數(shù)字孿生的概念已經(jīng)存在了很長(zhǎng)時(shí)間，最常見(jiàn)的定義是以數(shù)字方式表示一個(gè)物體。如果你創(chuàng)建了一個(gè)螺絲、工具的CAD模型，或者制造過(guò)程的數(shù)字地圖，那么你就創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)字孿生模型——我們從60年代就開(kāi)始做這件事了。今天，這一概念繼續(xù)演變。隨著CAD和制造系統(tǒng)能力的提高，數(shù)字孿生系統(tǒng)的價(jià)值也隨之提高。協(xié)調(diào)術(shù)語(yǔ)、定義和應(yīng)用的ISO/DIN 23247-1工作組目前正在努力協(xié)調(diào)工業(yè)系統(tǒng)中的數(shù)字孿生。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織將數(shù)字孿生定義為“<制造系統(tǒng)>可觀測(cè)制造系統(tǒng)元素滿足要求的數(shù)字表示，它能夠使元素和其數(shù)字表示之間以合適的速率實(shí)現(xiàn)同步”數(shù)字孿生當(dāng)前狀態(tài)下的同步可以在三個(gè)方面看到：模擬和預(yù)測(cè)；生產(chǎn)狀態(tài)；使用情況。
模擬與預(yù)測(cè)
模擬和預(yù)測(cè)是數(shù)字孿生的經(jīng)典用例。這些用例包括靜態(tài)和運(yùn)動(dòng)CAD模型，并回答有關(guān)空間、運(yùn)動(dòng)和功能方面的問(wèn)題。例如，西門(mén)子用用戶定義的條件測(cè)試數(shù)字孿生，以確定數(shù)字孿生及其“真實(shí)”對(duì)應(yīng)物將如何反應(yīng)：“基于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)人員和客戶可以在虛擬化中心測(cè)試功能和操作員界面，甚至在機(jī)器制造之前。”預(yù)測(cè)用例來(lái)自有限元模型(FEA)。通常基于第一原理物理學(xué)的FEA模型由于其基于相同的方程組，因此其行為與它們的真實(shí)對(duì)應(yīng)物相同。理想情況下，它們旨在回答這樣一個(gè)問(wèn)題：“該器件在實(shí)際工作條件下工作嗎？”雖然結(jié)果非常接近，而且信息豐富，但在現(xiàn)實(shí)世界中，每個(gè)部分的行為都會(huì)因變化而略有不同。
《現(xiàn)代機(jī)械車間》雜志的布倫特·唐納森寫(xiě)道：“工程師們?cè)诎惭b控制器之前，對(duì)機(jī)器工作臺(tái)所在的區(qū)域進(jìn)行了沖擊測(cè)試，以測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)。后來(lái)，當(dāng)機(jī)器完成時(shí)，這些固有頻率、模態(tài)剛度值和阻尼比將影響機(jī)器的性能，而嵌入式傳感器將幫助監(jiān)測(cè)其振動(dòng)，并告知總體速度和進(jìn)給選擇。“用于模擬和預(yù)測(cè)的數(shù)字孿生模型的當(dāng)前發(fā)展將真實(shí)世界的數(shù)據(jù)輸入到模型中。這一過(guò)程降低了單獨(dú)基于第一原理物理進(jìn)行估計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)，并提供了一個(gè)更精確的預(yù)測(cè)。
成品
成品用例結(jié)合了在制造過(guò)程中收集的反饋，在零件從原材料轉(zhuǎn)化為最終形狀時(shí)收集有價(jià)值的數(shù)據(jù)。這些用例集中在流程中不同步驟創(chuàng)建的零件特性上。收集這些數(shù)據(jù)可以使制造過(guò)程更加敏捷。根據(jù)存在或不存在的功能來(lái)優(yōu)化實(shí)時(shí)路由修改是一項(xiàng)將利用數(shù)字孿生技術(shù)的業(yè)務(wù)需求。這確實(shí)需要一些制造執(zhí)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)化來(lái)完全實(shí)現(xiàn)，但是第一步要從制造條件中得出。
使用時(shí)
作為使用案例，將最終裝配與設(shè)備運(yùn)行條件和輸出的實(shí)時(shí)信息結(jié)合起來(lái)。GE digital的使用案例確定了數(shù)字孿生技術(shù)帶來(lái)的好處，如提高可靠性和可用性、降低風(fēng)險(xiǎn)、降低維護(hù)成本、改進(jìn)生產(chǎn)和更快的實(shí)現(xiàn)價(jià)值的時(shí)間。這些好處是降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本的結(jié)果。
數(shù)字孿生的概念將在未來(lái)幾十年繼續(xù)發(fā)展。關(guān)鍵是通過(guò)業(yè)務(wù)需求將數(shù)字模型連接到物理世界。更精確的模擬將驅(qū)動(dòng)性能更好的器件。了解已制造的零件將增加制造的敏捷性，減少不必要的步驟?？梢暬a(chǎn)品的使用可以降低操作維護(hù)成本。
