数字孪生典型应用案例01

SDI精品解读系列7案例集01

数字孪生应用白皮书（2020版）。

--关于白皮书--

该白皮书由工信部中国电子技术标准化研究院联合20余家数字孪生领域开发商、集成商、科研院所、高校联合编写，梳理数字孪生技术和产业应用发展状况，分析数字孪生技术热点、行业动态和未来趋势，SDI已经进行系列7持续摘录解读。此外，白皮书还收录了系列典型应用案例。SDI继续对重要案例进行分享，供您参阅。

案例一：

基于数字孪生的机械产品可靠性测试应用案例

基于数字孪生的可靠性测试在机械产品生命周期的各个环节都具有重要作用:

产品设计者可依托数字孪生开展产品可靠性仿真和分析，开展设计改进和可靠性增长等工作；

制造商和验证方可依托数字孪生并结合产品实物开展可靠性评价；

使用者可依托数字孪生开展产品的可用性预测；

维护方可以依托数字孪生开展产品的保障性测试和预测性维护；

产品退役时，可以依托数字孪生开展各产品各系统剩余寿命分析和再制造评估等。

（一）案例背景

本项目以解决可靠性测试与验证过程中关键问题为出发点，开展基于数字孪生的机械产品可靠性测试模型及测试方法、可靠性评价、结果分析与可靠性增长等的系列研究，制定相关的技术标准，健全现有可靠性标准体系。

（二）系统框架

面向基于数字孪生的机械产品可靠性测试与数据集成要求，构建软硬件齐备、适用多种应用场景试验验证环境。系统框架如图1：

图1 数字孪生标准化体系一级目录

（三）实施步骤

针对可完全物理模拟场景开展基于数字孪生的可靠性测试标准试验验证

产品的工作环境完全能够通过物理手段进行模拟，在进行产品数字孪生仿真模型修正与可靠性评价过程中均可直接利用物理试验数据。试验验证流程如图2：

图2 可完全物理模拟场景的流程示意图

针对不可完全物理模拟场景下的机械产品标准试验验证

因为不可完全物理模拟场景在基于数字孪生的可靠性测试过程中所进行的物理试验条件难以与产品实际工作状态完全一致。因此需要进行非实际工作环境下，开展针对数字孪生模型的物理验证。针对不可完全物理模拟场景下的数字孪生模型建立，需按照物理试验条件建立额外的模型，经过模型质量检验保证仿真模型准确性后，建立实际工作状态下的模型，并按照规范输出定义，进入基于数字孪生的仿真分析流程。在按要求完成影响因子分布状态确定、敏感因子筛选、样本提取方法选取及样本量确定后，完成仿真分析，并将仿真分析结果存档，进入可靠性评价流程。如流程图3：

图3 不可完全物理模拟场景的流程示意图

（四）案例及成效

提取了基于数字孪生与试验数据的产品可靠性整体评价办法

本项目实现对数字孪生仿真信息和试验信息的综合利用，进而给出具有更高精度的可靠性评价结果。

实现不可完全物理模拟场景下数字孪生仿真模型的检验与修正

本项目提出在非实际工况下结合物理试验手段对数字孪生仿真模型进行修正的方法，在确保模型准确的前提下，为数字孪生仿真模型添加实际工况边界条件，实现实际工况下的产品可靠性分析。

提出基于数字孪生的产品可靠性增长办法

根据目前的示范应用情况，基于数字孪生的机械产品可靠性测试能够较为有效降低综合成本、缩短验证时间。