01、前言
在當前制造業(yè)的環(huán)境下，如果我們想制造一個新輪胎，我們可能首先會制作一個輪胎原型并將它安裝在車輛上，上路進行測試，然后通過迭代版本和更多的安全檢查來更新和完善它。
而如果我們想量產并提高這種輪胎的生產能力，則必須依靠經驗和分析來預測產線各個節(jié)點的標準節(jié)拍，并在必要時對瓶頸工序做出修改和應對。
另外，如果擔心自然災害會破壞供應鏈，我們當然也可以考慮根據天氣預報和其他相關數據來做應急策略，然后寄希望于這種應急策略可以幫我們解決問題。
但在如今這個充滿技術變革的時代，制造業(yè)公司，尤其是汽車行業(yè)的制造業(yè)公司有了另一種選擇，即更靈活、更具成本效益、更前沿、更貼近企業(yè)實際運營的實時現實，稱為數字孿生。我們可以將其看作任何物理產品，設備或資產，以及供應鏈的虛擬副本，并作為可監(jiān)測、模擬和優(yōu)化生產、質量和運營性能的測試場。
數字孿生體可以是輪胎或汽車的虛擬版本，也可以是制造這些產品的方法或整個生產線，甚至可以是一個工廠、一個工廠網絡或端到端的供應鏈。借由物聯網（IoT）、人工智能、機器學習、過程和數據挖掘，甚至增強現實等顛覆性技術的不斷進步，數字孿生體也正在逐漸擴展其可能的應用范圍，并作為第四次工業(yè)革命的典型代表改變著21世紀的制造業(yè)。
02、數字孿生在制造業(yè)上的應用方式
數字孿生技術的基礎是物聯技術，當我們想要創(chuàng)建工廠或者某制造過程的數字孿生體時，我們首先會創(chuàng)建一個或一套設備的數字化模型，然后使用物聯網傳感器收集有關其性能的實時數據，并將其傳輸到企業(yè)內部服務器或云服務器上。有了這些數據，我們就可以將其與已有的數字模型進行耦合并通過渲染或其它手段，生成現實物體的數字投影，并將其實時直觀的顯示在我們面前。
我們從物聯網獲得的數據種類越多、越準確，數字孿生體的表現就會越豐富，越具體。通過數據分析和機器學習，其功能將可以被深化到預測級別，另外，通過虛擬現實和增強現實技術，也可以提升人機交互的體驗感，使數字孿生體看起來更加接近真實，在視覺化上更進一步。
當然，我們也可以從其他來源、在其他環(huán)境中引入更多的數據，例如供應鏈中的物流信息，運輸中組件的序列號等。有了這些正確的數據，數字孿生體就成了一個可以提供無限空間、無限可能的探索實驗室。來料追溯、產品研發(fā)、性能測試、假設驗證、生產過程模擬、不良品檢測、出庫物流等等，它可以涵蓋到制造業(yè)的方方面面。
對于企業(yè)來說，我們關注的不是技術本身，而是在現有制造業(yè)框架下，數字孿生體能為企業(yè)帶來哪些效益，能有多大的提升與變革。數字孿生體在汽車行業(yè)的應用價值主要表現在以下幾個方面。
03、客戶價值
1.產品測試：以汽車輪胎為例，通過數字孿生，我們不再需要等待輪胎裝配實車后的測試數據，來確定其質量和性能。
我們可以直接開始對輪胎性能展開模擬測試。比如，模擬在不同天氣、不同路況下對新輪胎進行性能驗證，并收集數據用來改進輪胎設計。我們也可以用數字孿生技術建立數字線程以及全生命周期管理，當我們用不同的化合物和原材料進行模擬實驗后，所有的實驗數據都將保留在數字線程下，在達成符合預期的結果后，產品可以由數字端直接映射到現實端，可以極大節(jié)約測試成本，降低需求方案的管理難度。
2.提高產能：當每次引入新產品時，都會破壞現有的裝配計劃。在我們花錢調試新設備和增加生產能力之前，其實我們也可以根據所制造的產品的獨特特性和需求來模擬新產品的引入對生產能力和進度的影響。
例如，一家整車廠，也許一天只能生產一定數量的敞篷車，因為在折疊式車頂鋪設電線會增加額外的工作量和工位。雖然制造商可以增加人手來完成這些額外的任務，但又不能讓裝配線過于擁擠。而且還必須考慮其它類型汽車產能的平衡。比如，那些有天窗的汽車以及普通汽車，根據訂單需求，我們隨時要考慮調節(jié)生產線的生產模式。
此時，如果我們?yōu)楫a線建立一個數字孿生體，就可以根據情況來模擬我們的裝配線。對于主計劃人員，在安排生產計劃時，就可以通過數字孿生體，了解到目前各條產線的產能情況。對于產線負責人，可以在需要進行產線換型時，通過數字孿生體指導現場人員換型。對于產線技術人員，在設備安裝和連接之前，可以從工程的角度對產線進行實時測試。
3.工廠基礎設施：2020年新冠疫情肆虐全球，如何才能在安全或者說不在工廠的情況下對工廠進行參觀和考察？有了數字孿生體，我們就可以做到這一點，甚至還可以做到更多，借助物聯技術，我們可以通過虛擬現實實現工廠漫游，設備實時數據、產線產能情況、不良率、工廠布局等數據一應俱全，而且無處不在的攝像頭可以代替我們的眼睛，這些現實世界中的攝像頭經由物聯技術，可以經由數字孿生體來控制。
另外我們也可以通過筆記本電腦遠程培訓工人。有了數字孿生體，設備甚至不需要實際安裝，就可以向其他人展示如何使用它。
4.資產維護：通過監(jiān)控生產過程中，物聯網傳感器傳出的實時數據，數字孿生體還可以模擬關鍵設備何時需要維護，甚至可以用來確定整個生產線、工廠或工廠網絡的健康狀況。Gartner公司是一家美國評估機構，其在2018年的一份報告中指出，美國所有制造企業(yè)經由數字孿生體技術，每年在資產維護方面節(jié)省的開支，達到了1萬億美元。
5.有針對性的召回：建立數字線程和全生命周期管理的數字孿生體，并通過跟蹤產品中的關鍵部件及其序列號，我們不必在產品出現問題時召回成千上萬的產品。我們可以將工作范圍縮小到那些直接受到影響的產品身上。例如，一批在海外運輸途中發(fā)生腐蝕的零部件，通過數字孿生體就可以精確定位到其影響范圍。
6.零售業(yè)：數字孿生甚至有助于面向消費者的領域。例如，一輛帶有三維可視化功能的數字孿生汽車，可以讓潛在買家在網上或4S店購車時將汽車的顏色改成自己喜歡的顏色，自己喜歡的內飾，包括車輛附加選項也是如此，這可以提供更豐富、更個性化的客戶體驗。
7.售后服務：在二手車市場上，消費者必須猜測車輛的健康狀況。但是，如果給車輛一個數字標識（基于數字孿生和區(qū)塊鏈），我們就可以開始跟蹤它的維修頻率。還有其它我們關心的問題：它們是否更換過零件？它們是使用原始設備制造商（OEM）的零件還是售后零件？根據影響分析，是否存在未登記的事故？
數字孿生體構建的全生命周期，將擁有所有實時性能、傳感器和檢查數據，以及服務歷史、配置更改、零件更換和保修數據。
8.供應鏈：數字孿生體允許我們監(jiān)控和模擬影響供應鏈的事件，例如，自然災害或與關鍵國家的貿易爭端，以及如何去主動應對這些事件。
例如，如果我們想模擬來自美國的原材料減少的影響，數字孿生可以幫助您決定如何有效地履行客戶承諾。您可以開始對各種數據點進行建模，比如新原材料在傳輸過程中花費的時間，或者其是否易腐，這讓制造業(yè)開始變得更加主動而不是被動。
參考文獻：
https://www.ey.com/en_gl/advanced-manufacturing/how-digital-twins-give-utomotive-companies-a-real-world-advantage
