在5G、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)三大支柱的支持和護(hù)航下，“數(shù)字孿生”這個(gè)概念，開(kāi)始從構(gòu)想走向現(xiàn)實(shí)，頻繁出現(xiàn)于人們的視野中。那么“數(shù)字孿生”到底是什么?
1數(shù)字孿生不僅僅是復(fù)制
孿生，即雙胞胎;數(shù)字孿生，顧名思義，就是數(shù)字形式的雙胞胎。
在“數(shù)字孿生”中，雙胞胎中的一個(gè)是存在于現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體，小到零件，大到工廠，簡(jiǎn)單如螺絲，復(fù)雜如人體的結(jié)構(gòu)。而雙胞胎中的另一個(gè)則只存在虛擬和數(shù)字世界之中，是利用數(shù)字技術(shù)營(yíng)造的與現(xiàn)實(shí)世界對(duì)稱的鏡像。
如果以家用電腦為例，Word文檔和打印出來(lái)的文稿就是“數(shù)字孿生”。若以導(dǎo)航軟件為例，城市中的實(shí)體道路和軟件中的虛擬道路也是“數(shù)字孿生”。
此外，這個(gè)數(shù)字孿生體，不僅是對(duì)現(xiàn)實(shí)實(shí)體的虛擬再現(xiàn)，還可以模擬對(duì)象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為。因此我們說(shuō)“數(shù)字孿生”不僅僅是復(fù)制，“數(shù)字孿生”是將物理對(duì)象以數(shù)字化方式在虛擬空間呈現(xiàn)，模擬其在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為特征。
“數(shù)字孿生”作為實(shí)現(xiàn)物理空間和虛擬空間交互映射的一項(xiàng)通用賦能技術(shù)，將在推動(dòng)制造企業(yè)復(fù)工復(fù)產(chǎn)進(jìn)程中發(fā)揮積極作用。
2“數(shù)字孿生”技術(shù)成功應(yīng)用案例
隨著智能制造的蓬勃發(fā)展，數(shù)字孿生在世界范圍內(nèi)應(yīng)用越來(lái)越廣
位于德國(guó)安貝格的西門子電子元器件制造工廠被譽(yù)為“數(shù)字化工廠”的典范。這里生產(chǎn)超過(guò)1000種不同的Simatic產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在工業(yè)中用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程和控制。
這家工廠采用了完整覆蓋全價(jià)值鏈的“數(shù)字孿生”技術(shù)，通過(guò)在虛擬空間構(gòu)建產(chǎn)品數(shù)字孿生體，多角度、多維度模擬優(yōu)化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速研發(fā)、產(chǎn)能翻倍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該工廠每天能夠進(jìn)行350次生產(chǎn)切換，平均每秒鐘生產(chǎn)一件產(chǎn)品。
在1989年，這里生產(chǎn)的每一百萬(wàn)個(gè)部件中便有500個(gè)瑕疵品。而在今天，每一百萬(wàn)個(gè)部件的瑕疵率是11個(gè)，產(chǎn)品質(zhì)量合格率高達(dá)99.9989%。在此期間，這間工廠的產(chǎn)能提升了11倍，而員工數(shù)量幾乎保持不變。
另外，勞斯萊斯使用數(shù)字孿生風(fēng)扇葉片來(lái)制造超級(jí)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，提高了25%的燃油消耗效率。
英國(guó)鐵路網(wǎng)的數(shù)字孿生是為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化而建立的，大大節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)量的成本和時(shí)間。
新加坡利用數(shù)字孿生技術(shù)研究新的智能建筑如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施上進(jìn)行建設(shè)規(guī)劃、安裝等。另外，新加坡利用DT分析哪些建筑是安裝太陽(yáng)能電池板和積累能量的最佳選擇。
荷蘭第二大城市鹿特丹還計(jì)劃利用該市的數(shù)字孿生系統(tǒng)，來(lái)改善基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)、能源效率、道路和水上交通，以及幫助消防員在緊急情況下出行任務(wù)等等。
隨著“數(shù)字孿生”技術(shù)的日趨成熟，勢(shì)必會(huì)加快工業(yè)企業(yè)的發(fā)展進(jìn)程!
3數(shù)字孿生助力制造企業(yè)有序復(fù)工復(fù)產(chǎn)
疫情防控期間，諸多制造企業(yè)因受原材料不足、用工短缺等問(wèn)題的困擾，難以迅速?gòu)?fù)工復(fù)產(chǎn)，而采用“數(shù)字孿生”技術(shù)可以在研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營(yíng)管理等方面重組原有業(yè)務(wù)流程，優(yōu)化企業(yè)資源配置，提高企業(yè)經(jīng)營(yíng)效率。
一實(shí)現(xiàn)研發(fā)協(xié)同聯(lián)合研發(fā)、生產(chǎn)和采銷等部門在虛擬空間構(gòu)建產(chǎn)品數(shù)字孿生體，多物理場(chǎng)、多維度模擬展示產(chǎn)品在物理空間中的狀態(tài)變化，完成產(chǎn)品外觀、結(jié)構(gòu)、裝配等設(shè)計(jì)，避免線下聚集辦公，縮短產(chǎn)品上市周期。
二是實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化將產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中涉及到的機(jī)器設(shè)備、工作環(huán)境、工藝原理等要素映射到虛擬空間進(jìn)行仿真測(cè)試，并在線上完成工藝優(yōu)化，形成生產(chǎn)工藝可行性報(bào)告，降低產(chǎn)品工藝迭代成本。
三是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能調(diào)配通過(guò)在虛擬空間中模擬工廠布局、物料流動(dòng)、機(jī)器產(chǎn)能等，結(jié)合產(chǎn)品需求，確定合理工廠布局、物流策略和生產(chǎn)計(jì)劃，降低接觸傳染風(fēng)險(xiǎn)，提高對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力。
四提高機(jī)器設(shè)備智能化水平實(shí)時(shí)采集機(jī)器設(shè)備的變形程度、刀具軌跡、溫度等數(shù)據(jù)，并動(dòng)態(tài)更新虛擬空間中機(jī)器設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)設(shè)立數(shù)據(jù)閾值評(píng)估設(shè)備狀態(tài)，減少人為檢查頻次，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)。
五提高制造車間柔性化水平整合企業(yè)的人員、機(jī)器、物料、環(huán)境等生產(chǎn)要素并構(gòu)建獨(dú)立的數(shù)字孿生體，分析產(chǎn)品生產(chǎn)所需設(shè)備、環(huán)境、時(shí)間等，搭建虛擬車間，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線布置、產(chǎn)能分配的線上調(diào)整，提高車間柔性化水平。
六提高產(chǎn)品質(zhì)量管理水平根據(jù)以產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立的數(shù)字孿生體模型，對(duì)有質(zhì)量缺陷的產(chǎn)品進(jìn)行溯源檢查，排查產(chǎn)品材料、加工等環(huán)節(jié)的漏洞并補(bǔ)全，減少質(zhì)檢部門現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)間，強(qiáng)化產(chǎn)品質(zhì)量保障體系。
4對(duì)企業(yè)下一步工作建議
從企業(yè)的整體概念來(lái)講，完整的數(shù)字化應(yīng)該是所有環(huán)節(jié)之間集成打通。在此基礎(chǔ)上，形成橫向集成、縱向集成以及端到端集成，把所有的信息孤島全部打通。完整的價(jià)值鏈的集成能帶給企業(yè)巨大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
時(shí)代發(fā)展迅速，而順應(yīng)企業(yè)發(fā)展的“數(shù)字孿生”理念也必將普遍應(yīng)用于生產(chǎn)流程中，助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。
