數(shù)字孿生技術(shù)如何推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?

首先介紹一下業(yè)內(nèi)數(shù)字孿生比較流行的定義

數(shù)字孿生：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。

――美國(guó)國(guó)防采辦大學(xué)DAU

產(chǎn)品數(shù)字孿生體的主要作用之一就是映射、監(jiān)控與操縱、診斷、預(yù)測(cè)。傳統(tǒng)的制造行業(yè)，以人員經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷為依據(jù)，而且無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)判斷，隨著 科技 的發(fā)展，融合了各項(xiàng)新技術(shù)如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的制造業(yè)，變得更加“智能化”，不僅能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)產(chǎn)品全生命周期過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，更能通過(guò)各種傳感器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算中心計(jì)算，預(yù)測(cè)、診斷，實(shí)現(xiàn)在無(wú)人值守情況下的智能檢測(cè)和決策，減少了故障造成的不合格率和停機(jī)等重大問(wèn)題的發(fā)生，極大地解放了生產(chǎn)力，并提高了生產(chǎn)效率。

通過(guò)數(shù)字紐帶技術(shù)，在產(chǎn)品全生命周期各階段，將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)在產(chǎn)品數(shù)字孿生體中進(jìn)行關(guān)聯(lián)映射，在此基礎(chǔ)上以產(chǎn)品數(shù)字孿生體為單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期各階段的高效協(xié)同，最終實(shí)現(xiàn)虛擬空間向物理空間的決策控制，以及數(shù)字產(chǎn)品到物理產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變。

另外，從產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)積累意義來(lái)看

大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展為產(chǎn)品數(shù)字孿生體的數(shù)據(jù)積累和挖掘應(yīng)用做了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)鋪墊，產(chǎn)品數(shù)字孿生體是產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)中心，記錄了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)直至報(bào)廢/回收的所有模型和數(shù)據(jù)，是物理產(chǎn)品在全生命周期的數(shù)字化檔案，反映了產(chǎn)品在全生命周期各階段的形成過(guò)程、狀態(tài)和行為。產(chǎn)品數(shù)字孿生體實(shí)時(shí)記錄了產(chǎn)品從出生到消亡的全過(guò)程，并且在產(chǎn)品所處的任何階段都能夠調(diào)用該階段以前所有的模型和數(shù)據(jù)，產(chǎn)品在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)和任何階段都是狀態(tài)可視、行為可控、質(zhì)量可追溯的。比如在產(chǎn)品使用階段，產(chǎn)品數(shù)字孿生體在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造階段的所有數(shù)據(jù)和模型記錄集合能夠?yàn)楫a(chǎn)品質(zhì)量追溯、產(chǎn)品可靠性分析提供準(zhǔn)確的模型和數(shù)據(jù)來(lái)源。

從這三個(gè)角度來(lái)看，數(shù)字孿生技術(shù)帶來(lái)的效益遠(yuǎn)不止技術(shù)本身實(shí)現(xiàn)，還涉及了更加廣泛的積極影響，數(shù)字孿生從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)、回收等全生命周期的作用，整合了數(shù)據(jù)流、工作流、解決了企業(yè)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品通常會(huì)面臨的成本、時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)三大問(wèn)題，極大地驅(qū)動(dòng)了企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新的動(dòng)力，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用，將會(huì)為縮短研發(fā)與產(chǎn)品制造時(shí)間，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提供巨大的推動(dòng)力。

自主創(chuàng)新國(guó)產(chǎn)化的 Hightopo 數(shù)據(jù)可視化能夠完全貫穿全產(chǎn)業(yè)鏈做數(shù)字孿生產(chǎn)品，已實(shí)現(xiàn) 智能化、無(wú)代碼、可配置 的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化管理。已廣泛應(yīng)用于各類場(chǎng)景，以設(shè)計(jì)、監(jiān)控類場(chǎng)景為主。智慧城市、工業(yè)4.0、智能駕駛行業(yè)是先進(jìn)數(shù)字孿生技術(shù)使用較多的行業(yè)。為連接電力、船舶、城市管理、農(nóng)業(yè)、建筑、制造、石油天然氣、 健康 醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)、航空航天領(lǐng)域等各行各業(yè)。

使用 Hightopo 的 2D、 3D 和 GIS 可視化技術(shù)結(jié)合傾斜攝影和數(shù)字孿生技術(shù)，搭建出各行業(yè)智慧管理的三維可視化系統(tǒng)。案例匯集如下：

智慧園區(qū)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

智慧交通

數(shù)字孿生技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用場(chǎng)景――生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)。個(gè)性化、多元化的市場(chǎng)消費(fèi)需求成為主流，制造業(yè)正面對(duì)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，面臨著巨大的時(shí)間、成本、質(zhì)量、產(chǎn)品差異化等方面的壓力。 而搭建基于數(shù)字孿生技術(shù)的數(shù)字化工廠是解決這些問(wèn)題的最佳途徑，通過(guò)依托產(chǎn)品整個(gè)周期的真實(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)，在虛擬環(huán)境中對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行仿真、優(yōu)化及重構(gòu)。 通過(guò)創(chuàng)建虛擬模型來(lái)模擬生產(chǎn)過(guò)程，并且這些虛擬模型可以為物理工廠車間里所有連接的機(jī)器、工具和設(shè)備進(jìn)行數(shù)字操作。這就可以使企業(yè)能夠快速配置生產(chǎn)系統(tǒng)，以最大限度地提高效率，提高資產(chǎn)利用率，防止停機(jī)，具備一定的靈活性。

因此，企業(yè)在數(shù)字化工廠建設(shè)中，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)能夠并行完成“實(shí)物設(shè)備數(shù)字化、運(yùn)動(dòng)過(guò)程腳本化、系統(tǒng)整線集成化、控制指令下行同步化、現(xiàn)場(chǎng)信息上行并行化”，形成整線的執(zhí)行引擎，實(shí)物設(shè)備與所對(duì)應(yīng)的虛擬模型進(jìn)行虛實(shí)互動(dòng)、指令與信息同步，形成一個(gè)支持實(shí)物設(shè)備連線的車間快速設(shè)計(jì)、規(guī)劃、裝配與測(cè)試平臺(tái)。

通過(guò)數(shù)字化的手段，將原先無(wú)法保存的專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)字化，并提供了保存、復(fù)制、修改和轉(zhuǎn)移的能力。較于傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)領(lǐng)域，經(jīng)驗(yàn)往往是一種模糊而很難把握的形態(tài)，很難將其作為精準(zhǔn)判決的依據(jù)。

提到作為新基建的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，首先要講的一個(gè)概念就是 “數(shù)字孿生Digital Twin” ，或者說(shuō)數(shù)字雙胞胎、數(shù)字映像、機(jī)器數(shù)字雙胞胎。

數(shù)字孿生的概念最早由密歇根大學(xué)的Michael Grieves博士于2002年提出（最初的名稱為“Conceptual Ideal for PLM”），至今有超過(guò)15年的 歷史 。但直到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，數(shù)字孿生才真正得到了應(yīng)用。

什么是數(shù)字孿生 數(shù)字孿生的官方解釋非常復(fù)雜：“數(shù)字孿生，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 ?！?/p>

我們基于下面這張圖片來(lái)重新解讀一下數(shù)字孿生的概念：

基于該可視化界面，我們可以查看到 設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和各種參數(shù) ，同時(shí)可以通過(guò)該界面 對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控 。那么我們可以認(rèn)為基于以下可視化界面初步實(shí)現(xiàn)了該設(shè)備數(shù)字孿生的構(gòu)建。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，數(shù)字孿生就是將機(jī)器從物理世界映射到虛擬世界。那么這里面就存在了3個(gè)要素：

物理空間的實(shí)體產(chǎn)品、 虛擬空間的虛擬產(chǎn)品 、 物理空間和虛擬空間之間的數(shù)據(jù)和信息交互 。

數(shù)字化雙胞胎技術(shù)是將帶有三維數(shù)字模型的信息拓展到整個(gè)生命周期中的影像技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)虛擬與物理數(shù)據(jù)同步和一致，它不是讓虛擬世界做現(xiàn)在我們已經(jīng)做到的事情，而是發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題、激發(fā)創(chuàng)新思維、不斷追求優(yōu)化進(jìn)步――這才是數(shù)字孿生的目標(biāo)所在。

數(shù)字孿生的構(gòu)建會(huì)帶來(lái)什么價(jià)值 我們首先從我們的設(shè)備制造商來(lái)看一下。對(duì)于設(shè)備制造商，主要有兩類設(shè)備： 廠內(nèi)設(shè)備 和 廠外設(shè)備 。廠內(nèi)設(shè)備主要是我們的生產(chǎn)設(shè)備，廠外設(shè)備主要對(duì)應(yīng)我們的工業(yè)產(chǎn)品。

通過(guò)對(duì)廠內(nèi)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，我們可以實(shí)現(xiàn) 生產(chǎn)線的智能運(yùn)維 ，提升生產(chǎn)效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)會(huì)帶來(lái)一些商業(yè)模式的創(chuàng)新，比如共享工廠、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同等新模式的出現(xiàn)。

通過(guò)對(duì)廠外設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，我們可以實(shí)現(xiàn) 后市場(chǎng)的智能運(yùn)營(yíng) ，提升服務(wù)質(zhì)量，降低運(yùn)營(yíng)成本。數(shù)據(jù)的采集同時(shí)會(huì)輔助研發(fā)和營(yíng)銷，提升我們的產(chǎn)品質(zhì)量和二次銷售。當(dāng)然，廠外設(shè)備聯(lián)網(wǎng)也會(huì)帶來(lái)一些新商業(yè)模式的突破，比如融資租賃、大數(shù)據(jù)保險(xiǎn)、從賣產(chǎn)品到賣服務(wù)的轉(zhuǎn)變等。

數(shù)字孿生技術(shù)是制造企業(yè)邁向工業(yè)4.0戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù) ，通過(guò)掌握產(chǎn)品信息及其生命周期過(guò)程的數(shù)字思路將所有階段（產(chǎn)品創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、制造規(guī)劃、生產(chǎn)和使用）銜接起來(lái)，并連接到可以理解這些信息并對(duì)其做出反應(yīng)的生產(chǎn)智能設(shè)備。

智能制造體系中的設(shè)備數(shù)字孿生 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為我們帶來(lái)了更多的選擇，下面我們就 基于SaaS化的工業(yè)可視化工具――云視界 ，為大家分享一下如何構(gòu)建設(shè)備的數(shù)字孿生。

以設(shè)備制造商（OEM）為例，“數(shù)字孿生”的構(gòu)建步驟如下：

1、設(shè)備接 入 ：根云平臺(tái)覆蓋95%主流工業(yè)控制器，支持400+種工業(yè)協(xié)議，適配100%國(guó)際通用硬件接口。在廠內(nèi)SCADA、MES等生產(chǎn)系統(tǒng)接入，和廠外設(shè)備控制器接入，以及啞設(shè)備接入方面均有成熟案例。

2、平臺(tái)配置 ：根云平臺(tái)輕松配置設(shè)備數(shù)據(jù)、報(bào)警規(guī)則，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)字映射。

3、畫面搭建 ：根云視界作為一款專注于工業(yè)領(lǐng)域企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和政府監(jiān)管的可視化工具，通過(guò)托拉拽的方式即可快速配置可視化界面。同時(shí)提供豐富的模板庫(kù)、素材庫(kù)和組件庫(kù)，更有工業(yè)專屬組件。

4、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù) ：根云視界深度融合根云平臺(tái)IoT數(shù)據(jù)，無(wú)需任何開(kāi)發(fā)，輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)配置、物模型匹配、設(shè)備動(dòng)效、指令控制等。

5、一鍵發(fā)布 ：根云視界支持一鍵發(fā)布，手機(jī)、Pad、PC、大屏幕同步自適應(yīng)，并可輕松集成至APP、小程序、web等各類第三方平臺(tái)。

根云視界目前已服務(wù)客戶150+，案例覆蓋13個(gè)工業(yè)場(chǎng)景，37個(gè)細(xì)分行業(yè)?，F(xiàn)工具開(kāi)通 免費(fèi)試用 ，可登陸云視界官網(wǎng)申請(qǐng)注冊(cè)。

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