01、前言
在當(dāng)前制造業(yè)的環(huán)境下，如果我們想制造一個(gè)新輪胎，我們可能首先會(huì)制作一個(gè)輪胎原型并將它安裝在車(chē)輛上，上路進(jìn)行測(cè)試，然后通過(guò)迭代版本和更多的安全檢查來(lái)更新和完善它。
而如果我們想量產(chǎn)并提高這種輪胎的生產(chǎn)能力，則必須依靠經(jīng)驗(yàn)和分析來(lái)預(yù)測(cè)產(chǎn)線各個(gè)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拍，并在必要時(shí)對(duì)瓶頸工序做出修改和應(yīng)對(duì)。
另外，如果擔(dān)心自然災(zāi)害會(huì)破壞供應(yīng)鏈，我們當(dāng)然也可以考慮根據(jù)天氣預(yù)報(bào)和其他相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)做應(yīng)急策略，然后寄希望于這種應(yīng)急策略可以幫我們解決問(wèn)題。
但在如今這個(gè)充滿技術(shù)變革的時(shí)代，制造業(yè)公司，尤其是汽車(chē)行業(yè)的制造業(yè)公司有了另一種選擇，即更靈活、更具成本效益、更前沿、更貼近企業(yè)實(shí)際運(yùn)營(yíng)的實(shí)時(shí)現(xiàn)實(shí)，稱為數(shù)字孿生。我們可以將其看作任何物理產(chǎn)品，設(shè)備或資產(chǎn)，以及供應(yīng)鏈的虛擬副本，并作為可監(jiān)測(cè)、模擬和優(yōu)化生產(chǎn)、質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)性能的測(cè)試場(chǎng)。
數(shù)字孿生體可以是輪胎或汽車(chē)的虛擬版本，也可以是制造這些產(chǎn)品的方法或整個(gè)生產(chǎn)線，甚至可以是一個(gè)工廠、一個(gè)工廠網(wǎng)絡(luò)或端到端的供應(yīng)鏈。借由物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、過(guò)程和數(shù)據(jù)挖掘，甚至增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等顛覆性技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字孿生體也正在逐漸擴(kuò)展其可能的應(yīng)用范圍，并作為第四次工業(yè)革命的典型代表改變著21世紀(jì)的制造業(yè)。
02、數(shù)字孿生在制造業(yè)上的應(yīng)用方式
數(shù)字孿生技術(shù)的基礎(chǔ)是物聯(lián)技術(shù)，當(dāng)我們想要?jiǎng)?chuàng)建工廠或者某制造過(guò)程的數(shù)字孿生體時(shí)，我們首先會(huì)創(chuàng)建一個(gè)或一套設(shè)備的數(shù)字化模型，然后使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器收集有關(guān)其性能的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)狡髽I(yè)內(nèi)部服務(wù)器或云服務(wù)器上。有了這些數(shù)據(jù)，我們就可以將其與已有的數(shù)字模型進(jìn)行耦合并通過(guò)渲染或其它手段，生成現(xiàn)實(shí)物體的數(shù)字投影，并將其實(shí)時(shí)直觀的顯示在我們面前。
我們從物聯(lián)網(wǎng)獲得的數(shù)據(jù)種類(lèi)越多、越準(zhǔn)確，數(shù)字孿生體的表現(xiàn)就會(huì)越豐富，越具體。通過(guò)數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)，其功能將可以被深化到預(yù)測(cè)級(jí)別，另外，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也可以提升人機(jī)交互的體驗(yàn)感，使數(shù)字孿生體看起來(lái)更加接近真實(shí)，在視覺(jué)化上更進(jìn)一步。
當(dāng)然，我們也可以從其他來(lái)源、在其他環(huán)境中引入更多的數(shù)據(jù)，例如供應(yīng)鏈中的物流信息，運(yùn)輸中組件的序列號(hào)等。有了這些正確的數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生體就成了一個(gè)可以提供無(wú)限空間、無(wú)限可能的探索實(shí)驗(yàn)室。來(lái)料追溯、產(chǎn)品研發(fā)、性能測(cè)試、假設(shè)驗(yàn)證、生產(chǎn)過(guò)程模擬、不良品檢測(cè)、出庫(kù)物流等等，它可以涵蓋到制造業(yè)的方方面面。
對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，我們關(guān)注的不是技術(shù)本身，而是在現(xiàn)有制造業(yè)框架下，數(shù)字孿生體能為企業(yè)帶來(lái)哪些效益，能有多大的提升與變革。數(shù)字孿生體在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用價(jià)值主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
03、客戶價(jià)值
1.產(chǎn)品測(cè)試：以汽車(chē)輪胎為例，通過(guò)數(shù)字孿生，我們不再需要等待輪胎裝配實(shí)車(chē)后的測(cè)試數(shù)據(jù)，來(lái)確定其質(zhì)量和性能。
我們可以直接開(kāi)始對(duì)輪胎性能展開(kāi)模擬測(cè)試。比如，模擬在不同天氣、不同路況下對(duì)新輪胎進(jìn)行性能驗(yàn)證，并收集數(shù)據(jù)用來(lái)改進(jìn)輪胎設(shè)計(jì)。我們也可以用數(shù)字孿生技術(shù)建立數(shù)字線程以及全生命周期管理，當(dāng)我們用不同的化合物和原材料進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)后，所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都將保留在數(shù)字線程下，在達(dá)成符合預(yù)期的結(jié)果后，產(chǎn)品可以由數(shù)字端直接映射到現(xiàn)實(shí)端，可以極大節(jié)約測(cè)試成本，降低需求方案的管理難度。
2.提高產(chǎn)能：當(dāng)每次引入新產(chǎn)品時(shí)，都會(huì)破壞現(xiàn)有的裝配計(jì)劃。在我們花錢(qián)調(diào)試新設(shè)備和增加生產(chǎn)能力之前，其實(shí)我們也可以根據(jù)所制造的產(chǎn)品的獨(dú)特特性和需求來(lái)模擬新產(chǎn)品的引入對(duì)生產(chǎn)能力和進(jìn)度的影響。
例如，一家整車(chē)廠，也許一天只能生產(chǎn)一定數(shù)量的敞篷車(chē)，因?yàn)樵谡郫B式車(chē)頂鋪設(shè)電線會(huì)增加額外的工作量和工位。雖然制造商可以增加人手來(lái)完成這些額外的任務(wù)，但又不能讓裝配線過(guò)于擁擠。而且還必須考慮其它類(lèi)型汽車(chē)產(chǎn)能的平衡。比如，那些有天窗的汽車(chē)以及普通汽車(chē)，根據(jù)訂單需求，我們隨時(shí)要考慮調(diào)節(jié)生產(chǎn)線的生產(chǎn)模式。
此時(shí)，如果我們?yōu)楫a(chǎn)線建立一個(gè)數(shù)字孿生體，就可以根據(jù)情況來(lái)模擬我們的裝配線。對(duì)于主計(jì)劃人員，在安排生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，就可以通過(guò)數(shù)字孿生體，了解到目前各條產(chǎn)線的產(chǎn)能情況。對(duì)于產(chǎn)線負(fù)責(zé)人，可以在需要進(jìn)行產(chǎn)線換型時(shí)，通過(guò)數(shù)字孿生體指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)人員換型。對(duì)于產(chǎn)線技術(shù)人員，在設(shè)備安裝和連接之前，可以從工程的角度對(duì)產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試。
3.工廠基礎(chǔ)設(shè)施：2020年新冠疫情肆虐全球，如何才能在安全或者說(shuō)不在工廠的情況下對(duì)工廠進(jìn)行參觀和考察？有了數(shù)字孿生體，我們就可以做到這一點(diǎn)，甚至還可以做到更多，借助物聯(lián)技術(shù)，我們可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)工廠漫游，設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、產(chǎn)線產(chǎn)能情況、不良率、工廠布局等數(shù)據(jù)一應(yīng)俱全，而且無(wú)處不在的攝像頭可以代替我們的眼睛，這些現(xiàn)實(shí)世界中的攝像頭經(jīng)由物聯(lián)技術(shù)，可以經(jīng)由數(shù)字孿生體來(lái)控制。
另外我們也可以通過(guò)筆記本電腦遠(yuǎn)程培訓(xùn)工人。有了數(shù)字孿生體，設(shè)備甚至不需要實(shí)際安裝，就可以向其他人展示如何使用它。
4.資產(chǎn)維護(hù)：通過(guò)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)傳感器傳出的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生體還可以模擬關(guān)鍵設(shè)備何時(shí)需要維護(hù)，甚至可以用來(lái)確定整個(gè)生產(chǎn)線、工廠或工廠網(wǎng)絡(luò)的健康狀況。Gartner公司是一家美國(guó)評(píng)估機(jī)構(gòu)，其在2018年的一份報(bào)告中指出，美國(guó)所有制造企業(yè)經(jīng)由數(shù)字孿生體技術(shù)，每年在資產(chǎn)維護(hù)方面節(jié)省的開(kāi)支，達(dá)到了1萬(wàn)億美元。
5.有針對(duì)性的召回：建立數(shù)字線程和全生命周期管理的數(shù)字孿生體，并通過(guò)跟蹤產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件及其序列號(hào)，我們不必在產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)召回成千上萬(wàn)的產(chǎn)品。我們可以將工作范圍縮小到那些直接受到影響的產(chǎn)品身上。例如，一批在海外運(yùn)輸途中發(fā)生腐蝕的零部件，通過(guò)數(shù)字孿生體就可以精確定位到其影響范圍。
6.零售業(yè)：數(shù)字孿生甚至有助于面向消費(fèi)者的領(lǐng)域。例如，一輛帶有三維可視化功能的數(shù)字孿生汽車(chē)，可以讓潛在買(mǎi)家在網(wǎng)上或4S店購(gòu)車(chē)時(shí)將汽車(chē)的顏色改成自己喜歡的顏色，自己喜歡的內(nèi)飾，包括車(chē)輛附加選項(xiàng)也是如此，這可以提供更豐富、更個(gè)性化的客戶體驗(yàn)。
7.售后服務(wù)：在二手車(chē)市場(chǎng)上，消費(fèi)者必須猜測(cè)車(chē)輛的健康狀況。但是，如果給車(chē)輛一個(gè)數(shù)字標(biāo)識(shí)（基于數(shù)字孿生和區(qū)塊鏈），我們就可以開(kāi)始跟蹤它的維修頻率。還有其它我們關(guān)心的問(wèn)題：它們是否更換過(guò)零件？它們是使用原始設(shè)備制造商（OEM）的零件還是售后零件？根據(jù)影響分析，是否存在未登記的事故？
數(shù)字孿生體構(gòu)建的全生命周期，將擁有所有實(shí)時(shí)性能、傳感器和檢查數(shù)據(jù)，以及服務(wù)歷史、配置更改、零件更換和保修數(shù)據(jù)。
8.供應(yīng)鏈：數(shù)字孿生體允許我們監(jiān)控和模擬影響供應(yīng)鏈的事件，例如，自然災(zāi)害或與關(guān)鍵國(guó)家的貿(mào)易爭(zhēng)端，以及如何去主動(dòng)應(yīng)對(duì)這些事件。
例如，如果我們想模擬來(lái)自美國(guó)的原材料減少的影響，數(shù)字孿生可以幫助您決定如何有效地履行客戶承諾。您可以開(kāi)始對(duì)各種數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行建模，比如新原材料在傳輸過(guò)程中花費(fèi)的時(shí)間，或者其是否易腐，這讓制造業(yè)開(kāi)始變得更加主動(dòng)而不是被動(dòng)。
參考文獻(xiàn)：
https://www.ey.com/en_gl/advanced-manufacturing/how-digital-twins-give-utomotive-companies-a-real-world-advantage
