數字孿生和AI人工智能，是當前制造業的熱門話題，也是智能制造的未來趨勢。那數字孿生能夠給工業帶來什么作用呢?工業AI如何落地呢?在AI的加持下，數字孿生是否將發揮更大作用呢?

       æ•¸å­—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字孿生+AI給工業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字化泵站系統DPS。

　　傳統泵站面臨節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”，其穩定運行則是供水系統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度方案用不同的水泵組合來滿足不同的供水需求。在傳統的調度方案里，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，水泵的調節都依賴管控人員的人工經驗，不能做到最優化調節，不能保證水泵的高效率運行導致的高能耗成本。

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

　　

　　泵房數字孿生+優化算法實現泵組節能

　　西門子在水行業擁有專業的技術知識和豐富的項目經驗，憑借其在全球市政供水污水處理等多個水處理環節豐富的領域知識，以及其在數字孿生和工業數據分析方面的技術積累，推出了專門解決泵組節能優化和健康運維兩大難題的數字化泵站系統DPS。

　　數字化泵站，就是運用數字化技術，為泵站和每臺水泵在虛擬世界建立一個數字孿生體，并且通過機理模型、傳感器和通訊網絡與物理世界互相連通，實時交換數據，實現物理世界和數字虛擬世界交互融合。

　　在西門子的數字化泵站系統中，為了實現泵組的最優化運營，首先會建立整個泵房的數字孿生模型，包括收集泵房的結構信息，工程數據以及歷史數據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，水泵功率曲線參數以及損失系數等。

　　有了這個和實時數據連接的數字孿生模型后，用戶只需要輸入調度需求和泵站運行狀況作為系統“計算輸入”給到計算引擎，計算引擎使用了數學優化算法模型，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間上，基于能源的同時延長動機壽命，助力數字化泵站實現降本增效。

　　

　　數字化泵站實現實時泵站運行狀態監控

　　根據算法和工業評估，在符合工況的條件下，使用數字化泵站系統的泵組優化后，整個泵站的預期節能將達到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濟效益。

　　水泵數字孿生+人工智能實現泵組健康運維

　　通過實時監測設備的運行狀態，提前預測設備可能發生的各種故障，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數字化泵站系統提供了深度融合數字孿生與機器學習等技術CMS系統(在線振動監測系統)。該系統可以整合控制系統數據、設備監測數據、故障通知與分析數據、工藝設計相關數據、維修報告日志等數據，并結合設備制造相關機理與專業知識，并從中找出關聯關系構建每臺水泵的數字孿生模型。

　　

　　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，對狀態進行學習，使得模型能夠自動從設備運行歷史數據中學習不同運行狀態對應的模式，通過實時的數據和建模的數據進行比較，實現預測預警。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，針對系統檢測到的異常風險，用戶可基于系統的智能診斷結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數字化泵站系統除了能夠深入分析設備關鍵參數指標的細節情況外，還能用AI技術對實時數據進行掃描分析，實現設備運行趨勢和狀態預測。

　　

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

　　數字化的核心在于挖掘數據的價值

　　無論是數字孿生還是人工智能，其實都是數字化的技術手段，而數字化的核心在于挖掘數據的價值，為客戶的業務持續創造價值。西門子的數字化泵站系統，通過數字孿生和人工智能，可以實現泵站運行狀態的實時監控，實時優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，這樣基于數字孿生和人工智能的數字化泵站系統已經不只是理論上的解決方案，而是已經在多個水廠得到應用。

　　比如在重慶的某水廠送水泵站，在采用西門子數字化泵站系統改造后，為4臺開關泵和4臺變頻泵做了優化調度，不僅大大較少了人為調度的工作量，而且泵站的節能效果超過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測，系統能能夠對包括軸承早期潤滑不良、轉子動不平衡、軸承內外圈磨損等9種常見的水泵潛在故障類型進行識別。在新系統的助力下，該水廠在改造后至今未出現過由于運維不當導致的任何事故，為重慶市的13個街鎮實現了數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系統也為該長江連接太湖的重點水利工程實現智能化升級，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。

　　

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