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数字双胞胎”正在成为智能制造新趋势

宣布日期：

2019-01-14

“数字双胞胎”与建模拟真手艺曾被称作智能制造业的下一海浪潮，工业4.0也要求，若要虚和实的互动以及相互增强，数字化模子必需先泛起。

什么是数字双胞胎

“数字化双胞胎”（Digital Twin）是指以数字化方法拷贝一个物理工具，模拟工具在现真相形中的行为，对产品、制造历程以致整个工厂举行虚拟仿真，从而提高制造企业产品研发、制造的生产效率。

所有“产品”最早是人类大脑里的一个模糊看法，在没有数字化模子资助的情形下，要打造出一件产品或一套生产流程，一定会履历多次迭代设计，有时间仅仅为了验证产品的某一个尺寸，部件之间的装配关系，流程的某一环节，就不得不制造出许多其中心产品或重新设计流程（被称为打样），泯灭大宗时间、款子和人力。接纳数字化模子的设计手艺（常指CAD手艺，即数字化辅助设计），就可在虚拟的三维数字空间里从无到有地创立出部件和产品以及工艺流程。在虚拟的三维空间里，可以轻松的修改部件和产品的每一处尺寸和装配关系，使得产品几何结构的验证事情、装配可行性的验证事情、流程的可实验性大为简朴，因此可以大幅度镌汰迭代历程中的物理样机的制造次数，时间，本钱。除此之外，专门的电路CAD设计手艺可以凭证电路以及器件的原理，在三维数字空间设计出电路，并且也可以举行虚拟的验证和迭代设计。同样也可以大幅度镌汰制造物理样机的价钱。这就是数字化模子一定会早于物理实体产品泛起的缘故原由。现实上，在最终的产品制造出来之前，有许多个数字化模子代表着产品迭代的各个阶段。这些模子或者其中的一部分，仍然有可能被以后的型号或者产品线所接纳，这也是数字化模子的一个附加利益。

数字双胞胎”正在成为智能制造新趋势

建模拟真的“宿世今生”

建模拟真最早泉源于上世纪60年月至70年月的盘算机语言编写的数字算法，其时只是简朴的用于盘算特定物理征象，解决设计问题；之后的二十年，随着事情站和微机的普及以及盘算能力的提高，仿真手艺的应用逐渐普遍各个学科和差别层面；并且不会停留在设计阶段，正在向产品和系统的全生命周期扩展，组成与实体形影相随的“数字双胞胎”。由于仿真能够在产品生命周期提供无缝协助和优化，将会成为制造系统的焦点功效之一，未来智能工厂是基于模子的系统工程或基于模子的制造，软件界说产品、决议企业盛衰，仿真手艺制造系统要害组成部分的黄金时代才刚刚最先。Gartner展望，到2021年，全球50％的大型工业公司将使用数字双胞胎，从而使这些组织的效率提高10％，尤其是制造业和工程行业的公司，若是想要在竞争中坚持领先职位，就需要思量实验数字双胞胎。

制造业是现在数字双胞胎最常用的行业，准时向客户提供保质保量的产品对制造企业至关主要，若是机械的运转不可协同并以适当的容量事情，就回影响员工、生产、可交付性以及最终客户的知足度；接纳实时监控、不中止生产的情形下举行测试、并且能够在设施中网络的数百万个数字据点获得更多信息，数字双胞胎使制造企业越发智能。

在德勤的一份案例研究中，一家工业制造企业决议接纳数字双胞胎要领，来解决其在现场遇到的问题，从而解决维护用度和客户延迟交付。制造企业网络了装备以及正在生产的产品数据，来研究装配历程及其与产品质量的关系。因此，该项目能够识别低效率并优化妆配流程，将返工率降低了15％至20％。

数字双胞胎的海内现状

最早在市场上提出“数字化双胞胎”模子看法的是西门子，基于模子的虚拟企业和基于自动化手艺的现实企业的“数字化双胞胎”（Digital Twins），包括“产品数字化双胞胎”、“生产工艺流程数字化双胞胎”和“装备数字化双胞胎”，三个层面又高度集成为一个统一的数据模子，并通过数字化助力企业整合横向和纵向价值链，提供工业生态系统重塑和实现“工业4.0”自下而上的切实之路。

数字双胞胎的引入海内仅仅几年时间，现在处于起源探索与实践环节，距离普遍应用尚有很长的路要走；现在数字双胞胎手艺还面临着诸多灾题，主要可分为三类：一是高仿真度，高保真度的仿真建模是构建数字双胞胎系统的要害，数字双胞胎作为物理实体在数字空间的超写实动态模子，产品虚拟模子的高精度性、多物理场建模、高保真度响应模拟等是主要解决的手艺难题。二是数据网络，由于数字孪外行艺的应用以海量数据为基础，并且是基于全要素、全生命周期的数据，而有关这些数据所涉及的先进传感器手艺、自顺应感知、准确控制与执行手艺等难题急需攻关。三是实时监测与康健展望手艺也尚待完善，实时和展望是数字孪生的焦点要素，一方面物理产品的数据动态实时反应在数字孪生系统中，另一方面，数字孪生基于感知的大数据举行剖析决议，进而控制物理产品，而其中离不开响应的高实时性数据交互、高置信度仿真展望、超等盘算能力等手艺能力。别的，新的设计磨练要领仍需进一步探索，使物理模式的实验效果更准确、更靠近真实的工况，为数字孪生体的推演提供可靠的数据支持。

现在中国制造业正处于转型升级的要害时期，通过物联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合，使得中国制造竞争力获得大幅提升。未来，数字双胞胎也可团结物联网的数据收罗、大数据处置惩罚和人工智能建模剖析，实现对已往爆发问题的诊断、目今状态的评估以及未来趋势的展望，并给予剖析效果，模拟种种可能性，提供更周全的决议支持。

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