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仿真分析賦能能源企業(yè)實現數字孿生

2021.12.25

當今世界正處于前所未有之大變革，科技的飛快發(fā)展從根本上改變了人們的生活方式，數字經濟也加速了所有行業(yè)的數字化步伐，尤其是在對更靈活可靠的能源需求之下，數字化轉型催生了諸多新能源企業(yè)的誕生，加快了能源轉型和多變的能源產業(yè)升級。而無論商業(yè)模式如何，能源企業(yè)都致力于“事半功倍”，借助先進的研發(fā)技術，在少消耗，少廢料的同時，以更好的創(chuàng)新設計增加產能，實現更快的商業(yè)化。并且，隨著大數據與工業(yè)物聯網的普及和應用，企業(yè)也正在思考如何實現工廠的智能運維。

與此同時，面對著全球氣候變化的嚴峻問題，各地區(qū)各行業(yè)的碳減排目標和路徑也日趨清晰，去年國家已經明確了三十年內由碳達峰走向碳中和的決心。作為占據我國46%碳排放量的能源行業(yè)，“雙碳”這一艱巨而緊迫的目標勢必為整個行業(yè)及能源結構帶來全面且顛覆性的影響。為了適應政策變化并確保在競爭中脫穎而出，各能源企業(yè)必須改進舊有體系，運用減碳脫碳技術，引入具有實時跟蹤與分析碳排放能力的數字化解決方案，以便及時快速地調整發(fā)展路線。

在數字化轉型、設計創(chuàng)新、智能運維、減碳目標的多重挑戰(zhàn)下，《西門子中國碳中和白皮書》建議，能源企業(yè)短期內可以采取進一步減少溫室氣體排放量的產品與技術，中長期則應大力發(fā)展為大量新能源介入保駕護航的產品與數字化解決方案。

換言之，企業(yè)應以數字孿生為翹板，利用先進的工程仿真技術，通過基于大數據與豐富行業(yè)經驗形成的算法模型，模擬仿真創(chuàng)新技術的性能表現以及減碳的效果，在設計的早期階段更快速地探索更優(yōu)化的設計方案，實現創(chuàng)新，這樣不僅能夠提升研發(fā)效率和產品可靠性，降低研發(fā)成本，還能基于結果對減碳路線圖進行靈活調整。

作為物理世界虛擬鏡像，數字孿生其實包含了三大方面：

· 1 ·

一是在產品的數字孿生階段，利用先進的設計和仿真技術來研發(fā)創(chuàng)新的產品，并進行虛擬驗證。

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二是在進行真正的產品生產之前，利用生產的數字孿生（即，虛擬的數字化工廠）來對生產環(huán)境、工藝等進行虛擬驗證，以確保生產的質量和效率。

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三則是運營的數字孿生，利用數字化進行運維，降低運維成本，提高運維效率，延長產品的壽命周期。這三個階段并不獨立于彼此，而是息息相關的：比如，在研發(fā)階段就要考慮生產信息；在生產過程中發(fā)現的問題，則應反饋回研發(fā)團隊，從而對設計進行完善；在運營過程中搜集到的產品相關數據，既可以用于運營監(jiān)測，對產品進行主動預測性的維護，也可以將數據反饋給研發(fā)團隊，使其根據實際情況和環(huán)境進行設計迭代與優(yōu)化。

隨著能源產業(yè)的升級，無論在能源供應鏈的哪一部分，先進的工程仿真工具都可以持續(xù)的支持并改進企業(yè)的數字孿生，賦予企業(yè)進行技術更新和應用的能力。先進的工程仿真能夠對新設計的性能進行快速評估，降低能耗和風險，且數字孿生與運營反饋相結合的閉環(huán)數據流，還可以提高效率和可持續(xù)性，增加創(chuàng)新的成功幾率，加速企業(yè)發(fā)展。作為目前唯一能夠同時提供全球領先的仿真與測試解決方案的供應商，西門子工業(yè)軟件通過十多年的收購，現今已經擁有了一套非常完整的數字孿生解決方案，這些仿真分析和測試的工具在進行整合之后，形成了新的研發(fā)平臺 - Simcenter。Simcenter是一個靈活、開放、可擴展的仿真測試平臺，稱得上是數字孿生的心臟，通過Simcenter，企業(yè)可以洞察產品和技術的真實性能，助力加速創(chuàng)新，同時，設計階段的物理模型也可以拓展至整個生命周期，實現智慧運維，例如，將仿真分析模型和現場的測量數據結合，再進一步結合AI算法，封裝到一起進而生成一個可執(zhí)行的數字孿生模型，裝載到邊緣設備當中進行邊緣計算，進而更快速的進行實時動作，這對于處在極其苛刻環(huán)境下的能源產業(yè)設備至關重要。

從學科上而言，Simcenter涵蓋了系統仿真，結構仿真，流動與傳熱仿真，電磁仿真，物理測試。利用Amesim和Flomaster等系統仿真工具能夠對產品進行機、電、熱、液控等系統級別的建模，在設計的早期進行系統級別的仿真分析，實現多屬性平衡。在結構力學仿真中，Simcenter 3D等解決方案可以進行靜力學，動力學，模態(tài)，多體，疲勞，NVH等物理場以及多物理場耦合建模仿真分析。在流動與傳熱方面，西門子擁有全球領先的流體動力學仿真軟件STAR-CCM+，以及專門針對電子散熱的解決方案Flotherm。在電磁仿真方面，產品涵蓋了從低頻到高頻的完整解決方案。在物理測試解決方案上，擁有全球領先的NVH解決方案，同時擁有專門針對電子散熱的測試解決方案（例如T3STER）。