在產(chǎn)品的設(shè)計階段，利用數(shù)字孿生可以提高設(shè)計的準(zhǔn)確性，并驗證產(chǎn)品在真實環(huán)境中的性能。其功能主要涵括如下:
建模：使用CAD工具開發(fā)出滿足技術(shù)規(guī)格的產(chǎn)品虛擬原型，精確的記錄產(chǎn)品的各種物理參數(shù)，以可視化的方式展示出來，并通過一系列的驗證手段來檢驗設(shè)計的精準(zhǔn)程度；
模擬和仿真：通過一系列可重復(fù)、可變參數(shù)、可加速的仿真實驗，來驗證產(chǎn)品在不同外部環(huán)境下的性能和表現(xiàn)，在設(shè)計階段就驗證產(chǎn)品的適應(yīng)性。
例如，法國的飛機制造商達索公司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)品當(dāng)中，使得戰(zhàn)斗機降低浪費25%，質(zhì)量改進提升15%。其主要的數(shù)字孿生應(yīng)用方式是推動社交協(xié)作，三維建模、虛擬仿真、智能信息處理，實時體驗。該系統(tǒng)及其衍生系統(tǒng)至今仍活躍運用于工業(yè)設(shè)備、汽車、航天、船舶等制造行業(yè)的數(shù)字化建設(shè)中。
02
產(chǎn)品設(shè)計階段
使用數(shù)字孿生的優(yōu)勢
2.1快速原型設(shè)計驅(qū)動創(chuàng)新
數(shù)字孿生通過設(shè)計工具、仿真工具、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等各種數(shù)字化的手段，將物理設(shè)備的各種屬性映射到虛擬空間中，形成可拆解、可復(fù)制、可轉(zhuǎn)移、可修改、可刪除、可重復(fù)操作的數(shù)字鏡像，這極大地加速了操作人員對物理實體的了解，可以讓很多原來由于物理條件限制、必須依賴于真實的物理實體而無法完成的操作，如模擬仿真、批量復(fù)制、虛擬裝配等，成為觸手可及的工具，更能激發(fā)人們?nèi)ヌ剿餍碌耐緩絹韮?yōu)化設(shè)計、制造和服務(wù)。
2.2全面的分析和預(yù)測能力
在一個產(chǎn)品的設(shè)計階段，很難對隱藏在表象下的問題提前進行預(yù)判。而數(shù)字孿生可以結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)的處理和人工智能的建模分析，實現(xiàn)對當(dāng)前狀態(tài)的評估、對過去發(fā)生問題的診斷，以及對未來趨勢的預(yù)測，并給予分析的結(jié)果，模擬各種可能性，提供更全面的決策支持。
2.3經(jīng)驗的數(shù)字化
在傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域，經(jīng)驗往往是一種模糊而很難把握的形態(tài)，很難將其作為精準(zhǔn)判決的依據(jù)。而數(shù)字孿生的一大關(guān)鍵進步，是可以通過數(shù)字化的手段，將原先無法保存的專家經(jīng)驗進行數(shù)字化，并提供了保存、復(fù)制、修改和轉(zhuǎn)移的能力。
03
產(chǎn)品設(shè)計階段
使用數(shù)字孿生的典型應(yīng)用場景
3.1以滿足用戶需求為導(dǎo)向的數(shù)字孿生體平臺
未來在制造業(yè)環(huán)境下的數(shù)字孿生體的用戶將不止局限于工業(yè)企業(yè)中的產(chǎn)品研發(fā)人員。從其生命周期來看，最初段的需求設(shè)計人員可以使用數(shù)字孿生體研發(fā)平臺借助數(shù)據(jù)資產(chǎn)功能調(diào)研產(chǎn)品需求，產(chǎn)品設(shè)計人員可通過數(shù)字孿生體平臺對產(chǎn)品的外形以及性能做初步的整理和數(shù)據(jù)配置，經(jīng)由產(chǎn)品設(shè)計人員設(shè)計好的產(chǎn)品數(shù)字孿生體可通過數(shù)字主線流向產(chǎn)品研發(fā)人員進一步進行材料研發(fā)、結(jié)構(gòu)強度優(yōu)化、驅(qū)動管理等更詳細的工作。當(dāng)在研發(fā)階段或者產(chǎn)品設(shè)計階段出現(xiàn)與上一階段不匹配或不滿足需求的情況時，數(shù)字主線也可以同步反饋當(dāng)前狀態(tài)給上游節(jié)點，形成研發(fā)閉環(huán)。
可以說，未來的環(huán)境下，在產(chǎn)品設(shè)計階段、需求、定型、研發(fā)將會形成多位一體的平臺化工作模式，打通正向和反向兩者的壁壘，從而加速產(chǎn)品研制過程，為制造業(yè)的數(shù)字化和智能化產(chǎn)生進一步的推動作用。
3.2以設(shè)計為基礎(chǔ)的數(shù)字孿生體應(yīng)用典型場景
在設(shè)計階段，我們經(jīng)常面臨多方面的應(yīng)用需求。以某一汽車產(chǎn)品的設(shè)計舉例，我們經(jīng)常要考慮一個場景，就是如何去設(shè)計成本-性能-安全性的三角。根據(jù)規(guī)則，降低成本有利于增加利潤和市場占有率，但性能和安全性將同時降低，不利于品牌的維護。那么提高性能又面臨增加研發(fā)投入，降低汽車穩(wěn)定性的嚴(yán)峻考驗。其實在這種情況下，數(shù)字孿生體就可以為我們提供一套設(shè)計和調(diào)整這個三角形的快速解決方案：
3.2.1獲取數(shù)字孿生體的基因
在設(shè)計階段初期，從數(shù)字孿生體生命體模型的角度來說，數(shù)字孿生體只有原始的基因數(shù)據(jù)，比如需求書，和規(guī)劃書等文件?；谛枨笾忻枋龅能囕v性能指標(biāo)需求和外形需求，設(shè)計人員可以摘錄其中的性能指標(biāo)和外形參數(shù)進入數(shù)字孿生體平臺，以此孕育數(shù)字孿生體的雛形。
3.2.2基于數(shù)字孿生體的基因孕育數(shù)字孿生體雛形（孕育五官和軀體）
數(shù)字孿生體的雛形通過平臺集成的可視化建模插件的方式進行呈現(xiàn)，它的具象化程度，完全依賴于基因數(shù)據(jù)的完整性。當(dāng)基因數(shù)據(jù)越全面越完整，數(shù)字孿生體雛形的呈現(xiàn)將會越詳細。數(shù)字孿生體雛形是一個孿生體的初級形態(tài)，僅包含最基礎(chǔ)的基因數(shù)據(jù)，我們需要在培育數(shù)字孿生體的過程中，依據(jù)產(chǎn)品的功能，對數(shù)字孿生體進行一定程度上的功能完善，比如用于車輛性能仿真的數(shù)字孿生體、用于車身結(jié)構(gòu)碰撞的數(shù)字孿生體、用于物態(tài)實體和數(shù)態(tài)數(shù)字孿生體互控的數(shù)字孿生體等等。
3.2.3對數(shù)字孿生體進行功能完善（孕育左腦、右腦和神經(jīng)）
當(dāng)然僅僅對數(shù)字孿生體的呈現(xiàn)，并不能滿足解決方案的需求，我們要平衡成本和性能，就必須先了解成本和性能。比如，數(shù)字孿生體平臺提供了仿真接口，通過加載數(shù)字孿生體雛形的外形數(shù)據(jù)，可以很方便的創(chuàng)建產(chǎn)品三維仿真模型，只需要再加載上所需的環(huán)境，即可實現(xiàn)產(chǎn)品的性能仿真，以此調(diào)節(jié)產(chǎn)品的性能和成本曲線。
當(dāng)然，在虛擬環(huán)境下的數(shù)字孿生體仿真僅僅是一種設(shè)計人員快速掌握和優(yōu)化產(chǎn)品性能的手段，物理實體的性能表現(xiàn)才是最直接的產(chǎn)品需求體現(xiàn)。其實，數(shù)字孿生體的誕生并不完全依賴于物理實體的存在，在一定程度上來說，物理實體和數(shù)字孿生體就像一對雙胞胎，誰先誕生并無因果關(guān)系。所以在對數(shù)字孿生體進行設(shè)計優(yōu)化后，就可以使用平臺孕育和測控物理實體的能力進一步完善和驗證產(chǎn)品：
1.通過平臺孕育物理實體，比如，平臺可以通過增材制造功能插件，3D打印出數(shù)字孿生體的物理實體。當(dāng)然，如果配套設(shè)施完善，數(shù)字孿生體平臺也可以支持傳統(tǒng)的工業(yè)技術(shù)鑄造實體。
2.測控物理實體，其能力依賴于平臺IoT功能插件，通過傳感器技術(shù)和相關(guān)的通信技術(shù)，可以搭建起一條實體與數(shù)字的通道。從而驗證經(jīng)過數(shù)字孿生體優(yōu)化的產(chǎn)品實體，其設(shè)計是否最終符合預(yù)期。
