什么是數(shù)字孿生？
按照美國的航空航天局（NASA）給出的最權(quán)威解釋，數(shù)字孿生是指充分利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多尺度的仿真過程，它作為虛擬空間中對實(shí)體產(chǎn)品的鏡像，反映了相對應(yīng)物理實(shí)體產(chǎn)品的全生命周期過程。說的通俗些，數(shù)字孿生就是將現(xiàn)實(shí)世界的物理體或者系統(tǒng)以及流程等復(fù)制到虛擬空間，生成一個“克隆體”，二者最終組成一個“數(shù)字雙胞胎”。
簡單來說，數(shù)字孿生就是以一個設(shè)備或系統(tǒng)為基礎(chǔ)，來形成一個數(shù)字化的“克隆體”。而這個“克隆體”也被稱為是“數(shù)字孿生體”。相對于現(xiàn)階段被廣泛應(yīng)用的設(shè)計圖紙而言，數(shù)字孿生體最大的特點(diǎn)在于它是會“動”的，即數(shù)字孿生體是對實(shí)體對象的動態(tài)仿真。這樣的好處就是如果需要對設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計改動，工程師們就可以先在“克隆體”上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而在很大程度上提高了效率，也降低了成本。
數(shù)字孿生與仿真的聯(lián)系與區(qū)別
仿真是一種用來模擬現(xiàn)實(shí)世界的技術(shù)，是將含有完整機(jī)理和確定性規(guī)律的模型轉(zhuǎn)化成軟件，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)世界的模擬技術(shù)。現(xiàn)階段，建模是將我們對現(xiàn)實(shí)世界存在問題的理解進(jìn)行模型化，而仿真就是用來驗(yàn)證建立的模型是否具有有效性和正確性。因此，數(shù)字化模型的仿真技術(shù)是創(chuàng)建和運(yùn)行數(shù)字孿生體、保證數(shù)字孿生體與對應(yīng)物理實(shí)體實(shí)現(xiàn)有效閉環(huán)的核心技術(shù)。
在數(shù)字孿生體的成熟度的每個階段，仿真都在扮演著不可或缺的角色。但同時二者之間也存在著一些區(qū)別。如表1所示，傳統(tǒng)的仿真技術(shù)是作為一個獨(dú)立單元存在的，而數(shù)字孿生技術(shù)則是貫穿產(chǎn)品的設(shè)計、制造、運(yùn)營維護(hù)環(huán)節(jié)，是集成而非孤立的。同時，仿真關(guān)注的是所建模型的保真度，而數(shù)字孿生更多關(guān)注的是產(chǎn)品在動態(tài)中的變化關(guān)系。
數(shù)字孿生技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用
數(shù)字孿生技術(shù)已成為促進(jìn)智能制造與信息集成的重要途徑，并已逐漸滲透到產(chǎn)品生命周期的所有環(huán)節(jié)，即產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、制造、運(yùn)行和維護(hù)等。對于產(chǎn)品而言，這一技術(shù)可幫助大幅度提高其設(shè)計質(zhì)量、生產(chǎn)效率等。
數(shù)字孿生技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用
產(chǎn)品設(shè)計是產(chǎn)品全生命周期中的重要環(huán)節(jié)，也是數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于智能制造中的第一步。目前，企業(yè)追求大規(guī)模、個性化的產(chǎn)品設(shè)計目標(biāo)。而傳統(tǒng)設(shè)計方法因其存在需求不精準(zhǔn)、設(shè)計協(xié)作難、試驗(yàn)周期長等問題逐漸被淘汰。因此，近年來，數(shù)字孿生技術(shù)逐漸受到關(guān)注。數(shù)字孿生技術(shù)可幫助設(shè)計人員比較虛擬產(chǎn)品在不同環(huán)境下的性能，從而最大程度地降低生產(chǎn)產(chǎn)品的實(shí)際行為與期望實(shí)際值之間的不一致性。
數(shù)字孿生技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
工業(yè)生產(chǎn)過程是非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。數(shù)字孿生技術(shù)可以將物理世界中的物理設(shè)備與信息世界中的虛擬設(shè)備連接起來，虛擬設(shè)備可以實(shí)時反映物理設(shè)備的生產(chǎn)情況，并控制實(shí)際生產(chǎn)過程，從而增加了生產(chǎn)系統(tǒng)的靈活性，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減少了能源消耗和材料消耗。
數(shù)字孿生技術(shù)在制造服務(wù)中的應(yīng)用
在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，將生成大量的多源和異構(gòu)數(shù)據(jù)。數(shù)字孿生技術(shù)可以對其進(jìn)行實(shí)時分析和處理，以獲得更全面、更有價值的信息，并為生產(chǎn)設(shè)備提供故障預(yù)測和健康管理服務(wù)。同時，它能為員工提供技術(shù)指導(dǎo)和管理決策服務(wù)。
