第四次工業(yè)革命的到來(lái)，是對(duì)日益復(fù)雜的工作環(huán)境的一種解決方案，預(yù)示著制造業(yè)的新紀(jì)元。認(rèn)知和智能過(guò)程的引入開(kāi)辟了范圍廣泛的提高生產(chǎn)率的可能，這些驅(qū)動(dòng)著制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。目前，工廠數(shù)字孿生尚處于技術(shù)驗(yàn)證和應(yīng)用探索階段。比較典型的有2D或半3D的工廠數(shù)字孿生、工作單元級(jí)別的數(shù)字孿生，以及工廠/產(chǎn)線級(jí)別關(guān)鍵要素的數(shù)字孿生。

2D或半3D的工廠數(shù)字孿生其實(shí)質(zhì)是繞過(guò)了建立全量工廠數(shù)字模型的過(guò)程，直接利用工廠2D或者半3D的圖片來(lái)直觀展示工廠或產(chǎn)線的布局，通過(guò)疊加數(shù)據(jù)熱點(diǎn)的形式來(lái)動(dòng)態(tài)展示設(shè)備、產(chǎn)線的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)潔、直觀，不影響系統(tǒng)性能；其缺點(diǎn)是工廠/產(chǎn)線布局圖是固定不變的，不能隨著產(chǎn)線調(diào)整而發(fā)生相應(yīng)的調(diào)整，同時(shí)也不支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備運(yùn)動(dòng)模擬和仿真，如機(jī)械臂或AGV的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡以及產(chǎn)品在產(chǎn)線上的移動(dòng)等。這種場(chǎng)景一般用于僅關(guān)注產(chǎn)線關(guān)鍵KPI的監(jiān)和預(yù)警，實(shí)現(xiàn)難度不大，只需產(chǎn)線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和關(guān)鍵KPI計(jì)算模型即可。

數(shù)字孿生是工廠，產(chǎn)品或過(guò)程的物理屬性的近實(shí)時(shí)表示。它的應(yīng)用范圍很廣。通過(guò)連接生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的對(duì)象，可以開(kāi)發(fā)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)階段到生產(chǎn)周期結(jié)束的數(shù)字足跡?？梢愿鶕?jù)一系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和匯總，并根據(jù)特定用例以各種形式呈現(xiàn)。隨著時(shí)間的流逝，出現(xiàn)了基于歷史和當(dāng)前行為的不斷發(fā)展的數(shù)字資料。這可以導(dǎo)致開(kāi)發(fā)更豐富的模型以及對(duì)系統(tǒng)固有的不可預(yù)測(cè)性進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。

過(guò)去，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，處理生成對(duì)象的高度逼真的數(shù)字副本所需的大量數(shù)據(jù)都是不可行的。但是，近年來(lái)，計(jì)算，存儲(chǔ)和帶寬的成本已急劇下降。這樣可以快速收集，聚合和分析由連接的智能技術(shù)生成的數(shù)據(jù)。

結(jié)構(gòu)良好的Digital Twin可以簡(jiǎn)化可能場(chǎng)景的模擬并預(yù)測(cè)可能的結(jié)果，使人們可以嘗試新策略而不會(huì)影響生產(chǎn)。這不僅節(jié)省了寶貴的時(shí)間，而且還可以在將其部署到物理流程之前，通過(guò)前瞻性策略幫助發(fā)現(xiàn)可能的缺陷。通過(guò)在生產(chǎn)的每個(gè)步驟分析機(jī)器的性能和產(chǎn)品的質(zhì)量，可以?xún)?yōu)化流程，從而以更低的成本生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品。組件的近實(shí)時(shí)跟蹤可以提醒相關(guān)的利益相關(guān)者注意故障的嚴(yán)重性，從而可以通過(guò)預(yù)測(cè)性維護(hù)在實(shí)際發(fā)生問(wèn)題之前避免可能發(fā)生的問(wèn)題。Digital Twin可以通過(guò)促進(jìn)遠(yuǎn)程執(zhí)行協(xié)助和其他服務(wù)任務(wù)來(lái)增加價(jià)值。

工作單元級(jí)數(shù)字孿生將3D建模從工廠縮小到了工作單元級(jí)別，以工作單元為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)字孿生內(nèi)容，包括3D建模、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)建模、機(jī)理模型和機(jī)器學(xué)習(xí)模型等。

這種數(shù)字孿生有助于探索工廠數(shù)字孿生的技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑，找出關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)予以突破，并在此基礎(chǔ)上沉淀各種工業(yè)機(jī)理模型，探索更高級(jí)、更智能化的應(yīng)用，如機(jī)械臂的故障預(yù)測(cè)分析、上下料的最優(yōu)路徑求解等。隨著技術(shù)的成熟和應(yīng)用的深入，可逐步將孿生模型延伸至整個(gè)產(chǎn)線以及整個(gè)工廠。

我們已經(jīng)看到Digital Twins被廣泛應(yīng)用于各種制造業(yè)。例如，在汽車(chē)工業(yè)中，Digital Twins可用于選擇汽車(chē)的型號(hào)，世代和配置，以對(duì)微控制器，傳感器和執(zhí)行器的數(shù)量和類(lèi)型以及已安裝的軟件組件進(jìn)行建模。使用數(shù)字孿生，制造商可以根據(jù)所需平臺(tái)自動(dòng)執(zhí)行數(shù)據(jù)收集過(guò)程，以協(xié)調(diào)各種數(shù)據(jù)模型。這使數(shù)據(jù)科學(xué)家無(wú)需知道目標(biāo)平臺(tái)的技術(shù)細(xì)節(jié)即可訪問(wèn)特定的數(shù)據(jù)點(diǎn)（例如車(chē)速）。

雖然目前的工廠數(shù)字孿生尚存在不足，但是全球領(lǐng)先企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)紛紛投入工廠數(shù)字孿生技術(shù)的研究和應(yīng)用，并且已經(jīng)取得了一定成效。我們相信，隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，真正的工廠數(shù)字孿生必將觸手可及。

北京四度科技專(zhuān)注于工業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)，工業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)，如有數(shù)字化工廠咨詢(xún)，請(qǐng)聯(lián)系我們。
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