數(shù)字孿生和AI人工智能，是當前制造業(yè)的熱門話題，也是智能制造的未來趨勢。那數(shù)字孿生能夠給工業(yè)帶來什么作用呢?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)字孿生技術的主要倡導者和推動者，西門子以一個實際應用案例很好地詮釋了數(shù)字孿生+AI給工業(yè)領域帶來的革命性變化，這就是西門子面向智慧水務推出的數(shù)字化泵站系統(tǒng)DPS。

　　傳統(tǒng)泵站面臨節(jié)能和運維可靠性兩大難題

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

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

　　除此之外，早期水廠囿于傳統(tǒng)的定期保養(yǎng)和維護方式，基礎設施的建設水平不高，泵組缺乏預測性維護技術，缺少數(shù)字化的設備管理，運維效率低下，由此引發(fā)的水泵宕機和損壞，會給水廠帶來巨大的經(jīng)濟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)化和健康運維成為了傳統(tǒng)泵站當前面臨的兩大難題，亟需采用新的技術來解決。

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

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

　　數(shù)字化泵站，就是運用數(shù)字化技術，為泵站和每臺水泵在虛擬世界建立一個數(shù)字孿生體，并且通過機理模型、傳感器和通訊網(wǎng)絡與物理世界互相連通，實時交換數(shù)據(jù)，實現(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，為了實現(xiàn)泵組的最優(yōu)化運營，首先會建立整個泵房的數(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)來對泵房進行水力建模，整理水泵組合白名單，計算水泵揚程曲線參數(shù)，水泵功率曲線參數(shù)以及損失系數(shù)等。

　　有了這個和實時數(shù)據(jù)連接的數(shù)字孿生模型后，用戶只需要輸入調(diào)度需求和泵站運行狀況作為系統(tǒng)“計算輸入”給到計算引擎，計算引擎使用了數(shù)學優(yōu)化算法模型，用以直接計算出滿足輸入條件的所有可行方案中的最佳點，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，使所選擇的水泵都盡可能運行于其特性曲線的高效區(qū)間上，基于能源的同時延長動機壽命，助力數(shù)字化泵站實現(xiàn)降本增效。

　　數(shù)字化泵站實現(xiàn)實時泵站運行狀態(tài)監(jiān)控

　　根據(jù)算法和工業(yè)評估，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，整個泵站的預期節(jié)能將達到3%或以上，這對于水廠最主要的電力消耗來說具有很高的經(jīng)濟效益。

　　水泵數(shù)字孿生+人工智能實現(xiàn)泵組健康運維

　　通過實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，提前預測設備可能發(fā)生的各種故障，有計劃地安排設備停機維修維護時間，是目前最為先進的和最佳性價比的設備維護策略。

　　對于水泵的健康運維，西門子DPS數(shù)字化泵站系統(tǒng)提供了深度融合數(shù)字孿生與機器學習等技術CMS系統(tǒng)(在線振動監(jiān)測系統(tǒng))。該系統(tǒng)可以整合控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)、設備監(jiān)測數(shù)據(jù)、故障通知與分析數(shù)據(jù)、工藝設計相關數(shù)據(jù)、維修報告日志等數(shù)據(jù)，并結(jié)合設備制造相關機理與專業(yè)知識，并從中找出關聯(lián)關系構(gòu)建每臺水泵的數(shù)字孿生模型。

　　在此基礎上采用智能機器學習與模型訓練，在平時各個工況下，對狀態(tài)進行學習，使得模型能夠自動從設備運行歷史數(shù)據(jù)中學習不同運行狀態(tài)對應的模式，通過實時的數(shù)據(jù)和建模的數(shù)據(jù)進行比較，實現(xiàn)預測預警。水泵的運行狀況和潛在的故障風險，通過可視化圖表一目了然，針對系統(tǒng)檢測到的異常風險，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備關鍵參數(shù)指標的細節(jié)情況外，還能用AI技術對實時數(shù)據(jù)進行掃描分析，實現(xiàn)設備運行趨勢和狀態(tài)預測。

　　實時泵機狀態(tài)監(jiān)控，包括泵機運行的可監(jiān)測關鍵參數(shù)、工作狀態(tài)、健康度評估和設備維護信息以輔助決策設備控制方案

　　數(shù)字化的核心在于挖掘數(shù)據(jù)的價值

　　無論是數(shù)字孿生還是人工智能，其實都是數(shù)字化的技術手段，而數(shù)字化的核心在于挖掘數(shù)據(jù)的價值，為客戶的業(yè)務持續(xù)創(chuàng)造價值。西門子的數(shù)字化泵站系統(tǒng)，通過數(shù)字孿生和人工智能，可以實現(xiàn)泵站運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，實時優(yōu)化泵組運行方案使泵組維持在高效運行，基于測點狀況預測性健康診斷模塊以降低設備非計劃性停車風險，這些都能給泵站帶來降低成本、節(jié)能提效、減少人工操作、延長泵機壽命等價值，從而達到更高效、更安全的供水控制的目的。

　　其實，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)在多個水廠得到應用。

　　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臺開關泵和4臺變頻泵做了優(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3%。在泵組健康運維方面，西門子利用泵組上的振動傳感器進行實時監(jiān)測，系統(tǒng)能能夠?qū)ΠㄝS承早期潤滑不良、轉(zhuǎn)子動不平衡、軸承內(nèi)外圈磨損等9種常見的水泵潛在故障類型進行識別。在新系統(tǒng)的助力下，該水廠在改造后至今未出現(xiàn)過由于運維不當導致的任何事故，為重慶市的13個街鎮(zhèn)實現(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)也為該長江連接太湖的重點水利工程實現(xiàn)智能化升級，其技術先進性與可行性受到了水務專家的一致認可與高度評價。

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