当我写这篇文章的时候，我在网上搜索了数字孪生，找到了超过4.6亿关于这个主题的“点击”。工业4.0(超过4.7亿)和工业物联网(超过1200万)等话题也很普遍。这些文章充满了令人兴奋的概念，如大数据、云计算、人工智能(AI)、机器学习、智能设备、边缘技术，甚至是老生常谈的范式转换。
这些术语中的每一个都描述了一个使用新技术来改进和扩展现有过程的过程。例如，1982年，我的第一台微机重21磅，有两个90千字节的软盘来存储程序和数据，一个8位处理器，64千字节的随机存取存储器，一个键盘和一个5英寸的显示器。我们开发的管道程序可以计算500多个管道网络中的平衡流速和压力，并将结果发送给打印机。
当我今天写的时候，这个程序仍然计算管道系统内的平衡流量和压力。但现在数据可以存储在云上，应用程序可以在一组计算机上运行，这些计算机具有快速处理来自任何规模系统的数据的能力。计算结果可以显示在多个监视器上，提供对系统操作的洞察力，或将数据直接输入到其他关键任务应用程序中。
因此，我今天不讨论技术特性以及它们将如何为未来提供“范式转换”，而是将重点放在新技术如何增强您已经熟悉的既定方法上。
将讨论限制在流体管道系统，我们将从数字孪生的概念开始，以及它如何提供物理管道系统的精确模拟。然后，我们将研究工业物联网(iiot)，并了解低成本仪器的可用性如何让我们更好地了解系统的实际运行方式。最后，我们将讨论工业4.0和智能设备，并研究它们提高设备效率的综合方法，以及它们提醒您注意可能影响运营的潜在问题的能力。
数字孪生:跨系统生命周期的操作智能
数字孪生不仅仅是一个软件程序，一个计算机辅助设计(CAD)图纸或一个设备数据库。它是一个物理管道系统的计算机模拟，可以在整个设施的生命周期中使用。四个关键要素是:
- 描述系统的数学模型。
- 将特定于行业的数据插入到模型中，以描述如何构建系统。
- 工厂仪器的测量值来模拟系统的运行并验证计算结果。伟德体育娱乐
- 分析这些结果的方法，以深入了解物理管道系统的操作。
数学模型是数字孪生的基础。对于管道系统，它以系统的能量平衡为基础，它说明了系统内每个项目的能量变化。它将泵元件提供的流体能量与过程和控制元件消耗的能量相平衡，如式1所示。
方程1
下一步是输入所需的数据，以确定每件物品如何使用能源。系统中每个项目(包括泵、管道、过程设备和控制)所传递的能量都被很好地理解。BETVICTOR体育官网
由于数字孪生是一个生命周期文档，在项目的整个生命周期中，详细程度会有所不同。随着系统从概念设计发展到物理系统，更多的细节变得可用。这些细节在设备规格、制造商提供的测试数据和安装的工厂仪表中提供。伟德体育娱乐一旦系统建成并输入建成后的数据，数字孪生体就准备好模拟系统将如何运行。
一旦系统投入使用，它就会按照市场条件运行。通过指定系统的运行数据及其建成模型，数字孪生可以模拟整个系统的运行。运行数据可以手动输入，也可以从设施的监控和数据采集(SCADA)系统自动导入。
来自物理系统的测量操作数据可以验证数字孪生的准确性。例如，如果安装的工厂仪表的测量值与数字孪生的相应结果相匹配，则该模型是有效和准确的。伟德体育娱乐
数字孪生仿真的结果可以为系统运行提供更深入的了解。正如我在之前的文章中所讨论的，泵的空化对泵和系统都是有害的，但是没有仪器可以直接测量空化的存在。BETVICTOR体育官网
这只能通过计算泵入口处可用的净正吸压头(NPSHa)，并将结果与泵曲线上所需的净正吸压头(NPSHr)进行比较来实现。由于数字孪生计算泵吸入处的NPSHr，并且制造商提供的泵曲线指定了运行泵的NPSHr，因此数字孪生自动检查空化是否存在并提供通知。这是数字孪生技术为系统操作提供洞察力的一个例子。
工业物联网:新的原始数据来源
在过去，工厂的仪表购买、安装和维护都很伟德体育娱乐昂贵。大多数工厂仪表用于控制伟德体育娱乐过程，并向工厂员工提供系统操作指示。
工业物联网技术包括用于确定压力、温度、振动或流量的低成本仪器。与无线技术相结合，将低成本仪器与已安装的SCADA系统连接起来，使测量和记录系统数据更加经济实惠。将数据存储在云上进一步降低了信息的成本，但这就引出了一个问题:“如何处理这些数据?”
许多工业物联网文章都谈到了将操作数据存储在云中，在云中，机器学习算法使用人工智能来提供对系统操作的更深入了解。
数字孪生可以模拟系统运行，并识别系统应该如何运行与系统实际运行之间的差异，而不是汇编大量数据并让机器学习“发现”其中的联系。
使用工业物联网技术，可以测量更多的系统运行参数，并用于进一步交叉验证数字孪生的准确性。
例如，如果每个泵都使用IIoT设备来获取泵电机的吸入和排出压力以及功率值，那么这些额外的测量值将能够为交叉验证提供更多的数据点。
工业4.0:让泵更智能BETVICTOR体育官网
工业4.0指的是工业革命的第四阶段，专注于机器互联、自动化、机器学习和实时数据。
当应用于特定的设备项目时，它通常被称为智能设备或边缘技术。
越来越多的泵制造商正在安装集成了低成本传感器、变速驱动器和控制器的智能泵包，以在本地处理数据。增加的传感器测量泵的吸入和排出压力，泵的振动和泵密封，轴承和电机的温度。
变速驱动器(vsd)的增加提供了泵功率的测量以及通过控制泵扬程影响过程的能力。
智能设备不是将所有信息发送到云端进行进一步分析，而是在本地控制器上处理测量数据，并能够在泵超出控制参数运行时发出警告。由于这些计算发生在SCADA系统之外的设备上，因此智能泵可以被视为边缘技术。BETVICTOR体育官网
那么，智能泵控制器是如何提供操作洞察力的呢?
这是另一个使用数字孪生来模拟物理泵性能的例子。
该数学模型基于泵内的能量平衡;具体地说，提供给泵驱动的电能如何转换为离开泵排出喷嘴的流体能量。描述泵运行的数据可以在制造商的泵曲线上找到。一些已安装的仪器为数字孪生提供模拟泵性能所需的运行数据;其他提供验证数字孪生的准确性所需的测量值。
智能泵可以检测到许多情况，例如干式运行、BETVICTOR体育官网低于最小流量运行、对关闭的排出阀进行泵送，以及当泵不能有效运行时的高温高压条件。它们使您能够通过调节泵的速度来控制过程。
与往常一样，智能设备仍然可以将运行数据和结果发送到云端，在云端，使用人工智能的机器学习算法可以提供有关管道系统运行的额外见解。
新技术改善了良好的工程实践
数字孪生，工业物联网和工业4.0已经在技术出版物中得到了大量的报道。这些技术中的每一种都是基于完善的流程，它们的最大价值在于执行过去手动执行的任务的速度和准确性。例如，我记得在我的学生时代，我的流体动力学课讨论了如何计算管道中的压降。
第一步是理解描述压降计算的数学模型。然后我们有一个家庭作业，我们使用数学模型，连同管道和流体数据，来计算给定流速下的压降。然后我们去了流体实验室测量通过管道的流量以及入口和出口压力。我们将实验室的测量值与作业的计算结果进行了比较，并利用结果了解了流量对压降的影响。整个过程包括三节课，一个四小时的实验，以及几个小时的手工计算。
正如你所看到的，早在1969年，我们就在使用数字孪生的基本元素，在它很酷之前。使用今天的技术，同样的过程可以发生在数百条管道的系统上，配备SCADA数据，以确定数字孪生的结果是否与测量值相匹配。
结果为流体管道系统的所有领域提供了见解。
换句话说，提供洞察力的不仅仅是新技术;为了实现目标，你需要清楚地了解正在发生的事情以及原因。
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