數(shù)字孿生，一下子就火了。

其源于今年波音的737 MAX8不到半年發(fā)生兩次重大事故后，引發(fā)外界對(duì)飛機(jī)日常檢修維護(hù)的討論，從而導(dǎo)致數(shù)字孿生技術(shù)立刻受到市場(chǎng)強(qiáng)烈關(guān)注。在事件發(fā)生后不久，數(shù)字孿生概念全面爆發(fā)。

但數(shù)字孿生究竟是什么，又能給目前的我們帶來(lái)什么呢？

什么是數(shù)字孿生

數(shù)字孿生，Digital Twin，是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過(guò)程。它是一種超越現(xiàn)實(shí)的概念，可以被視為一個(gè)或多個(gè)重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。

其實(shí)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，可以這么理解，數(shù)字孿生，顧名思義，是指針對(duì)物理世界中的物體，通過(guò)數(shù)字化的手段來(lái)構(gòu)建一個(gè)數(shù)字世界中一模一樣的的實(shí)體，藉此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的了解、分析和優(yōu)化。

大公司對(duì)于數(shù)字孿生的探索

其實(shí)早在波音737事故發(fā)生前，包括波音本身在內(nèi)的國(guó)際知名工業(yè)制造商也早就開(kāi)始了對(duì)數(shù)字孿生的探索，如西門子建立了貫穿于產(chǎn)品生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)模型，從而仿真模擬出了一些工廠的實(shí)際操作空間；通用電氣于與ANSYS公司借助數(shù)字孿生概念，提出物理機(jī)械和分析技術(shù)融合的實(shí)現(xiàn)途徑，讓每個(gè)引擎，每個(gè)渦輪及每臺(tái)核磁共振都擁有一個(gè)數(shù)字化的“雙胞胎”；德國(guó)軟件公司SAP利用數(shù)字孿生概念，在產(chǎn)品試驗(yàn)階段采集設(shè)備的運(yùn)行狀況，通過(guò)分析后得出產(chǎn)品的實(shí)際性能，再與需求設(shè)計(jì)的目標(biāo)比較，從而形成產(chǎn)品研發(fā)的閉環(huán)體系；法國(guó)軟件公司達(dá)索利用CAD和CAE平臺(tái)3D Experience，在外形設(shè)計(jì)上通過(guò)數(shù)據(jù)分析和仿真，大幅度地提升流線性，減少空氣阻力，幫助寶馬、特斯拉、豐田等汽車公司實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的需求。

由此可見(jiàn)，數(shù)字孿生在成為大眾熱點(diǎn)之前，在工業(yè)領(lǐng)域早就有了大規(guī)模的嘗試和運(yùn)用。

那么，為什么如此多的企業(yè)都在開(kāi)始不斷嘗試在自己的業(yè)務(wù)中使用數(shù)字孿生呢？

為什么要使用數(shù)字孿生

首先，數(shù)字孿生技術(shù)貫穿了產(chǎn)品生命周期中的不同階段，它同PLM（Product Lifecycle Management）的理念是不謀而合的。可以說(shuō)，數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展將PLM的能力和理念從設(shè)計(jì)階段開(kāi)始就真正擴(kuò)展到了全生命周期。

PLM(product lifecycle management)產(chǎn)品生命周期管理?

根據(jù)業(yè)界權(quán)威的CIMDATA的定義，PLM是一種應(yīng)用于在單一地點(diǎn)的企業(yè)內(nèi)部、分散在多個(gè)地點(diǎn)的企業(yè)內(nèi)部，以及在產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域具有協(xié)作關(guān)系的企業(yè)之間的，支持產(chǎn)品全生命周期的信息的創(chuàng)建、管理、分發(fā)和應(yīng)用的一系列應(yīng)用解決方案，它能夠集成與產(chǎn)品相關(guān)的人力資源、流程、應(yīng)用系統(tǒng)和信息。

從某種角度來(lái)說(shuō)，PLM是一種理念，即對(duì)產(chǎn)品從創(chuàng)建到使用，到最終報(bào)廢等全生命周期的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理的理念。在PLM理念產(chǎn)生之前，PDM主要是針對(duì)產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的數(shù)據(jù)和過(guò)程的管理。而在PLM理念之下，PDM的概念得到延伸，成為cPDM，即基于協(xié)同的PDM，可以實(shí)現(xiàn)研發(fā)部門、企業(yè)各相關(guān)部門，甚至企業(yè)間對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的協(xié)同應(yīng)用。

具體來(lái)說(shuō)，有以下幾個(gè)方面：

No.1

新增系統(tǒng)管理

過(guò)去，在沒(méi)有數(shù)字化模型幫助之下，制造一件產(chǎn)品要經(jīng)歷很多次迭代設(shè)計(jì)。而利用數(shù)字孿生技術(shù)輔助數(shù)字模型，可以提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，并驗(yàn)證產(chǎn)品在真實(shí)環(huán)境中的性能及有效功能，與此同時(shí)模擬和仿真能夠使得設(shè)計(jì)人員能夠看到數(shù)字孿生所呈現(xiàn)的產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)階段就驗(yàn)證產(chǎn)品的適應(yīng)性，高效改進(jìn)產(chǎn)品。

No.2

生產(chǎn)制造階段

在產(chǎn)品的制造階段，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程仿真，加快產(chǎn)品生產(chǎn)的時(shí)間，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量，數(shù)字化產(chǎn)線能夠降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品的交付速度，最終關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)控和過(guò)程能力評(píng)估能夠?qū)崿F(xiàn)全生產(chǎn)過(guò)程的可視化監(jiān)控，并且通過(guò)經(jīng)驗(yàn)或機(jī)器學(xué)習(xí)建立關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)、檢驗(yàn)指標(biāo)的監(jiān)控策略，對(duì)出現(xiàn)違背策略的異常情況進(jìn)行及時(shí)處理和調(diào)整。從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定并不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程。

No.3

售后服務(wù)階段

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟和傳感器成本的下降，很多工業(yè)產(chǎn)品，從大型裝備到消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，都使用了大量的傳感器來(lái)采集產(chǎn)品運(yùn)行階段的環(huán)境和工作狀態(tài)，從而產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并優(yōu)化來(lái)避免產(chǎn)品的故障，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維修，改善用戶對(duì)產(chǎn)品的使用體驗(yàn)；與此同時(shí)，產(chǎn)品的使用反饋能夠被實(shí)時(shí)采集，制造商可以洞悉客戶對(duì)產(chǎn)品的真實(shí)需求，避免研發(fā)決策失誤。

數(shù)字孿生的概念，自2002年被提出以來(lái)就在不斷快速演化，無(wú)論是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)還是制造、服務(wù)，都產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用，對(duì)整個(gè)工業(yè)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，更是具有革命性的意義。

那么作為AR來(lái)說(shuō)，它和數(shù)字孿生之間有什么關(guān)系呢？

AR和數(shù)字孿生之間的關(guān)系

AR即Augmented Reality（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)），是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。AR技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器 等電子技術(shù)，模擬人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)等感官功能，使得用戶從感官效果上沉浸在由計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的虛擬環(huán)境中。而新興的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)則是要借助顯示技術(shù)、交互技術(shù)、傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形與多媒體技術(shù)將計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境與用戶周圍的現(xiàn)實(shí)環(huán)境融為一體， 使用戶從感官效果上確信虛擬環(huán)境是其周圍真實(shí)環(huán)境的組成部分。

從以上可以看出，想要更好的借助數(shù)字孿生發(fā)揮其在工業(yè)制造業(yè)中的價(jià)值，借助AR技術(shù)是一個(gè)很好的選擇，AR與數(shù)字孿生集成能夠進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)可視化能力，在現(xiàn)實(shí)物理對(duì)象的基礎(chǔ)上直接疊加三維孿生模型的圖像。因此，如果AR和數(shù)字孿生能夠得到很好的結(jié)合，那么將能夠應(yīng)用于汽車研發(fā)、制造、供應(yīng)、銷售和支持的整個(gè)價(jià)值鏈中。也將能夠助力制造業(yè)企業(yè)更快走向工業(yè)4.0，實(shí)現(xiàn)智能化。(本文作者effiar唐苗苗 ，并由effiar小可愛(ài)整理上傳，在此鳴謝effiar以及effiar小可愛(ài)、effiar唐苗苗)