数字孪生技术:通过虚拟改变现实世界
发布时间:2023-02-06 17:34:25

在讨论数字孪生对水行业的影响时,并非所有专家都从对这项技术的共同立场出发,尽管也许最广泛接受的定义是它们是供水系统的虚拟副本,模拟它的行为方式。

作为真实行为的代表,数字孪生帮助我们做出更好的决策,这要归功于它们提供的系统整体视图以及模拟真实和虚构场景的能力。他们预测网络对影响运营的任何情况的响应,无论它以前是否发生过,帮助公用事业公司评估不同的场景。为此,必须表示系统的物理和动态方面,即物理资产的虚拟表示必须与它们在数字环境中的行为模拟相结合。


 数字孪生技术:通过虚拟改变现实世界(图1)


水行业最近的革命

数字孪生 (DT) 理念自 1960 年代以来一直存在,当时 NASA 使用它来远程操作和维护系统。2003年,Michael Grieves博士最终巩固了这一概念,将其作为优化工业环境中产品整个生命周期管理的工具。

由于其潜力,DT技术最近已在基础设施管理等其他领域实施,包括水行业。事实上,今天我们可以找到饮用水分配系统中的应用案例,由于近年来传感器的大规模部署,它变得更容易实施。在这方面,在灌溉以及卫生和下水道系统方面也取得了突破。

 

数字孪生需要来自物理系统的大量数据和信息才能运行。换句话说,用例和实际应用的发展取决于传感器和所使用的数字系统(如SCADA,GIS和CMMS)提供的信息。如今,许多公司都拥有这些信息,因此他们的下一个挑战是将其集中、组合和标准化到一个平台中,该平台旨在为数字孪生提供真实世界的数据。


 数字孪生技术:通过虚拟改变现实世界(图2)

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为什么人们对数字孪生如此感兴趣?当前不确定的情况加速了这项技术的采用,这并非巧合。近年来,数字孪生的一些最有趣的好处具有特殊意义,如下:

 

1. 弹性

数字孪生提高了快速安全地适应任何情况的能力,无论这种情况以前是否发生过。这包括紧急情况、健康警报和气候变化相关事件。在实际系统中做出决定之前,以虚拟方式测试新想法和更改,从而最大限度地降低风险、时间和成本。数字孪生预测问题并确定预防紧急情况或将其后果降至最低所需的措施。简而言之,它们确保即使在危急情况下和复杂的分配系统中,供水也将保持 24/7 全天候可用。

 

2. 效率

从运营和规划的角度来看,数字孪生可以帮助优化现在和未来的系统。由于它们提供的整体视图,决策是通过考虑它们对系统中发生的不同过程的影响来做出的。例如,通过建立最佳泵送计划来降低能源成本,同时考虑到每小时的能源价格,同时控制系统的水力参数。还可以通过更高效的资产运营和系统规划来降低能耗,同时考虑到与新基础设施设计相关的能源使用。

 

3. 以客户为中心的经营

二十一世纪的公民要求更多的信息和更好的服务,他们也是配水系统管理的重要组成部分。因此,数字孪生需要让公民参与进来,以便为他们提供信息,并调整供水系统管理以满足他们的需求。因此,他们可以提前收到有关服务中断的信息,无论是由于网络中的计划干预还是紧急情况。此外,可以根据关键用户(如医院)的需求调整系统的运行,以确保在任何可能的情况下供应。然而,这还不是全部:我们目前面临的挑战,例如城市增长和水资源短缺导致的需求增加,需要水务公司和作为最终用户的公民共同努力。在向用户提供有关其用水的详细信息,将导致采取更好的行动和对负责任的用水政策的认识。


 数字孪生技术:通过虚拟改变现实世界(图3)


4. 可持续性

可持续城市的新概念得到了大力支持。他们的目标是通过规划、优化基础设施管理和公民参与来适应气候变化。城市供水系统中使用的技术意味着它们可以安全有效地运行,目的是减少水和能源消耗。它们还促进了公用事业和公民之间的双向沟通,他们现在可以应对新的挑战,并获得有关其行动如何改善资源管理的信息。

 

2023未来就是现在

人们对数字孪生的兴趣正在增长,每年都有新的成功案例出现。最具创新性的国际公用事业公司已经将它们纳入其战略计划。它们不再只是未来的一个好主意,许多公用事业公司已经将具体行动写在纸上。

这与对数字化转型的承诺有关。一旦流程进行了数字化转型,基础设施也配备了传感器,下一个合乎逻辑的步骤就是从所有这些数据中提取价值。数字孪生是实现这一目标的最佳工具之一,因为它们为编译的所有数据提供了整体的跨领域愿景。

 

它们的调试必须包括以下组件:一个集成从资产和基础设施、水力模型和高级分析收集的所有信息的平台,以及一个功能强大、用户友好的仪表板系统。数字孪生不仅仅是简单地模拟场景:它们的主要功能之一是用例的开发,被理解为解决问题和优化日常运营的能力。

 

它们的成功部署将要求公用事业公司在未来几年克服许多挑战,这可能会成为市场吸收的障碍。例如,数据质量不足及其在难以连接的孤立系统中的位置,或者运行必须永久保持最新状态且必须实时运行的仿真模型的内在复杂性。此外,如果要成功,投资必须与创新的组织和文化相结合。如果数字孪生中隐含着某种东西,那就是一种新的工作方式。

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