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數(shù)字孿生

定義

數(shù)字孿生（Digital twin）是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。
**相關(guān)概念：**構(gòu)建物理信息系統(tǒng)（Cyber-Phyical System，CPS），實現(xiàn)物理工廠與信息化的虛擬工廠的交互和融合，從而實現(xiàn)智能制造，數(shù)字孿生作為實現(xiàn)物理工廠與虛擬工廠的交互融合的最佳途徑，被國內(nèi)外相關(guān)學(xué)術(shù)界和企業(yè)高度關(guān)注。

意義

1）Digital twin最為重要的啟發(fā)意義在于，它實現(xiàn)了現(xiàn)實物理系統(tǒng)向賽博空間數(shù)字化模型的反饋。數(shù)字孿生主要是要創(chuàng)建和物理實體等價的虛擬體或數(shù)字模型，虛擬體能夠?qū)ξ锢韺嶓w進行仿真分析，能夠根據(jù)物理實體運行的實時反饋信息對物理實體的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，能夠依據(jù)采集的物理實體的運行數(shù)據(jù)完善虛擬體的仿真分析算法，從而對物理實體的后續(xù)運行和改進提供更加精確的決策。
2）Digital Twin是一個物理產(chǎn)品的數(shù)字化表達，以便于我們能夠在這個數(shù)字化產(chǎn)品上看到實際物理產(chǎn)品可能發(fā)生的情況，與此相關(guān)的技術(shù)包括增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實。
3）基于物聯(lián)網(wǎng)項目背景下的數(shù)字孿生尤其前途光明，并引領(lǐng)著人們對于數(shù)字孿生的興趣。精心設(shè)計的資產(chǎn)數(shù)字孿生有望極大地改進企業(yè)決策。這些數(shù)字孿生與其真實的對應(yīng)物相關(guān)聯(lián)，并用于了解物件或系統(tǒng)的狀態(tài)、響應(yīng)變，改進運營并提升價值。此外還將彼此聯(lián)系并納入基于人工智能的功能，以實現(xiàn)高級模擬、運行與分析。城市規(guī)劃者、數(shù)字營銷人員、醫(yī)療保健專業(yè)人員以及工業(yè)規(guī)劃者均將受益于這一向綜合數(shù)字化孿生世界的長期轉(zhuǎn)變。

案例

**數(shù)字孿生車間：**隨著新一代信息技術(shù)（如云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、人工智能等）與制造的融合和落地應(yīng)用，中國制造2025和互聯(lián)網(wǎng)＋制造的目標(biāo)之一是實現(xiàn)制造的物理世界和信息世界的互聯(lián)互通與智能化操作，其瓶頸之一是如何實現(xiàn)制造的物理世界和信息世界之間的交互與共融。針對這一難題，基于數(shù)字孿生技術(shù)引申出數(shù)字孿生車間的概念。

數(shù)字孿生車間的系統(tǒng)組成
數(shù)字孿生車間是在新一代信息技術(shù)和制造技術(shù)驅(qū)動下，通過物理車間與虛擬車間的雙向真實映射與實時交互，實現(xiàn)物理車間、虛擬車間、車間服務(wù)系統(tǒng)的全要素、全流程、全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成和融合，在車間孿生數(shù)據(jù)的驅(qū)動下，實現(xiàn)車間生產(chǎn)要素管理、生產(chǎn)活動計劃、生產(chǎn)過程控制等在物理車間、虛擬車間、車間服務(wù)系統(tǒng)間的迭代運行，從而在滿足特定目標(biāo)和約束的前提下，達到車間生產(chǎn)和管控最優(yōu)的一種車間運行新模式。主要由物理車間、虛擬車間、車間服務(wù)系統(tǒng)（MES）、車間孿生數(shù)據(jù)四部分組成。
物理車間是車間客觀存在的實體集合，主要負(fù)責(zé)接收MES系統(tǒng)下達的生產(chǎn)任務(wù)，并嚴(yán)格按照虛擬車間仿真優(yōu)化后預(yù)定義的生產(chǎn)指令，執(zhí)行生產(chǎn)活動并完成生產(chǎn)任務(wù)；虛擬車間是物理車間的忠實的、完全數(shù)字化鏡像，主要負(fù)責(zé)對生產(chǎn)計劃／活動進行仿真、評估及優(yōu)化，并對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)測、預(yù)測與調(diào)控等；車間服務(wù)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)驅(qū)動的各類服務(wù)系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)在車間孿生數(shù)據(jù)驅(qū)動下對車間智能化管控提供系統(tǒng)支持和服務(wù)，如對生產(chǎn)要素、生產(chǎn)計劃／活動、生產(chǎn)過程等的管控與優(yōu)化服務(wù)等；車間孿生數(shù)據(jù)是物理車間、虛擬車間和MES相關(guān)的數(shù)據(jù)，以及三者數(shù)據(jù)融合后產(chǎn)生的衍生數(shù)據(jù)的集合，是物理車間、虛擬車間和MES運行及交互的驅(qū)動。

技術(shù)

針對智能制造項目建設(shè)，利用數(shù)字孿生技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度融合，將物理車間、虛擬車間、車間服務(wù)、車間數(shù)據(jù)等生產(chǎn)要素有機結(jié)合，搭建180數(shù)字孿生車間，建立產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)工藝、設(shè)備運維、環(huán)境能耗、品質(zhì)追溯等關(guān)鍵系統(tǒng)的生命周期全過程的數(shù)字模型，同時，結(jié)合計算機虛擬仿真技術(shù)，建立虛擬仿真模型和預(yù)測性模型，并將模型與實際的智能制造系統(tǒng)進行無縫的集成和同步，實現(xiàn)對這些系統(tǒng)的全方位描述、系統(tǒng)優(yōu)化、監(jiān)控與預(yù)測。

數(shù)字孿生車間的運行機制

在項目一期建設(shè)中，針對PQF連軋機組生產(chǎn)過程的關(guān)鍵工序與設(shè)備，以提升質(zhì)量、提高效率、降低成本、智能決策為目標(biāo)，建立集生產(chǎn)工藝、孿生數(shù)據(jù)、質(zhì)量檢測、虛擬仿真、智能分析與優(yōu)化于一體的閉環(huán)的數(shù)字孿生與虛擬仿真系統(tǒng)。
通過數(shù)字孿生子系統(tǒng)與虛擬仿真子系統(tǒng)的建設(shè)與集成
在鋼管軋制過程中：
1、實現(xiàn)鋼管軋制過程的數(shù)字化虛擬監(jiān)控、成形過程的虛擬仿真，實時監(jiān)控、預(yù)測品質(zhì)的波動。
2、實現(xiàn)虛擬模型驗證工藝參數(shù)的變化，對產(chǎn)品品質(zhì)的影響
3、建立產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)庫，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析平臺，為工藝優(yōu)化夯實基礎(chǔ)。
在鋼管設(shè)計研發(fā)過程中：
1、針對新產(chǎn)品，可通過虛擬仿真模型快速定義、驗證工藝參數(shù)，提高DOE效率、降低物理驗證成本。
2、針對現(xiàn)有產(chǎn)品，可通過虛擬仿真模型驗證/優(yōu)化工藝參數(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)的提升。

數(shù)字工廠平臺

數(shù)字工廠平臺利用數(shù)字孿生（Digital Twin）技術(shù)模擬對象在現(xiàn)實環(huán)境中的行為，對產(chǎn)品、制造過程乃至整個工廠進行虛擬仿真，完整真實地再現(xiàn)了整個企業(yè)，提高制造企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、制造的生產(chǎn)效率；

數(shù)字孿生包括產(chǎn)品數(shù)字化，生產(chǎn)工藝流程數(shù)字化和設(shè)備數(shù)字化，各自的專業(yè)技術(shù)集成為一個數(shù)據(jù)模型，并將PLM(全生命周期管理軟件)，MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）和TIA（全集成自動化）集成在聰圖數(shù)字工廠平臺下，供應(yīng)商也可以根據(jù)需要被納入平臺，實現(xiàn)價值鏈數(shù)據(jù)的整合； 數(shù)字孿生的實現(xiàn)有兩個必要條件，即一套集成的軟件工具和三維形式表現(xiàn)。聰圖三維可視化數(shù)字工廠平臺完美將3D建模技術(shù)和信息技術(shù)有機結(jié)合，更和VR/AR/MR深度融合，實現(xiàn)身臨其境增強現(xiàn)實的數(shù)字化工廠。為從產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)實施直至服務(wù)的各個環(huán)節(jié)打造一致的、無縫的數(shù)據(jù)平臺，形成基于模型的虛擬企業(yè)和基于自動化技術(shù)的現(xiàn)實企業(yè)鏡像。

數(shù)字孿生模型具有模塊化、自治性和連接性的特點，可以從測試、開發(fā)、工藝及運維等角度，打破現(xiàn)實與虛擬之間的藩籬，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期內(nèi)生產(chǎn)、管理、連接的高度數(shù)字化及模塊化。

數(shù)字孿生（Digital Twin）幫助企業(yè)在實際投入生產(chǎn)之前即能在虛擬環(huán)境中優(yōu)化、仿真和測試；在生產(chǎn)過程中也可同步優(yōu)化整個企業(yè)流程，最終實現(xiàn)高效的柔性生產(chǎn)、實現(xiàn)快速創(chuàng)新上市，鍛造企業(yè)持久競爭力；

作用和優(yōu)勢

數(shù)字化仿真工廠系統(tǒng)是針對工廠精細(xì)化管理、高效化運轉(zhuǎn)而打造的集動態(tài)數(shù)據(jù)管理、模擬仿真、智能維保、物料管理、應(yīng)急推演等功能于一體的工廠管理工具，打造基于真實工廠運行狀態(tài)的孿生數(shù)字平臺，幫助工廠降本增效，實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

可視化模擬仿真

系統(tǒng)收集工廠產(chǎn)線的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行歸類存儲分析，同時基于產(chǎn)線生產(chǎn)邏輯設(shè)計生產(chǎn)機理模型，通過真實生產(chǎn)數(shù)據(jù)實現(xiàn)同步仿真模擬與可視化呈現(xiàn)。實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)直觀可視，形成工廠的數(shù)字孿生線上平臺。

運行模擬預(yù)測分析

基于仿真模型與實施生產(chǎn)數(shù)據(jù)，幫助管理者實現(xiàn)生產(chǎn)過程的模擬預(yù)測，及時調(diào)節(jié)異常數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率。同時針對歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行匯總分析，形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型庫，實現(xiàn)對產(chǎn)線的多維度剖析，查優(yōu)補缺，提高產(chǎn)能。為產(chǎn)線的優(yōu)化策略提供全面的數(shù)據(jù)資料支撐。

智能設(shè)備維保

基于現(xiàn)場物聯(lián)設(shè)備，搜集產(chǎn)線設(shè)備的運行時長、產(chǎn)能、運行數(shù)據(jù)等信息，并根據(jù)設(shè)備信息自動生成設(shè)備維保任務(wù)，維修保養(yǎng)記錄線上存儲，形成設(shè)備完整的全生命周期的設(shè)備臺賬，實現(xiàn)設(shè)備的精細(xì)化管理。同時通過對設(shè)備全生命周期運行數(shù)據(jù)的分析為工廠的設(shè)備采購提供數(shù)據(jù)指南。

精細(xì)化物料管理

基于產(chǎn)線仿真模型對物料用量進行預(yù)測分析，指導(dǎo)采購人員進行物料采購，避免短缺或者積壓情況出現(xiàn)，降低成本。物料從入庫開始，通過工廠可視化平臺進行可視化追蹤管理，精細(xì)化管理物料資源，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)損耗。

應(yīng)急預(yù)案推演

基于產(chǎn)線的前置條件或者實際突發(fā)狀況，利用仿真模型對后續(xù)的發(fā)展趨勢及相關(guān)聯(lián)連鎖反應(yīng)進行快速的模擬仿真，并對相關(guān)的應(yīng)急預(yù)案措施進行模擬仿真和優(yōu)化，大大提高產(chǎn)線的應(yīng)急處理能力，降低風(fēng)險。

制造業(yè)解決方案

利用數(shù)字孿生和人工智能、工業(yè)仿真技術(shù)，建設(shè)數(shù)字孿生工廠。讓生產(chǎn)更透明，讓管理更智能。
利用工廠可視化建模，接入實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，搭建可真正用于生產(chǎn)管理的數(shù)字工廠。

搭建實體工廠的數(shù)字平行世界

真實場景　
●　真實數(shù)據(jù)信息 　
● 真實生產(chǎn)邏輯
數(shù)據(jù)同步　
●　動作同步 　
● 場景同步

實現(xiàn)透明化管理，全面提升管理效率

提升傳統(tǒng)模式50%以上綜合管理效率，大幅度降低生產(chǎn)統(tǒng)計、協(xié)調(diào)、監(jiān)管等成本。
數(shù)字化仿真工廠管理系統(tǒng)，以可視化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等為基礎(chǔ)，為用戶提供直觀、高效、智能、便捷的工廠管理新方式，致力于賦能傳統(tǒng)企業(yè)，為傳統(tǒng)企業(yè)的智慧化轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支撐。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的数字孪生定义、意义及案例的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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