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西門子研究人員開發(fā)出一款虛擬傳感器，不必借助安裝在電機(jī)內(nèi)部的傳感器即可計(jì)算出電機(jī)內(nèi)部溫度。籍此得到的信息可以避免不必要的停機(jī)——這一改進(jìn)將大大降低運(yùn)營(yíng)成本。

諸如壓縮氣體用的大型電機(jī)的轉(zhuǎn)子，盡管龐大如房間，但卻難以進(jìn)入。這種轉(zhuǎn)子在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力很高，一旦過(guò)熱就會(huì)造成損害。因此，必須監(jiān)測(cè)其溫度。
 
驅(qū)動(dòng)這種轉(zhuǎn)子的電機(jī)是所謂的凸極電機(jī)，這些巨大的機(jī)器在石油、天然氣及化工行業(yè)常用于驅(qū)動(dòng)大功率泵機(jī)。由于未配備變頻器，直接連接至電網(wǎng)，它們?cè)趩?dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。若反復(fù)啟動(dòng)，其內(nèi)部溫度可能飆升至800°C，從而可能造成嚴(yán)重?fù)p害。為此，在重新啟動(dòng)之前，必須讓電機(jī)冷卻下來(lái)。問(wèn)題是：需要多長(zhǎng)時(shí)間？電機(jī)內(nèi)部關(guān)鍵區(qū)域的溫度無(wú)法直接測(cè)量。這樣一來(lái)，技術(shù)人員迄今為止只能估計(jì)冷卻時(shí)長(zhǎng)。一般而言，專家會(huì)設(shè)定一個(gè)緩沖期，以排除發(fā)生損害的可能性。這樣的停機(jī)往往長(zhǎng)達(dá)12小時(shí)，比實(shí)際冷卻用時(shí)長(zhǎng)得多，故而令經(jīng)營(yíng)者蒙受巨大損失。
 
透過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔來(lái)觀看電機(jī)演示器，佩戴者可以看到電機(jī)及其內(nèi)部的逼真模擬，以及疊加于其上的真實(shí)演示器。
 
西門子虛擬傳感器
 
現(xiàn)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(lái)測(cè)量和監(jiān)測(cè)電機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下的內(nèi)部溫度。這一發(fā)展有助于顯著減少停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備利用率。虛擬傳感器原型的數(shù)學(xué)模型基于數(shù)字化雙胞胎——它地模擬了真實(shí)的傳感器若能裝入電機(jī)內(nèi)部將如何工作。透過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔HoloLens來(lái)觀看電機(jī)演示器，佩戴者可以看到電機(jī)及其內(nèi)部的逼真模擬，以及疊加于其上的真實(shí)演示器。從藍(lán)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(guò)程工業(yè)與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)，特別是柏林西門子電機(jī)工廠同事們的工作成果。他們?cè)陂_發(fā)電機(jī)時(shí)，使用了數(shù)學(xué)模型來(lái)捕捉驅(qū)動(dòng)裝置的幾何形狀和材料特性，以便創(chuàng)建出每個(gè)組件的數(shù)字化雙胞胎。”但這些模型極為廣泛且又復(fù)雜，因而通常無(wú)法用于實(shí)時(shí)計(jì)算。在解決這一挑戰(zhàn)的過(guò)程中，西門子研究人員取得了兩個(gè)重大進(jìn)展：他們成功地運(yùn)用了數(shù)學(xué)規(guī)約方法，并且成功地推導(dǎo)出抽象模型，盡管這些模型不那么全面，但仍可得出關(guān)鍵的模擬結(jié)果。這些模型的計(jì)算速度比傳統(tǒng)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(fā)出可在運(yùn)行期間持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的數(shù)字化雙胞胎。這些數(shù)字化雙胞胎可以隨時(shí)提供現(xiàn)實(shí)的虛擬圖像。通過(guò)將虛擬傳感器生成的數(shù)據(jù)與非運(yùn)動(dòng)組件上的傳感器生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可量化虛擬傳感器的精度。