VR可视化数字孪生:根特大学的数字孪生案例

Posted by 苏雪琛 on Nov 3, 2020 3:00:00 AM

VR可视化在数字孪生中有充分的运用空间,这篇文章在先导部分充分的介绍了数字孪生的起源,同时通过根特大学数字孪生案例让读者可以更加清晰地了解VR如何运用在数字孪生上。

数字模拟是近代科学发展最前沿也是应用最广的领域,其中数字孪生指的是通过数据手段模拟克隆一定范围内的物理世界中的物体。这样的模拟通过VR可以让被模拟的物体在观察者的眼中变的更加真实。

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“数字孪生”是一种非常新潮的概念,但有时涉及的应用层面却非常的模糊。这项创新引起了业界的广泛兴趣,并有望在价值链的各个层面上提高生产率。由于它扩大了虚拟样机的范围,工程师可以在虚拟的数字环境中模拟使用或运行产品或系统从而再更广的视角内了解产品在真实环境中的限制,缺陷以及可以改善的方向。该目标只能通过VR软件来实现,在使用阶段可视化产品,并用仿真数据补充3D模型

概览:

数字孪生的起源

根据Gartner研究和咨询公司,它被定义为“代表物理对象的软件设计模式,旨在理解资产的状态,对变化做出响应,改善业务运营并增加价值。” Gartner补充说,数字孪生正在进入主流用途,并预测到2022年,超过三分之二实现物联网的公司将在生产中至少部署一个数字孪生

像许多工程创新一样,数字孪生的概念最初来自航天工业,最初由NASA的John Vickers于2002年创造。在此之前,NASA保留了在太空中发送的卫星和组件的物理镜像系统,使工程师和宇航员同步进行维护操作。由于技术能力的提高和降低成本的愿望,NASA决定采用太空资产的数字孪生

通过VR可视化数字孪生

数字孪生的最初目标是复制难以访问的资产状况与难以建造的物理仿真环境,以测试项目操作或实施的最佳方法。通过VR是实现数字孪生这一目标的唯一方法。

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在航空航天与汽车制造行业的范畴内前卫的航空组件以及常见的汽车组件都可以在VR中显示并在指定的仿真环境中实现组件的数字孪生,从而在项目的早期阶段进行可操作性和维护性的全面测试。通过使用TechViz软件可以实时可视化CAD应用程序(例如CATIA)中设计的汽车模型,并将其与驾驶模拟器合并,在不同条件下检查仪表盘的可见性和可达性。虚拟合并或装配两个不同的模型与组件已经突破了数字样机单个物体的模拟范畴从而到达了数字孪生的层级.

除了工业产品开发之外,在VR中评审数字孪生建设项目也是建筑行业的新趋势。数字孪生不但可以在投产前进行物理世界的数字模拟,同样也可以运用到建筑工程的施工过程中。通过测量正在施工的建筑物的物理参数、结构工程师以及土木工程专家,可以将建筑工地的施工测量参数实时地输入进数字孪生的建筑模型中,从而得到偏差可能导致的物理问题,从而在施工阶段就及时的修正会有严重后果的建筑误差,以及告知施工团队。这样的双重运用可以让建筑公司避免重大事故,同时也可以避免不必要的返工和额外的施工成本。

正如布里斯托大学的本·希克斯(Ben Hicks)教授所说,“从数字到物理连续或周期性'孪生'概念”是关键。建筑物或装配线的实际结构始终偏离计划模型。这些细微的偏差不一定是大问题,但是更新数字孪生模型并在VR中进行项目评审可以检查和避免不良后果。比如某些管道与平面相比偏移了5厘米,则可能使门无法打开。在项目的每个阶段使用VR测试数字孪生中的模型可能是确保这种情况不会发生的唯一方法。

根特大学数字孪生案例

随着企业们以非常快的速度采用“数字孪生”,大学也在逐渐投向这一概念,用作教育并促进创新和研究。比利时的根特大学就是其中之一。根特大学成立于1817年,被公认为国际工程研究领域的佼佼者。它是根特科技园科技园的所在地,该园提供办公室和实验室空间,使高科技公司、企业研发中心或研究机构能够根据其特定需求构建基础设施。在大学内部,工业系统工程(ISyE)研究小组对基于数字孪生的柔性装配系统的设计,优化和验证进行研究。

去年,根特大学将其实验室升级为“数字孪生控制室”,任何制造公司都可以提供自己的数据并在数字墙上可视化模型。

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该创新安装包括Barco的180°弯曲显示的32个模块化LCD屏幕、 4台高配置的Nvidia P5000显卡的HP渲染计算机、一台使用RTX5000显卡连接至数字控制桌的主计算机和一个游戏手柄来漫游模型。为了确保其沉浸性,视角每隔四幕变化一次。用户无论站在哪里,都可以不间断地融入在虚拟环境其中。根特大学选择TechViz作为通用解决方案软件来实现数字孪生可视化.通过TechViz的VR可视化解决方案,实验室可以实时可视化任何CAD应用程序中的任何3D模型与数字孪生场景模拟TechViz能够实时显示数据,无需数据转换,并且在大型3D模型上具有很高的帧速率且不会降低图像质量。

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数字孪生和VR合并使用,企业可轻松与来自工程团队,市场营销,运营甚至客户进行互动,召开有关工程项目的会议,而无需花费建立项目基础设施。用户只需来到实验室,加载3D模型,TechViz可实时将模型显示在屏幕上,用户可继续探索整个工程项目并评估优化。TechViz还支持可即时播放和观看的外部交互设备,例如动画或程序模拟

为了演示这种数字孪生的特殊基础结构,根特大学工业系统工程(ISyE)研究小组在房间中设置了一条带有传送带和机器人的物理装配线,该装配线也已完全模拟到虚拟孪生环境中。物理模型和虚拟模型可连接在一起同时工作,并可通过数字表进行控制。

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VR中的数字样机可使用户与模型交互、讨论和操作变更,这对公司而言是真正的关键优势。它省时省力,并有助于更好地了解项目。

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