數字孿生

概述

數字孿生是指針對物理世界中的設備，通過數字化的手段來構建一個數字世界中一模一樣的的實體，藉此來實現對物理實體的建模、分析和優化。

隨著物聯網技術、人工智能和虛擬現實技術的不斷發展，使得工業產品和設備具備了智能的特征，而數字孿生也逐步擴展到了包括制造和服務在內的完整的產品周期階段，并不斷豐富著數字孿生的形態和概念。

數字孿生概念的不同形態

數字孿生技術貫穿了產品生命周期中的不同階段，從設計階段擴展到了全生命周期。

1.設計階段的數字孿生

在產品的設計階段，利用數字孿生可以提高設計的準確性，并驗證產品在真實環境中的性能：

數字模型設計：使用建模工具開發出滿足技術規格的產品虛擬原型，精確的記錄產品的各種物理參數，以可視化的方式展示出來，并通過一系列的驗證手段來檢驗設計的精準程度；

模擬和仿真：通過一系列可重復、可變參數、可加速的仿真實驗，來驗證產品在不同外部環境下的性能和表現，在設計階段就驗證產品的適應性。

2.制造階段的數字孿生

在產品的制造階段，利用數字孿生高度協同的特性，通過數字化手段構建虛擬生產線，通過產品數字孿生技術將生產設備和生產過程等數字形態高度集成起來，實現如下功能：

生產過程仿真：在產品生產之前，通過虛擬生產的方式來模擬在不同產品、不同參數、不同外部條件下的生產過程，實現對產能、效率以及可能出現的生產瓶頸等問題的提前預判，加速新產品迭代過程；

數字化產品線：將生產階段的各種要素，如原材料、設備、配方和工序等要求，通過數字化的手段集成在一個緊密協作的生產過程中，并根據設置的規則，實現自動化的生產過程；同時記錄生產過程中產生的各類數據，為后續的分析和優化提供參數。

關鍵指標監控和過程能力評估：通過采集生產線上的各種生產設備的實時運行數據，實現全部生產過程的可視化監控，并且通過經驗或者機器學習建立關鍵設備參數、檢驗指標的監控策略，對出現違背策略的異常情況進行及時處理和調整，通過不斷優化實現穩定的生產過程。

3.服務階段的數字孿生

隨著物聯網技術的成熟，很多工業制造產品都使用了大量的傳感器來采集產品運行階段的數據和工作狀態，并通過數據分析來預測產品的故障情況，改善產品的穩定性和可靠性。

遠程監控和預測維護：讀取傳感器或者控制系統的各種實時參數，構建可視化的遠程監控，并結合歷史數據，構建健康指標體系，通過人工智能實現趨勢預測；根據預測的結果，對維護策略以及備品備件的管理策略進行優化，避免因為非計劃停機帶來的損失；

優化生產指標：工業裝備參數設置的合理性以及在不同生產條件下的適應性，往往決定了產品的質量和交付周期。而工業裝備廠商可以通過海量采集的數據，構建起針對不同應用場景、不同生產過程的經驗模型，幫助優化參數配置，以改善產品質量和生產效率。

產品使用反饋：通過采集產品實時運行數據，可以洞悉產品的真實需求，不僅能夠加速新產品的導入周期、避免產品錯誤使用引起的故障、提高產品參數配置的準確性，從而避免研發決策失誤。

數字孿生的意義

數字孿生技術在不斷的快速閾值，無論是對產品的設計、制造還是服務，都起到了重大的作用