“数字孪生”与建模仿真技术曾被称作智能制造业的下一波浪潮,工业4.0也要求,若要虚和实的互动以及相互增强,数字化模型必须先出现。
什么是数字孪生?
“数字化孪生”(DigitalTwin)是指以数字化方式拷贝一个物理对象,模拟对象在现实环境中的行为,对产品、制造过程乃至整个工厂进行虚拟仿真,从而提高制造企业产品研发、制造的生产效率。
除此之外,专门的电路CAD设计技术可以根据电路以及器件的原理,在三维数字空间设计出电路,并且也可以进行虚拟的验证和迭代设计。同样也可以大幅度减少制造物理样机的代价。这就是数字化模型一定会早于物理实体产品出现的原因。实际上,在最终的产品制造出来之前,有很多个数字化模型代表着产品迭代的各个阶段。这些模型或者其中的一部分,仍然有可能被以后的型号或者产品线所采用,这也是数字化模型的一个附加好处。
“数字”正在成为智能制造新趋势
建模仿真的“前世今生”
制造业是目前数字双胞胎最常用的行业,按时向客户提供保质保量的产品对制造企业至关重要,如果机器的运转不能协同并以适当的容量工作,就回影响员工、生产、可交付性以及最终客户的满意度;采取实时监控、不中断生产的情况下进行测试、并且能够在设施中收集的数百万个数字据点获得更多信息,数字双胞胎使制造企业更加智能。
在德勤的一份案例研究中,一家工业制造企业决定采用数字双胞胎方法,来解决其在现场遇到的问题,从而解决维护费用和客户延迟交付。制造企业收集了设备以及正在生产的产品数据,来研究装配过程及其与产品质量的关系。因此,该项目能够识别低效率并优化装配流程,将返工率降低了15%至20%。
“数字孪生”国内现状
最早在市场上提出“数字化孪生”模型概念的是西门子,基于模型的虚拟企业和基于自动化技术的现实企业的“数字化孪生”(DigitalTwins),包括“产品数字化双胞胎”、“生产工艺流程数字化双胞胎”和“设备数字化双胞胎”,三个层面又高度集成为一个统一的数据模型,并通过数字化助力企业整合横向和纵向价值链,提供工业生态系统重塑和实现“工业4.0”自下而上的切实之路。
目前中国制造业正处于转型升级的关键时期,通过物联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合,使得中国制造竞争力得到大幅提升。未来,数字孪生也可结合物联网的数据采集、大数据处理和人工智能建模分析,实现对过去发生问题的诊断、当前状态的评估以及未来趋势的预测,并给予分析结果,模拟各种可能性,提供更全面的决策支持。