近年來，我國大力推動產(chǎn)業(yè)向數(shù)字化、信息化、智能化發(fā)展，國家發(fā)展改革委重磅發(fā)布《關(guān)于推進“上云用數(shù)賦智”行動培育新經(jīng)濟發(fā)展實施方案》（以下簡稱《方案》），其中“數(shù)字孿生”技術(shù)在《方案》中被提及多次，和云計算、人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)一樣，受關(guān)注程度上升到國家高度。
數(shù)字孿生是什么？
早在2002年，“數(shù)字孿生（Digital Twin）”這一概念被美國Michael Grieves教授提出。12年后，他再次詳細地解釋了數(shù)字孿生概念，是指在信息空間構(gòu)建一個可以映射表征物理設(shè)備的虛擬系統(tǒng)，他們之間的聯(lián)系并不是單向和靜態(tài)的，而是在整個產(chǎn)品的生命周期中都聯(lián)系在一起。其實數(shù)字孿生的應(yīng)用并非現(xiàn)代才被使用，早在幾千年前數(shù)字孿生的想法就被運用于城市規(guī)劃與軍事推演中。
伴隨著時代的發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)作為重要的數(shù)字化手段深度運用到工業(yè)制造和智慧城市建設(shè)中。中國信息通信研究院產(chǎn)業(yè)與規(guī)劃研究所高級工程師高艷麗在一文中，也對數(shù)字孿生提出了明確的定義。
《數(shù)字孿生城市如何推動了新型智慧城市》
數(shù)字孿生，是通過對物理世界的人、物、事件等所有要素數(shù)字化，在網(wǎng)絡(luò)空間再造一個與之對應(yīng)的“虛擬世界”，由此形成物理維度上的實體世界和信息維度上的虛擬世界同生共存、虛實交融的格局，這是用數(shù)字化方式為物理對象創(chuàng)建虛擬模型，由此來模擬其在現(xiàn)實環(huán)境中的行為……數(shù)字孿生是數(shù)字化發(fā)展的必經(jīng)之路，數(shù)字孿生城市是智慧城市的起點。
數(shù)字孿生技術(shù)通過實時數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)了數(shù)字孿生體的高度一致，讓真實物理世界與數(shù)字世界交互融合、互相驅(qū)動、形成互補，消除管理者與工程師的盲點，提高管理水平，降低設(shè)計成本，使生成過程透明化、過程數(shù)據(jù)價值化。
圖-交大智邦數(shù)字孿生生產(chǎn)線
數(shù)字孿生的原理
數(shù)字孿生的本質(zhì)是感知世界、認知世界、展示世界三部分，落實于應(yīng)用則分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)融合與建模（業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理）、數(shù)據(jù)展示與應(yīng)用。其中核心部分為感知與認知，感知層決定了系統(tǒng)的信息裕度，直接決定了對于真實世界的認知水平；而認知層則可通過知識與特定的認知模型降低對信息量的依賴程度，篩選關(guān)鍵信息特征，實現(xiàn)基于有限的信息實現(xiàn)對真實世界的高度擬合的認知。展示層基于前兩者實現(xiàn)對復(fù)雜的真實世界的高效簡潔展現(xiàn)，實現(xiàn)真實世界數(shù)據(jù)的價值化。
圖-數(shù)字孿生業(yè)務(wù)架構(gòu)
數(shù)字孿生的應(yīng)用
許多國際著名企業(yè)已開始探索數(shù)字孿生技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計、制造和服務(wù)等方面的應(yīng)用。
在產(chǎn)品設(shè)計方面，針對復(fù)雜產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，達索公司建立了基于數(shù)字孿生的3D體驗平臺，利用用戶交互反饋的信息不斷改進信息世界中的產(chǎn)品設(shè)計模型，并反饋到物理實體產(chǎn)品改進中。
在生產(chǎn)制造方面，西門子基于數(shù)字孿生理念構(gòu)建了整合制造流程的生產(chǎn)系統(tǒng)模型，形成了基于模型的虛擬企業(yè)和基于自動化技術(shù)的企業(yè)鏡像，支持企業(yè)進行涵蓋其整個價值鏈的整合及數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并在西門子工業(yè)設(shè)備Nanobox-PC的生產(chǎn)流程中開展了應(yīng)用驗證。
在故障預(yù)測與健康管理方面，美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）將物理系統(tǒng)與其等效的虛擬系統(tǒng)相結(jié)合，研究了基于數(shù)字孿生的復(fù)雜系統(tǒng)故障預(yù)測與消除方法，并應(yīng)用在飛機、飛行器、運載火箭等飛行系統(tǒng)的健康管理中。美國空軍研究實驗室結(jié)構(gòu)科學(xué)中心通過將超高保真的飛機虛擬模型與影響飛行的結(jié)構(gòu)偏差和溫度計算模型相結(jié)合，開展了基于數(shù)字孿生的飛機結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測。
在產(chǎn)品服務(wù)方面，PTC公司將數(shù)字孿生作為“智能互聯(lián)產(chǎn)品”的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，致力于在虛擬世界與現(xiàn)實世界間建立一個實時的連接，將智能產(chǎn)品的每一個動作延伸到下一個產(chǎn)品設(shè)計周期，并能實現(xiàn)產(chǎn)品的預(yù)測性維修，為客戶提供了高效的產(chǎn)品售后服務(wù)與支持。
數(shù)字孿生與智能工廠
交大智邦致力于利用數(shù)字孿生技術(shù)為產(chǎn)線創(chuàng)新賦能，提高產(chǎn)線的交付質(zhì)量與提供工廠的智能化水平，并提供多項基于數(shù)字孿生技術(shù)的智能維護服務(wù)。
圖-數(shù)字孿生業(yè)務(wù)應(yīng)用場景
數(shù)字孿生的不足與展望
現(xiàn)有的數(shù)字孿生的應(yīng)用受限于數(shù)據(jù)的缺乏和應(yīng)用落地效率，難以被大規(guī)模推廣實現(xiàn)普遍的價值化，成為了制約數(shù)字孿生發(fā)展的障礙。交大智邦針對以上問題，針對產(chǎn)線數(shù)字孿生以及基于數(shù)字孿生平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用落地。利用邊緣網(wǎng)關(guān)兼容多廠商多設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通用采集；從智能工廠的業(yè)務(wù)出發(fā)對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行建模解構(gòu)，將數(shù)據(jù)根據(jù)專業(yè)知識封裝為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并以數(shù)據(jù)中臺形式提供給多應(yīng)用平臺實現(xiàn)知識價值化；通過對Unity這一常見數(shù)字孿生業(yè)務(wù)開發(fā)工具進行工具化二次開發(fā)，將開發(fā)業(yè)務(wù)流進行分析整合，實現(xiàn)大部分數(shù)據(jù)強綁定業(yè)務(wù)的自動化，實現(xiàn)開發(fā)過程中的數(shù)據(jù)驅(qū)動開發(fā)內(nèi)容的無代碼實現(xiàn)，提速數(shù)字孿生落地。
上海交大智邦科技有限公司正依托航空、航天、汽車產(chǎn)線，探究一套智能產(chǎn)線配套數(shù)字孿生業(yè)務(wù)的全流程實現(xiàn)方案，實現(xiàn)數(shù)字孿生驅(qū)動數(shù)據(jù)應(yīng)用，為工業(yè)創(chuàng)新賦能。
