所謂“數(shù)字孿生”,或者“數(shù)字化雙胞胎”,是計算機技術(shù)發(fā)展現(xiàn)階段可以實現(xiàn)的,一種人們在計算機及其網(wǎng)絡(luò),或者各種類型的計算資源的支持下,對物理世界(例如工業(yè)產(chǎn)業(yè))實現(xiàn)虛擬化、模型化,幫助人們在虛擬世界與物理世界間建立關(guān)聯(lián)、施加有效控制并適度融合的有效的解決方案。
如果對上段話還不理解 ,用白話舉例就是:文本軟件中的文字就是打印好的文稿的數(shù)字化雙胞胎。
目前,我們大體上只是實現(xiàn)了局部數(shù)字雙胞胎技術(shù),如CAE\CAM、虛擬駕駛等。
1.工業(yè)機械企業(yè)應(yīng)關(guān)注數(shù)字孿生技術(shù)
工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備由各種標(biāo)準(zhǔn)的零部件、傳動元件以及機電元件或系統(tǒng)組成,而如何驗證它們的效能,如產(chǎn)能、瓶頸、物流(此物流非彼物流)等,在很多時候基于物理驗證并不現(xiàn)實或成本高昂,此時,數(shù)字化雙胞胎技術(shù)開始粉墨登場——在虛擬環(huán)境中構(gòu)建工業(yè)機械設(shè)備與產(chǎn)品的數(shù)字化模型,并在模型中納入更多的屬性,幫助企業(yè)進(jìn)行諸如快速形成方案、快速驗證方案、快速做出決策,快速完成各種制造及裝配工藝。
現(xiàn)代的工業(yè)機械,已經(jīng)完全是一個機電綜合的系統(tǒng),其系統(tǒng)的動態(tài)行為,工藝功能及控制機制,需要數(shù)字孿生技術(shù)不但要在機械構(gòu)造上提供模型,而且要在機構(gòu)運動學(xué)、動力學(xué)、系統(tǒng)驅(qū)動、系統(tǒng)控制,乃至采用電子控制的軟件程序行為上提供模型,以期在全領(lǐng)域提供給系統(tǒng)研發(fā)工程人員以模型,進(jìn)行仿真計算完成多學(xué)科綜合設(shè)計決策。
數(shù)字孿生技術(shù),正是一種提供多學(xué)科多專業(yè)數(shù)字化模型和信息的綜合技術(shù)。通過數(shù)字孿生技術(shù),工業(yè)機械產(chǎn)品的工程師們實現(xiàn)了產(chǎn)品的系統(tǒng)化的結(jié)構(gòu)、機械、電子、軟件的集成設(shè)計決策和迭代管理。數(shù)字孿生系統(tǒng)模型應(yīng)有盡有地提供了機構(gòu)行為、動作軸、軸驅(qū)動、控制、耦合及時序等虛擬模型,并融入了數(shù)字化的量化仿真技術(shù)。
2.數(shù)字孿生模型對產(chǎn)品開發(fā)的深刻影響
產(chǎn)業(yè)化的企業(yè),要求快速開發(fā),準(zhǔn)確估算,高效形成產(chǎn)品。以往種種技術(shù)手段,雖然已經(jīng)局部采用了計算機技術(shù)和各種分立的模型化技術(shù),但沒有整體的、集成的思路,導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)中,仍然不能避免手工作坊式的低效率。而且在產(chǎn)品開發(fā)周期中,各種數(shù)據(jù)和知識不容易有序的積累和管理。工程技術(shù)人員無法綜合各種信息,沒有得到現(xiàn)代計算機技術(shù)及信息化技術(shù)的充分支持,導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)不能快速,信息及數(shù)據(jù)不易查詢,容易混淆和失散,直接影響了產(chǎn)品開發(fā)的效率。而如何使企業(yè)獲得頭籌機會,則是數(shù)字化雙胞胎技術(shù)的優(yōu)勢。
數(shù)字孿生技術(shù),則是對以往低效率的做法的一個顛覆。采用當(dāng)前的計算機技術(shù)、圖形學(xué)技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù),可以對工業(yè)機械開發(fā)中需要建立的快速概念模型、方案模型,各種布局圖、原理設(shè)計和原理圖等,全部在虛擬化環(huán)境中根據(jù)其屬性進(jìn)行虛擬運行和調(diào)試——通過有成熟算法支撐的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),將產(chǎn)品的各種性能進(jìn)行建模,將處于各種工況、各種物理環(huán)境之下的產(chǎn)品的運行情況進(jìn)行建模。在虛擬數(shù)字化模型上,施加各種模擬參數(shù)對模型進(jìn)行迭代計算,幫助產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)行設(shè)計決策,能夠在短時間內(nèi)評估多種方案,方案比較和進(jìn)行方案取舍。
3.工欲善其事,必先利其器
這種數(shù)字孿生技術(shù)的范疇中,最具代表性的,就是西門子所提供的幾個系統(tǒng),包括NX/MCD機電聯(lián)合設(shè)計系統(tǒng),LMS 1D(Amesim)仿真系統(tǒng),TIA博圖系統(tǒng),以及SIMIT仿真系統(tǒng)。