数字孪生机械产品管理系统方案

依托数字孪生技术实现可靠性测试的关键作用贯穿机械产品全生命周期各个阶段

基于数字孪生技术的产品设计师能够进行产品可靠性仿真与分析，并通过实施优化措施及持续改进策略来实现产品的可靠性增长。

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；

产品退役之际可以通过数字孪生平台对现有产品的剩余寿命进行分析以及评估其再制造价值

（一）案例背景

本项目围绕解决可靠性测试与验证过程中的关键问题展开，并致力于系统性地开展基于数字孪生的机械产品可靠性测试模型及综合运用测试方法、可靠度评价以及结果分析与可靠度增长的研究工作；同时系统性地制定相关技术标准，并完善现有相关标准化体系。

（二）系统框架

基于数字孪生技术的机械产品可靠性测试与数据集成需求下，搭建软硬件配套且适用于多种场景的试验验证环境。系统框架如图1：

数字孪生标准化体系一级目录

（三）实施步骤

本研究旨在针对可完全实现物理模拟的场景进行基于数字孪生平台的可靠性测试标准实施与验证

产品的工作环境完全能够通过物理手段进行模拟，在对产品的数字孪生仿真模型修正以及可靠性评价过程中均可直接利用物理试验数据。

数字孪生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

由于基于数字孪生可靠性测试过程中所模拟的物理场景无法完全还原产品的实际运行状态，在这种情况下就需要对不可完全物理模拟场景下的数字孪生模型开展相应的验证工作。针对无法通过全尺寸物理模拟实现的数字孪生模型建立需求，在满足物理试验条件的基础上额外构建相应的模型；经过完成模型质量检验来确保仿真精度无误后，在满足产品正常运行状态下构建相应的仿真模型，并依照既定的标准输出格式进入基于数字孪生技术的应用分析阶段；例如图3所示，在完成影响因子分布状态确定、敏感因子筛选以及样本提取方法选择等关键参数设定并确定样本数量后；完成仿真分析计算后，并将结果数据存档以便后续开展可靠性评价流程。

数字孪生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

本项目通过多维度综合应用数字孪生仿真信息与试验信息进行数据整合，并基于此系统得出具有更高准确性的可靠性评价结果

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

本项目开发了一种方法，在非真实场景中融合物理实验手段来修正数字孪生仿真模型，并为该系统构建实际工作情境边界条件，以实现产品可靠性评估的实际场景分析。

提出基于数字孪生的产品可靠性增长办法

基于现有的示范应用案例，在数字化孪生环境下进行机械产品的可靠性测试能够显著提升整体成本投入，并且能够在较短的时间内完成产品验证周期所需的时间。