the cost reductions witnessed by the market over the past couple of years.

“降价已大大降低了采用的障碍之一,” says Knoll. “例如,以前用专用房间和定制硬件花费高达六位数的投资的Cave,现在可以用可以在线购买的低成本VR头戴式耳机,控制器和跟踪器代替。”

一些基于产品生命周期管理(PLM)的VR平台将协作服务扩展到了无法访问专用VR硬件的用户。这使桌面用户可以看到沉浸式会议参与者的化身。

“将多个数据源带入任何平台都可以体验的环境,这是成功部署数字双胞胎的标志,” says Baron. “因此,支持所有平台很重要。”

AR—在正确的时间提供正确的数据

除了使用VR技术增强数字孪生应用之外,今天’的工程师还可以利用另一种可视化技术—AR。与将用户完全沉浸在计算机生成的现实中的VR不同,AR在现实世界的图像上覆盖了上下文相关的图像,文本和其他数字信息。 

AR与虚拟表亲截然不同,AR为数字孪生应用带来了自己的优势,并开发出一套独特的用例。工程师可以使用AR叠加设备的数字孪生来可视化机器’内部工作并了解其数据流;协助技术人员部署或维护系统;或帮助自动化工程师了解某件设备如何最适合制造流程(图3)。 

增强现实功能可帮助用户更好地消化数字双胞胎信息,并利用其上下文信息化功能。在这种情况下,上下文意味着针对正确的工作和正确的技能显示正确的信息量,使用户能够做出最适当的决定,因为他们在需要时拥有所需的一切(图4)。

“历史上,技术人员必须翻阅一千页的手册,同时进行非常复杂的维修,”增强现实产品管理副总裁Marc Schuetz说 PTC . “随着AR的出现和采用,技术人员现在可以更轻松地利用数字孪生机,以直观的方式指导他们进行任何潜在的维修。能够覆盖此类信息可提供上下文,以帮助技术人员了解为什么需要进行维修以及如何快速安全地进行维修。”

在此AR示例中,黄色圆圈和手代表用户,以及如何 设备将可视化数字孪生—such as 在平板电脑上。屏幕右侧的弹出窗口(发动机预热器扭矩螺钉)使用户选择扳手图标(顶部 屏幕)。弹出窗口显示四个螺钉,其方向指示如何转动钻头以拧紧螺钉。 图片由PTC提供。

AR承诺使设计和开发团队能够超越专业知识和功能问题的各种差异。这意味着所有利益相关者都可以更轻松地访问数据。

“AR使所有学科的利益相关者都能更好地访问数字孪生数据,” says Schuetz. “虽然以前有人可以回到办公桌前查找或查看手册,但现在可以使用他们已有的设备,但他们可以根据自己的背景访问正确的指南。’重新寻求完成。以正确的方式针对正确的上下文轻松获得正确的信息会导致用户更容易访问数据。”

向前进

尽管数字孪生,AR和VR的融合仍处于发展的初期,但迹象确实表明趋势将遵循。

支持数字孪生的可视化和PLM工具似乎正在从独立平台发展到互连的工具套件。数字双胞胎所需资产的完整表示,包括随时可用的多个数据源,需要集成通信和内容分发技术。

“使用CAD工具或AR或VR系统的数据可视化本质上不需要与用户明显不同’s standpoint,” says Baron. “目标是让数字孪生过程交付用户要求的可视化平台。通过使用单一的数据真相源来解决产品和流程问题的系统间接口,可以提高效率。”

数据完整性的需求将在塑造数字化双可视化套件的体系结构中发挥主导作用。 

“将PLM与其他软件工具集成在一起有助于确保所有数据的完整性,允许正确查看数字孪生模型,并确保所有利益相关者都可以参与产品生命周期,” says Knoll. “我们看到大量客户在将VR的使用扩展到与PLM系统紧密集成的桌面应用程序,以及建立允许使用由PLM系统驱动的AR的流程。”

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汤姆·凯文(Tom Kevan)是一名自由撰稿人/编辑,专门从事工程和通信技术。通过联系他 (必须启用JavaScript才能查看此电子邮件地址)。.

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