（文章來源：智慧工業(yè)）

科技進(jìn)步推動(dòng)了人類生產(chǎn)力的提升，同時(shí)令行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈。當(dāng)前機(jī)器制造商普遍面臨著同一個(gè)難題，如何靈活、快速和更便宜地交付設(shè)備？機(jī)器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和試驗(yàn)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，這個(gè)周期可能是數(shù)年甚至十年以上，試問有多少客戶愿意等待這么長(zhǎng)的時(shí)間？

以市場(chǎng)為導(dǎo)向的個(gè)性化制造已成為重要趨勢(shì)，現(xiàn)代制造業(yè)必需擁有快速生產(chǎn)的能力，同時(shí)保證生產(chǎn)線能靈活地處理不同的生產(chǎn)需求。那么，數(shù)字孿生為機(jī)器設(shè)備商提供了一種絕佳方法，讓設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)高效更高。什么是數(shù)字孿生？目前在工業(yè)場(chǎng)景可以看到3D設(shè)計(jì)和虛擬裝配等都是數(shù)字孿生技術(shù)，其實(shí)它就是物理產(chǎn)品的一個(gè)虛擬模型，也就是把產(chǎn)品和生產(chǎn)過程都在計(jì)算機(jī)中模擬實(shí)現(xiàn)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。

數(shù)字孿生又叫數(shù)字雙胞胎，它結(jié)合了3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和模擬軟件的技術(shù)，從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到試生產(chǎn)階段都可以進(jìn)行和真實(shí)環(huán)境一樣的試驗(yàn)，從而保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行，也降低了產(chǎn)品創(chuàng)新的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)設(shè)計(jì)出現(xiàn)缺陷時(shí)，能夠在虛擬試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)。

近年來，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、3D打印、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)不斷突破，推動(dòng)了各個(gè)行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，而在競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境下唯有創(chuàng)新才能贏得市場(chǎng)機(jī)遇。然而，創(chuàng)新是痛苦的，因?yàn)檎业匠晒Ψ椒ㄖ靶枰?jīng)歷許多失敗。因此，在研發(fā)過程引入虛擬模型即數(shù)字孿生技術(shù)，將可以快速發(fā)現(xiàn)所有故障，無需打樣進(jìn)行真實(shí)的試驗(yàn)，這樣能節(jié)省大量的寶貴時(shí)間。以虛擬的方式進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)試驗(yàn)，不需要花費(fèi)成本進(jìn)行真實(shí)的測(cè)試，這是一種便宜的方式，能為工廠節(jié)省不少成本。

數(shù)字孿生在工業(yè)應(yīng)用的一個(gè)好處是提升運(yùn)營(yíng)效率，通過虛實(shí)結(jié)合的方式，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程，包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。其次，可以用于模擬訓(xùn)練，工人上崗之前，可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行模擬操作訓(xùn)練，這樣就不會(huì)讓錯(cuò)誤影響到真實(shí)生產(chǎn)。此外，數(shù)字孿生可以用于設(shè)備的維護(hù)，對(duì)工廠里的設(shè)施例如電機(jī)、壓縮機(jī)等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過數(shù)據(jù)偵測(cè)來發(fā)現(xiàn)故障趨勢(shì)，從而提前進(jìn)行維護(hù)以減少停機(jī)時(shí)間。維護(hù)工作人員利用數(shù)字模型能更快找到問題的根源，了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)和進(jìn)行快速維護(hù)。

還有，數(shù)字孿生帶來的一個(gè)重大好處是安全性，例如煉油廠、化工廠、天然氣工廠和發(fā)電站等環(huán)境充滿著未知道的危險(xiǎn)，工作中有可能發(fā)生火災(zāi)、爆炸和氣體泄露等事件。數(shù)字孿生可以讓工作人員了解所有的安全程序，并預(yù)測(cè)出潛在風(fēng)險(xiǎn)和改進(jìn)方案。

目前擁有數(shù)字化工業(yè)軟件產(chǎn)品的公司主要有西門子、達(dá)索、PTC、SAP、貝加萊、ABB、羅克韋爾自動(dòng)化等企業(yè)，這些公司正在積極推動(dòng)工業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，為工廠用戶提供全面的數(shù)字化生產(chǎn)解決方案。其中，西門子擁有Teamcenter、NX和Tecnomatix等數(shù)字化軟件產(chǎn)品，是技術(shù)領(lǐng)先的廠商之一。

貝加萊在去年把industrialPhysics 3D模擬工具集成到Automation Studio的工程環(huán)境中，其用戶可以將CAD的數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入仿真工具，快速生成數(shù)字孿生模型。而羅克韋爾自動(dòng)化也收購(gòu)了一家英國(guó)的仿真軟件廠商Emulate3D，該產(chǎn)品可以將CAD信息與控制系統(tǒng)邏輯結(jié)合，以進(jìn)行數(shù)字化仿真測(cè)試。

數(shù)字雙胞胎的好處越來越多地被制造業(yè)認(rèn)可，它的主要應(yīng)用包括飛機(jī)行業(yè)、汽車制造、城市建筑、船舶、軌道交通等領(lǐng)域。對(duì)于重資產(chǎn)設(shè)備廠商來說，數(shù)字孿生的意義重大，一個(gè)設(shè)計(jì)上的失誤可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)企業(yè)的消亡，而數(shù)字化軟件可以最大限度避免這種情況的發(fā)生。

數(shù)字孿生的應(yīng)用案例有很多，例如通用電氣使用數(shù)字化產(chǎn)品進(jìn)行風(fēng)電設(shè)備狀況監(jiān)測(cè)，波音和空客利用數(shù)字化軟件進(jìn)行飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造，而勞斯萊斯使用數(shù)字孿生來生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，以及起亞和現(xiàn)代汽車正在引入虛擬裝配的技術(shù)。此外，還有龐巴迪、普惠、雷神和洛克希德·馬丁等等都已經(jīng)在使用數(shù)字孿生。

在數(shù)字化技術(shù)的支持下，企業(yè)可以大膽地進(jìn)行創(chuàng)新，將一些先進(jìn)的理念和前沿的技術(shù)加到新產(chǎn)品中，而不必?fù)?dān)心產(chǎn)品更新的風(fēng)險(xiǎn)。虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合，新項(xiàng)目的落地應(yīng)用速度將加快，有利于企業(yè)推出更有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。
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