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2018-07-20
西門子研究人員開發出一款虛擬傳感器，不必借助安裝在電機內部的傳感器即可計算出電機內部溫度。籍此得到的信息可以避免不必要的停機——這一改進將大大降低運營成本。
諸如壓縮氣體用的大型電機的轉子，盡管龐大如房間，但卻難以進入。這種轉子在啟動時產生的熱應力很高，一旦過熱就會造成損害。因此，必須監測其溫度。
驅動這種轉子的電機是所謂的凸極電機，這些巨大的機器在石油、天然氣及化工行業常用于驅動大功率泵機。由于未配備變頻器，直接連接至電網，它們在啟動時會產生大量的熱量。若反復啟動，其內部溫度可能飆升至800°C，從而可能造成嚴重損害。為此，在重新啟動之前，必須讓電機冷卻下來。問題是：需要多長時間？電機內部關鍵區域的溫度無法直接測量。這樣一來，技術人員迄今為止只能估計冷卻時長。一般而言，專家會設定一個緩沖期，以排除發生損害的可能性。這樣的停機往往長達12小時，比實際冷卻用時長得多，故而令經營者蒙受巨大損失。
透過增強現實頭盔來觀看電機演示器，佩戴者可以看到電機及其內部的逼真模擬，以及疊加于其上的真實演示器。
西門子虛擬傳感器
現在，得益于西門子中央研究院(CT)開展的工作，研究人員可以利用虛擬傳感器來測量和監測電機在運行狀態下的內部溫度。這一發展有助于顯著減少停機時間，提高設備利用率。虛擬傳感器原型的數學模型基于數字化雙胞胎——它地模擬了真實的傳感器若能裝入電機內部將如何工作。透過增強現實頭盔HoloLens來觀看電機演示器，佩戴者可以看到電機及其內部的逼真模擬，以及疊加于其上的真實演示器。從藍色到紅色的不同顏色表明了溫度水平。
西門子中央研究院的仿真專家Birgit Obst表示，“我們借鑒了西門子過程工業與驅動集團，特別是柏林西門子電機工廠同事們的工作成果。他們在開發電機時，使用了數學模型來捕捉驅動裝置的幾何形狀和材料特性，以便創建出每個組件的數字化雙胞胎。”但這些模型極為廣泛且又復雜，因而通常無法用于實時計算。在解決這一挑戰的過程中，西門子研究人員取得了兩個重大進展：他們成功地運用了數學規約方法，并且成功地推導出抽象模型，盡管這些模型不那么全面，但仍可得出關鍵的模擬結果。這些模型的計算速度比傳統工程仿真工具快1000倍，并且精度偏差更小、可控。得益于此，西門子開發出可在運行期間持續進行監測的數字化雙胞胎。這些數字化雙胞胎可以隨時提供現實的虛擬圖像。通過將虛擬傳感器生成的數據與非運動組件上的傳感器生成的數據進行比較，可量化虛擬傳感器的精度。
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