“數(shù)字孿生” 企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型必然之路

    “數(shù)字孿生”一詞最早出現(xiàn)在美國國家航空航天局（NASA）在2010年的《技術(shù)路線圖》報告中，一個用于描述太空旅行的工具。而大約十年后，“數(shù)字孿生”已成為關(guān)鍵工具，正在向人們展示全球工業(yè)4.0在數(shù)字孿生技術(shù)方面的發(fā)展：從自動化到自主。我們談?wù)摰氖堑谒拇喂�業(yè)革命中的“數(shù)字化轉(zhuǎn)型” ，但是“數(shù)字化”自第三次工業(yè)革命以來就已經(jīng)存在。數(shù)字化包括：基于規(guī)則的計算形式，其反應(yīng)就像右腦邊緣系統(tǒng)。到現(xiàn)在與眾不同的是，數(shù)字化可以學習，適應(yīng)和發(fā)展見解，使行業(yè)能夠感知，分析，行動和優(yōu)化。數(shù)字孿生技術(shù)是這一發(fā)展的基本要素。什么是數(shù)字孿生？讓我們從NASA的原始定義開始，到今天它仍然非常準確：“使用最佳可用物理模型對對象或系統(tǒng)進行超現(xiàn)實的數(shù)字仿真�？紤]連續(xù)不斷的傳感器更新和完整的歷史數(shù)據(jù)，以反映現(xiàn)實世界中孿生的生命。數(shù)字孿生通過推薦使用情況的變化來減輕損壞或降級，并提高任務(wù)成功的可能性。”

    “Digital Twin”聽起來很簡單

    簡單地說，數(shù)字孿生聽起來沒有什么，直到人們考慮到受益于數(shù)字孿生技術(shù)的各種用途的行業(yè)的廣度和數(shù)量：

    航空航天與國防、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、礦業(yè)、

    汽車與運輸、電子產(chǎn)品、機械/設(shè)備制造、

    能源與公用事業(yè)、金融服務(wù)、

    醫(yī)療保健與生命科學 、零售、消費品

    列表是廣泛的，幾乎涵蓋了所有行業(yè)。在這些行業(yè)中，數(shù)字孿生技術(shù)用于以下方面：

    生命周期文檔、3D表示、培訓、模擬、

    預(yù)警和預(yù)測、模型同步、可視化、監(jiān)控方式、

    連接分析、控制

    當人們在眾多地方考慮到驚人的數(shù)字使用方式時，數(shù)字孿生技術(shù)的力量就變得顯而易見。強大的功能是工業(yè)4.0從自動化到自主發(fā)展的必不可少的要素。蓬勃發(fā)展的智能制造應(yīng)依賴于數(shù)字孿生的三種基本類型，它們涵蓋了產(chǎn)品生命周期的關(guān)鍵階段：（1）產(chǎn)品的數(shù)字孿生產(chǎn)品的數(shù)字孿生模型可在各種場景下模擬任何物理對象的性能，從而消除了多個原型并最大程度地縮短了總開發(fā)時間。因此，制造商可以在虛擬環(huán)境中添加所需的調(diào)整，以在產(chǎn)品上線之前測試和驗證產(chǎn)品的功能，安全性和質(zhì)量。作為最大的航空航天制造商之一，波音公司創(chuàng)建了其飛機的數(shù)字孿生，從而使整個飛機生命周期內(nèi)的質(zhì)量和性能提高了40%。（2）生產(chǎn)的數(shù)字孿生生產(chǎn)的數(shù)字孿生即虛擬調(diào)試。虛擬調(diào)試有望重塑不同行業(yè)的制造業(yè)。一種數(shù)字孿生模型專注于車間的數(shù)字化和完全自動化。BP是英國一家大型的石油和天然氣公司，擁有名為APEX的數(shù)字孿生系統(tǒng)，它是一種模擬和監(jiān)視系統(tǒng)，可幫助工程師將生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化時間從幾個小時減少到20分鐘。（3）性能的數(shù)字孿生性能的數(shù)字孿生會收集產(chǎn)品，機器和整個生產(chǎn)線的運營數(shù)據(jù)，以模擬和預(yù)測性能故障，能耗峰值以及停機風險。壓縮空氣和真空產(chǎn)品的制造商Kaeser Compressors使用其壓縮機的數(shù)字孿生來預(yù)測何時可能出現(xiàn)故障，從而有助于最大程度地減少停機時間。數(shù)字孿生的終極價值“實物資產(chǎn)的數(shù)字化反映。” 直到人們意識到世界上每個工廠中的每個工業(yè)對象都有自己的數(shù)字孿生，這些數(shù)字孿生中的每一個都有多個狀態(tài)，用于每個對象的計劃，設(shè)計，操作，維護等。此外，如上所述，數(shù)字孿生參與了每個行業(yè)的廣泛任務(wù)。

    數(shù)字孿生技術(shù)的重點是保持所有功能完全數(shù)字化。

    數(shù)字孿生將成為工作場所不可或缺的一部分，與人們一起服務(wù)并與他人共存。

    數(shù)字孿生實現(xiàn)了協(xié)作的全球技術(shù)平臺。

    MakeReal3D助力賽輪集團數(shù)字孿生系統(tǒng)建設(shè)賽輪集團作為輪胎行業(yè)的領(lǐng)頭羊，在快速擴大業(yè)務(wù)版圖的同時不斷投入資源進行數(shù)字化升級。在建設(shè)了ERP、MES、能源等管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，選擇北京朗迪鋒科技有限公司的數(shù)字孿生解決方案著手進行數(shù)字孿生系統(tǒng)建設(shè)，構(gòu)建以三維數(shù)字模型為基礎(chǔ)，集運維、安全、生產(chǎn)監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、調(diào)度的透明工廠、無人工廠支撐平臺。隨著孿生系統(tǒng)的建設(shè)，根據(jù)集團戰(zhàn)略部署以及分解的管理監(jiān)控目標體系，逐步打通了原來一個個信息孤島，實現(xiàn)跨多系統(tǒng)、實時、精確、穿透地獲取重要管理指標信息，并將管理指標與真實世界中的資產(chǎn)信息、位置信息準確匹配，為管理者提供更直觀的巡視功能。如設(shè)備管理重要指標的監(jiān)控，不但集成了ERP、MES、能源等幾大系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，還做了橫向和縱向的穿透，為設(shè)備管理提供更加實時、高效的決策支持。北京朗迪鋒科技有限公司自主研發(fā)的MakeReal3D虛擬現(xiàn)實仿真工具軟件，通過三維可視化顯示和交互模式，對制造過程信息進行展示、傳遞和交流，為科學組織生產(chǎn)提供及時、準確和直觀的信息，建立起以實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的三維可交互數(shù)字化工廠輔助決策與虛擬展示、培訓平臺。其主要功能有：

    1. 機器人虛擬調(diào)試

    2. OPC協(xié)議接口

    3. 數(shù)字化工廠VR展示

    4. 三維工廠實時監(jiān)控

    5. 緊急情況應(yīng)急演練

    6. 設(shè)備操作虛擬培訓

    MakeReal3D在數(shù)字孿生不同現(xiàn)實場景中越來越多的得到了應(yīng)用與實踐：

    賽輪集團股份有限公司廠區(qū)及生產(chǎn)線實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實數(shù)字孿生；

    清華大學智能制造工訓中心將學校已經(jīng)建成的智能生產(chǎn)線實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實數(shù)字孿生；

    北京工業(yè)大學數(shù)字孿生工廠虛擬監(jiān)控；

    數(shù)字工廠可視化今后，經(jīng)過工業(yè)用戶和所有虛擬現(xiàn)實同業(yè)者的共同努力，將出現(xiàn)越來越多自主研發(fā)并代表國際先進水平的虛擬現(xiàn)實軟硬件產(chǎn)品，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)、云技術(shù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G網(wǎng)絡(luò)等等新技術(shù)將互相融合，在更多工業(yè)場景不斷落地。展望未來，越來越多的工業(yè)虛擬現(xiàn)實實驗室將成為工業(yè)企業(yè)數(shù)字化的重要組成部分，最終將助力中國高端制造工業(yè)的不斷發(fā)展和升級。