數(shù)字孿生技術(shù)是智能制造深入發(fā)展的必然階段,是智能制造的推進(jìn)抓手和運(yùn)行體現(xiàn)。數(shù)字孿生的核心是分析推理決策,與當(dāng)前制造業(yè)智能化提升的本質(zhì)內(nèi)涵是直接呼應(yīng)的。智能制造是感知、分析、推理、決策和控制的閉環(huán)過程,與數(shù)字孿生所強(qiáng)調(diào)的充分利用物理模型、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程的理念一脈相承。以CPS模式為核心的智能制造是面向產(chǎn)品、裝備、系統(tǒng),目前數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用也已經(jīng)從傳統(tǒng)的產(chǎn)品孿生向產(chǎn)線、車間、工廠的系統(tǒng)級(jí)孿生方向發(fā)展,已經(jīng)從傳統(tǒng)基于三維可視化模型向直指本質(zhì)的決策推理模型轉(zhuǎn)變。數(shù)字孿生是當(dāng)前智能制造理念的物化落實(shí)的具體體現(xiàn)。
數(shù)字孿生與產(chǎn)品研制生產(chǎn)全生命周期階段具有融合的體現(xiàn)關(guān)系。在產(chǎn)品研發(fā)階段的設(shè)計(jì)分析的擬實(shí)仿真評(píng)估、工藝設(shè)計(jì)階段的工藝系統(tǒng)虛擬驗(yàn)證、生產(chǎn)制造階段的生產(chǎn)制造運(yùn)行大數(shù)據(jù)/人工智能決策、制造資源狀態(tài)評(píng)估與預(yù)防性維護(hù)等、試驗(yàn)測(cè)試階段的虛擬試驗(yàn)測(cè)試評(píng)估、服役運(yùn)維階段的裝備性能動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)評(píng)估等方面,并且能夠有效地與面向全生命周期跨地域/專業(yè)的綜合研制集成融合,從而能夠有效地支撐和發(fā)展形成制造業(yè)新模式。
(1)數(shù)字孿生與賽博物理系統(tǒng)的關(guān)系
賽博物理系統(tǒng)作為智能制造的核心模式,體現(xiàn)了動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的閉環(huán)過程,支持了裝備/系統(tǒng)的自適應(yīng)、自組織的智能化發(fā)展理念,數(shù)字孿生是CPS的具體體現(xiàn),重點(diǎn)是突出虛實(shí)融合下的數(shù)據(jù)處理、仿真分析、虛擬驗(yàn)證及運(yùn)行決策等。
(2)數(shù)字孿生與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系
數(shù)字孿生是閉環(huán)CPS過程的典型體現(xiàn),具有“虛實(shí)同步、以實(shí)融虛、以虛控時(shí)”特點(diǎn),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)資源狀態(tài)及控制的泛在化基礎(chǔ)設(shè)施能力是支持?jǐn)?shù)字孿生得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),同時(shí)數(shù)字孿生也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)貫通軟硬環(huán)節(jié)的有效支撐。
(3)數(shù)字孿生與工業(yè)軟件/工業(yè)APP的關(guān)系
工業(yè)軟件是產(chǎn)品研發(fā)過程中知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的軟件物化,是工業(yè)APP所強(qiáng)調(diào)的服務(wù)化特點(diǎn)的源頭支撐。數(shù)字孿生閉環(huán)過程中的數(shù)字孿生體是工業(yè)軟件的重要體現(xiàn)方式,體現(xiàn)了對(duì)物理對(duì)象的幾何、物理、行為、規(guī)則及約束的多維、不同粒度的多空間、推進(jìn)演化/實(shí)時(shí)過程/外部干擾的多時(shí)間等尺度的綜合。
(4)數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)/人工智能的關(guān)系
數(shù)字孿生體是數(shù)字孿生的核心,體現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析、推理決策等,大數(shù)據(jù)所體現(xiàn)對(duì)工業(yè)物聯(lián)/互聯(lián)支持下海量狀態(tài)數(shù)據(jù)和歷史運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理,人工智能所體現(xiàn)的對(duì)案例訓(xùn)練和規(guī)則推理,大數(shù)據(jù)/人工智能是支撐數(shù)字孿生體向智能化縱深發(fā)展的重要技術(shù)。
(5)數(shù)字孿生與AR/VR/MR的關(guān)系
雖然數(shù)字孿生的本質(zhì)是推理決策,但目前數(shù)字孿生比較多的應(yīng)用領(lǐng)域還是具有三維可視化外在展示需求,從而與目前AR/VR/MR等新型顯示及應(yīng)用技術(shù)具有自然的密切關(guān)系,能夠構(gòu)建一個(gè)更加豐富的全態(tài)化擬真展示模型,提升虛擬融合的交互直觀度和深度。
(6)數(shù)字孿生與設(shè)備健康管理的關(guān)系
數(shù)字孿生在資產(chǎn)密集型行業(yè)應(yīng)用主要是以設(shè)備維護(hù)為重點(diǎn)的,涉及到以設(shè)備健康管理為核心的數(shù)字化移交及運(yùn)行監(jiān)控。設(shè)備性能數(shù)字雙胞胎用于故障預(yù)測(cè)、健康管理及預(yù)測(cè)性維護(hù),并反饋運(yùn)行信息給設(shè)計(jì)以優(yōu)化設(shè)計(jì),改善產(chǎn)品性能。
(7)數(shù)字孿生與基于模型系統(tǒng)工程的關(guān)系
基于模型的系統(tǒng)工程(MBSE)是實(shí)現(xiàn)全生命周期集成研發(fā)的核心思想,數(shù)字化孿生體將促進(jìn)建模、仿真與優(yōu)化技術(shù)無縫集成到產(chǎn)品全生命周期的各個(gè)階段,也是面向加工、裝配等DFX技術(shù)發(fā)展的重要使能基礎(chǔ),是推動(dòng)MBSE核心思想發(fā)展的重要著力點(diǎn)。
(8)數(shù)字孿生與數(shù)字主線的關(guān)系
數(shù)字主線是從過程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的角度實(shí)現(xiàn)全生命周期集成的重要技術(shù),從狹義角度而言,為全生命周期各階段業(yè)務(wù)模型的處理提供數(shù)據(jù)銜接傳遞支持,從廣義角度而言,為整個(gè)全生命周期鏈條提供統(tǒng)一的信息模型規(guī)范支持,是數(shù)字孿生體在不同尺度上的數(shù)據(jù)獲取與分析方面的具體體現(xiàn),是數(shù)字孿生閉環(huán)控制模型的重要支撐。
