數(shù)字孿生和AI人工智能，是當(dāng)前制造業(yè)的熱門話題，也是智能制造的未來(lái)趨勢(shì)。那數(shù)字孿生能夠給工業(yè)帶來(lái)什么作用呢?工業(yè)AI如何落地呢?在AI的加持下，數(shù)字孿生是否將發(fā)揮更大作用呢?

       數(shù)字孿生技術(shù)的主要倡導(dǎo)者和推動(dòng)者，西門子以一個(gè)實(shí)際應(yīng)用案例很好地詮釋了數(shù)字孿生+AI給工業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)的革命性變化，這就是西門子面向智慧水務(wù)推出的數(shù)字化泵站系統(tǒng)DPS。

　　傳統(tǒng)泵站面臨節(jié)能和運(yùn)維可靠性兩大難題

　　從原水到入戶的自來(lái)水，水廠承擔(dān)著搬運(yùn)和凈化處理的重任。而泵站作為水廠的“心臟”，其穩(wěn)定運(yùn)行則是供水系統(tǒng)高效運(yùn)作的重要保障。

　　通常水廠的泵站有多臺(tái)水泵，在用水的不同時(shí)段，水廠會(huì)按既定的分段調(diào)度方案用不同的水泵組合來(lái)滿足不同的供水需求。在傳統(tǒng)的調(diào)度方案里，水廠無(wú)法適應(yīng)大幅變化的供水需求，不能及時(shí)適應(yīng)實(shí)際情況的變動(dòng)，而且作為水廠電力消耗的主要設(shè)備，水泵的調(diào)節(jié)都依賴管控人員的人工經(jīng)驗(yàn)，不能做到最優(yōu)化調(diào)節(jié)，不能保證水泵的高效率運(yùn)行導(dǎo)致的高能耗成本。

　　除此之外，早期水廠囿于傳統(tǒng)的定期保養(yǎng)和維護(hù)方式，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)水平不高，泵組缺乏預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)，缺少數(shù)字化的設(shè)備管理，運(yùn)維效率低下，由此引發(fā)的水泵宕機(jī)和損壞，會(huì)給水廠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和供水安全隱患。而且，泵站操作工人常年在高噪音環(huán)境中工作，會(huì)影響人體健康，付出高昂的人工成本。

　　因此，泵組的節(jié)能優(yōu)化和健康運(yùn)維成為了傳統(tǒng)泵站當(dāng)前面臨的兩大難題，亟需采用新的技術(shù)來(lái)解決。

　　泵房數(shù)字孿生+優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)泵組節(jié)能

　　西門子在水行業(yè)擁有專業(yè)的技術(shù)知識(shí)和豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，憑借其在全球市政供水污水處理等多個(gè)水處理環(huán)節(jié)豐富的領(lǐng)域知識(shí)，以及其在數(shù)字孿生和工業(yè)數(shù)據(jù)分析方面的技術(shù)積累，推出了專門解決泵組節(jié)能優(yōu)化和健康運(yùn)維兩大難題的數(shù)字化泵站系統(tǒng)DPS。

　　數(shù)字化泵站，就是運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)，為泵站和每臺(tái)水泵在虛擬世界建立一個(gè)數(shù)字孿生體，并且通過(guò)機(jī)理模型、傳感器和通訊網(wǎng)絡(luò)與物理世界互相連通，實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)物理世界和數(shù)字虛擬世界交互融合。

　　在西門子的數(shù)字化泵站系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)泵組的最優(yōu)化運(yùn)營(yíng)，首先會(huì)建立整個(gè)泵房的數(shù)字孿生模型，包括收集泵房的結(jié)構(gòu)信息，工程數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)泵房進(jìn)行水力建模，整理水泵組合白名單，計(jì)算水泵揚(yáng)程曲線參數(shù)，水泵功率曲線參數(shù)以及損失系數(shù)等。

　　有了這個(gè)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連接的數(shù)字孿生模型后，用戶只需要輸入調(diào)度需求和泵站運(yùn)行狀況作為系統(tǒng)“計(jì)算輸入”給到計(jì)算引擎，計(jì)算引擎使用了數(shù)學(xué)優(yōu)化算法模型，用以直接計(jì)算出滿足輸入條件的所有可行方案中的最佳點(diǎn)，智能優(yōu)化泵組群控策略，在保障泵站流量與壓力輸出的同時(shí)，使所選擇的水泵都盡可能運(yùn)行于其特性曲線的高效區(qū)間上，基于能源的同時(shí)延長(zhǎng)動(dòng)機(jī)壽命，助力數(shù)字化泵站實(shí)現(xiàn)降本增效。

　　數(shù)字化泵站實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)泵站運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

　　根據(jù)算法和工業(yè)評(píng)估，在符合工況的條件下，使用數(shù)字化泵站系統(tǒng)的泵組優(yōu)化后，整個(gè)泵站的預(yù)期節(jié)能將達(dá)到3%或以上，這對(duì)于水廠最主要的電力消耗來(lái)說(shuō)具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

　　水泵數(shù)字孿生+人工智能實(shí)現(xiàn)泵組健康運(yùn)維

　　通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提前預(yù)測(cè)設(shè)備可能發(fā)生的各種故障，有計(jì)劃地安排設(shè)備停機(jī)維修維護(hù)時(shí)間，是目前最為先進(jìn)的和最佳性價(jià)比的設(shè)備維護(hù)策略。

　　對(duì)于水泵的健康運(yùn)維，西門子DPS數(shù)字化泵站系統(tǒng)提供了深度融合數(shù)字孿生與機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)CMS系統(tǒng)(在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng))。該系統(tǒng)可以整合控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)、設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、故障通知與分析數(shù)據(jù)、工藝設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)、維修報(bào)告日志等數(shù)據(jù)，并結(jié)合設(shè)備制造相關(guān)機(jī)理與專業(yè)知識(shí)，并從中找出關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建每臺(tái)水泵的數(shù)字孿生模型。

　　在此基礎(chǔ)上采用智能機(jī)器學(xué)習(xí)與模型訓(xùn)練，在平時(shí)各個(gè)工況下，對(duì)狀態(tài)進(jìn)行學(xué)習(xí)，使得模型能夠自動(dòng)從設(shè)備運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)不同運(yùn)行狀態(tài)對(duì)應(yīng)的模式，通過(guò)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和建模的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)預(yù)警。水泵的運(yùn)行狀況和潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)可視化圖表一目了然，針對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)到的異常風(fēng)險(xiǎn)，用戶可基于系統(tǒng)的智能診斷結(jié)果與便捷的交互分析功能，高效的定位故障的潛在根源。

　　西門子DPS數(shù)字化泵站系統(tǒng)除了能夠深入分析設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)的細(xì)節(jié)情況外，還能用AI技術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)和狀態(tài)預(yù)測(cè)。

　　實(shí)時(shí)泵機(jī)狀態(tài)監(jiān)控，包括泵機(jī)運(yùn)行的可監(jiān)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)、工作狀態(tài)、健康度評(píng)估和設(shè)備維護(hù)信息以輔助決策設(shè)備控制方案

　　數(shù)字化的核心在于挖掘數(shù)據(jù)的價(jià)值

　　無(wú)論是數(shù)字孿生還是人工智能，其實(shí)都是數(shù)字化的技術(shù)手段，而數(shù)字化的核心在于挖掘數(shù)據(jù)的價(jià)值，為客戶的業(yè)務(wù)持續(xù)創(chuàng)造價(jià)值。西門子的數(shù)字化泵站系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)字孿生和人工智能，可以實(shí)現(xiàn)泵站運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)優(yōu)化泵組運(yùn)行方案使泵組維持在高效運(yùn)行，基于測(cè)點(diǎn)狀況預(yù)測(cè)性健康診斷模塊以降低設(shè)備非計(jì)劃性停車風(fēng)險(xiǎn)，這些都能給泵站帶來(lái)降低成本、節(jié)能提效、減少人工操作、延長(zhǎng)泵機(jī)壽命等價(jià)值，從而達(dá)到更高效、更安全的供水控制的目的。

　　其實(shí)，這樣基于數(shù)字孿生和人工智能的數(shù)字化泵站系統(tǒng)已經(jīng)不只是理論上的解決方案，而是已經(jīng)在多個(gè)水廠得到應(yīng)用。

　　比如在重慶的某水廠送水泵站，在采用西門子數(shù)字化泵站系統(tǒng)改造后，為4臺(tái)開(kāi)關(guān)泵和4臺(tái)變頻泵做了優(yōu)化調(diào)度，不僅大大較少了人為調(diào)度的工作量，而且泵站的節(jié)能效果超過(guò)3%。在泵組健康運(yùn)維方面，西門子利用泵組上的振動(dòng)傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)能能夠?qū)ΠㄝS承早期潤(rùn)滑不良、轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡、軸承內(nèi)外圈磨損等9種常見(jiàn)的水泵潛在故障類型進(jìn)行識(shí)別。在新系統(tǒng)的助力下，該水廠在改造后至今未出現(xiàn)過(guò)由于運(yùn)維不當(dāng)導(dǎo)致的任何事故，為重慶市的13個(gè)街鎮(zhèn)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化智能化安全供水。

　　同樣，在位于上海以西100公里的蘇州太湖水利樞紐泵站，DPS系統(tǒng)也為該長(zhǎng)江連接太湖的重點(diǎn)水利工程實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)，其技術(shù)先進(jìn)性與可行性受到了水務(wù)專家的一致認(rèn)可與高度評(píng)價(jià)。

　　從西門子數(shù)字化泵站系統(tǒng)的落地應(yīng)用，我們可以看出，數(shù)字孿生和人工智能其實(shí)已經(jīng)在工業(yè)中得到應(yīng)用，而且已經(jīng)發(fā)揮了其他技術(shù)不可比擬的作用。正所謂，當(dāng)我們還在談數(shù)字化的未來(lái)之時(shí)，未來(lái)已經(jīng)悄然而至。