數(shù)字孿生同沿用了幾十年的、基于經(jīng)驗的傳統(tǒng)設(shè)計和制造理念相去甚遠(yuǎn)，不僅可以加速產(chǎn)品的開發(fā)過程，提高開發(fā)和生產(chǎn)的有效性和經(jīng)濟性，更能有效地了解產(chǎn)品的使用情況并幫助客戶避免損失，還能精準(zhǔn)地將客戶的真實使用情況反饋到設(shè)計端，實現(xiàn)產(chǎn)品的有效改進(jìn)。而所有的這一切，都需要企業(yè)具備完整的數(shù)字化能力。社區(qū)近日組織數(shù)字孿生相關(guān)主題探討，主要交流了三方面內(nèi)容：數(shù)字孿生概念與技術(shù)體系、數(shù)字孿生在工業(yè)制造的應(yīng)用、數(shù)字孿生在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。以下是特邀專家對活動探討精華的梳理，希望能為同行帶來有益參考。
一、數(shù)字孿生概念與技術(shù)體系
1、什么是數(shù)字孿生？
強哥之神上汽云計算中心架構(gòu)師&技術(shù)經(jīng)理：
通俗來講，數(shù)字孿生是指針對物理世界中的物體，通過數(shù)字化的手段構(gòu)建一個在數(shù)字世界中一模一樣的實體，借此來實現(xiàn)對物理實體的了解、分析和優(yōu)化。從更加專業(yè)的角度來說，數(shù)字孿生集成了人工智能(AI)和機器學(xué)習(xí)(ML)等技術(shù)，將數(shù)據(jù)、算法和決策分析結(jié)合在一起，建立模擬，即物理對象的虛擬映射，在問題發(fā)生之前先發(fā)現(xiàn)問題，監(jiān)控物理對象在虛擬模型中的變化，診斷基于人工智能的多維數(shù)據(jù)復(fù)雜處理與異常分析，并預(yù)測潛在風(fēng)險，合理有效地規(guī)劃或?qū)ο嚓P(guān)設(shè)備進(jìn)行維護。
“工業(yè)4.0”術(shù)語編寫組對數(shù)字孿生的定義是:利用先進(jìn)建模和仿真工具構(gòu)建的，覆蓋產(chǎn)品全生命周期與價值鏈，從基礎(chǔ)材料、設(shè)計、工藝、制造及使用維護全部環(huán)節(jié)，集成并驅(qū)動以統(tǒng)一的模型為核心的產(chǎn)品設(shè)計、制造和保障的數(shù)字化數(shù)據(jù)流。通過分析這些概念可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)字紐帶為產(chǎn)品數(shù)字孿生體提供訪問、整合和轉(zhuǎn)換能力，其目標(biāo)是貫通產(chǎn)品全生命周期和價值鏈，實現(xiàn)全面追溯、雙向共享/交互信息、價值鏈協(xié)同。
annoymous：
數(shù)字孿生，英文名叫Digital Twin（數(shù)字雙胞胎），也被稱為數(shù)字映射、數(shù)字鏡像。
它的官方定義非常復(fù)雜，是這么說的：
數(shù)字孿生，是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(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，從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。
其實，簡單來說，數(shù)字孿生就是在一個設(shè)備或系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造一個數(shù)字版的“克隆體”。
這個“克隆體”，也被稱為“數(shù)字孿生體”。它被創(chuàng)建在信息化平臺上，是虛擬的。
2、在3D建模、展示、分析、預(yù)測方面有哪些成熟方案？
強哥之神上汽云計算中心架構(gòu)師&技術(shù)經(jīng)理：
建模方面：
模型實現(xiàn)方法研究主要涉及建模語言和模型開發(fā)工具等，關(guān)注如何從技術(shù)上實現(xiàn)數(shù)字孿生模型。在模型實現(xiàn)方法上，相關(guān)技術(shù)方法和工具呈多元化發(fā)展趨勢。當(dāng)前，數(shù)字孿生建模語言主要有Modelica、AutomationML、UML、SysML及XML等。一些模型采用通用建模工具如CAD等開發(fā)，更多模型的開發(fā)是基于專用建模工具如FlexSim和Qfsm等。
展示方面：
虛擬現(xiàn)實(VR)技術(shù)可以將系統(tǒng)的制造、運行、維修狀態(tài)呈現(xiàn)出超現(xiàn)實的形式，對復(fù)雜系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)進(jìn)行多領(lǐng)域、多尺度的狀態(tài)監(jiān)測和評估，將智能監(jiān)測和分析結(jié)果附加到系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)、部件中，在完美復(fù)現(xiàn)實體系統(tǒng)的同時將數(shù)字分析結(jié)果以虛擬映射的方式疊加到所創(chuàng)造的孿生系統(tǒng)中，從視覺、聲覺、觸覺等各個方面提供沉浸式的虛擬現(xiàn)實體驗，實現(xiàn)實時、連續(xù)的人機互動。
還有三維場景高效可視化技術(shù)是基于游戲引擎、3DGIS技術(shù)、混合現(xiàn)實技術(shù)，多層次實時渲染復(fù)雜三維場景。
分析與預(yù)測：
隨著行業(yè)應(yīng)用場景不斷拓展，傳統(tǒng)傳感器已無法滿足數(shù)字孿生對數(shù)據(jù)精度、一致性、多功能性的需求。而智能化傳感器是將傳感器獲取信息的基本功能與專用微處理器的信息分析、自校準(zhǔn)、功耗管理、數(shù)據(jù)處理等功能緊密結(jié)合在一起，具備傳統(tǒng)傳感器不具備的自動校零、漂移補償、傳感單元過載防護、數(shù)采模式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析等能力，其能力決定了智能化傳感器具備較高的精度、分辨率，穩(wěn)定性及可靠性，使其在數(shù)字孿生體系中不但可以作為數(shù)據(jù)采集的端口，更可以自發(fā)地上報自身信息狀態(tài)，構(gòu)建感知節(jié)點的數(shù)字孿生。
基于數(shù)字孿生可對物理對象通過模型進(jìn)行分析、預(yù)測、診斷、訓(xùn)練等(即仿真)，并將仿真結(jié)果反饋給物理對象，從而幫助對物理對象進(jìn)行優(yōu)化和決策。
3、請詳述一下數(shù)字孿生技術(shù)的技術(shù)框架，如何更好的融入現(xiàn)有IT體系？
強哥之神上汽云計算中心架構(gòu)師&技術(shù)經(jīng)理：
數(shù)字孿生技術(shù)通過構(gòu)建物理對象的數(shù)字化鏡像，描述物理對象在現(xiàn)實世界中的變化，模擬物理對象在現(xiàn)實環(huán)境中行為和影響，以實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、趨勢預(yù)測和綜合優(yōu)化。為了構(gòu)建數(shù)字化鏡像并實現(xiàn)上述目標(biāo)，需要IOT、建模、仿真等基礎(chǔ)支撐技術(shù)通過平臺化的架構(gòu)進(jìn)行融合，搭建從物理世界到孿生空間的信息交互閉環(huán)。整體來看，一個完成的數(shù)字孿生系統(tǒng)應(yīng)包含以下四個實體層級:一是數(shù)據(jù)采集與控制實體，主要涵蓋感知、控制、標(biāo)識等技術(shù)，承擔(dān)孿生體與物理對象間上行感知數(shù)據(jù)的采集和下行控制指令的執(zhí)行。二是核心實體，依托通用支撐技術(shù)，實現(xiàn)模型構(gòu)建與融合、數(shù)據(jù)集成、仿真分析、系統(tǒng)擴展等功能，是生成孿生體并拓展應(yīng)用的主要載體。三是用戶實體，主要以可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為主，承擔(dān)人機交互的職能。四是跨域?qū)嶓w，承擔(dān)各實體層級之間的數(shù)據(jù)互通和安全保障職能。
數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)如圖所示：
基礎(chǔ)技術(shù)：感知
感知是數(shù)字孿生體系架構(gòu)中的底層基礎(chǔ)，在一個完備的數(shù)字孿生系統(tǒng)中，對運行環(huán)境和數(shù)字孿生組成部件自身狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲取，是實現(xiàn)物理對象與其數(shù)字孿生系統(tǒng)間全要素、全業(yè)務(wù)、全流程精準(zhǔn)映射與實時交互的重要一環(huán)。因此，數(shù)字孿生體系對感知技術(shù)提出更高要求，為了建立全域全時段的物聯(lián)感知體系，并實現(xiàn)物理對象運行態(tài)勢的多維度、多層次精準(zhǔn)監(jiān)測，感知技術(shù)不但需要更精確可靠的物理測量技術(shù)，還需考慮感知數(shù)據(jù)間的協(xié)同交互，明確物體在全域的空間位置及唯一標(biāo)識，并確保設(shè)備可信可控。
基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字孿生體系架構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)施，在數(shù)字孿生系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)可以對物理運行環(huán)境和數(shù)字孿生組成部件自身信息交互進(jìn)行實時傳輸，是實現(xiàn)物理對象與其數(shù)字孿生系統(tǒng)間實時交互、相互影響的前提。網(wǎng)絡(luò)既可以為數(shù)字孿生系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)提供增強能力的傳輸基礎(chǔ)，滿足業(yè)務(wù)對超低時延、高可靠、精同步、高并發(fā)等關(guān)鍵特性的演進(jìn)需求，也可以助推物理網(wǎng)絡(luò)自身實現(xiàn)高效率創(chuàng)新，有效降低網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)施的部署成本和運營效率。
伴隨物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，通信模式不斷更新，網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)類型、網(wǎng)絡(luò)所服務(wù)的對象、連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備類型等呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展，要求網(wǎng)絡(luò)具有較高靈活性;同時，伴隨移動網(wǎng)絡(luò)深入樓宇、醫(yī)院、商超、工業(yè)園區(qū)等場景，物理運行環(huán)境對確定性數(shù)據(jù)傳輸、廣泛的設(shè)備信息采集、高速率數(shù)據(jù)上傳、極限數(shù)量設(shè)備連接等需求愈加強烈，這也相應(yīng)要求物理運行環(huán)境必須打破以前“黑盒”和“盲啞”的狀態(tài)，讓現(xiàn)場設(shè)備、機器和系統(tǒng)能夠更加透明和智能。因此，數(shù)字孿生體系架構(gòu)需要更加豐富和強大的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，以實現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)的極簡化和智慧化運維。
5G+行業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)體系架構(gòu)如圖所示：
關(guān)鍵技術(shù)：建模
數(shù)字孿生的建模是將物理世界的對象數(shù)字化和模型化的過程。通過建模將物理對象表達(dá)為計算機和網(wǎng)絡(luò)所能識別的數(shù)字模型，對物理世界或問題的理解進(jìn)行簡化和模型化。數(shù)字孿生建模需要完成從多領(lǐng)域多學(xué)科角度模型融合以實現(xiàn)物理對象各領(lǐng)域特征的全面刻畫，建模后的虛擬對象會表征實體對象的狀態(tài)、模擬實體對象在現(xiàn)實環(huán)境中的行為、分析物理對象的未來發(fā)展趨勢。建立物理對象的數(shù)字化建模技術(shù)是實現(xiàn)數(shù)字孿生的源頭和核心技術(shù)，也是“數(shù)字化”階段的核心。而模型實現(xiàn)方法研究主要涉及建模語言和模型開發(fā)工具等，關(guān)注如何從技術(shù)上實現(xiàn)數(shù)字孿生模型。在模型實現(xiàn)方法上，相關(guān)技術(shù)方法和工具呈多元化發(fā)展趨勢。當(dāng)前，數(shù)字孿生建模語言主要有Modelica、AutomationML、UML、SysML及XML等。一些模型采用通用建模工具如CAD等開發(fā)，更多模型的開發(fā)是基于專用建模工具如FlexSim和Qfsm等。
數(shù)字孿生模型構(gòu)建流程如圖所示：
從不同層面的建模來看，可以把模型構(gòu)建分為幾何模型構(gòu)建、信息模型構(gòu)建、機理模型構(gòu)建等不同分類，完成不同模型構(gòu)建后，進(jìn)行模型融合，實現(xiàn)物理實體的統(tǒng)一刻畫。如下圖提供的模型融合架構(gòu)。面對不同領(lǐng)域的多種異構(gòu)模型，需要提供統(tǒng)一的協(xié)議轉(zhuǎn)換和語義解析能力。
關(guān)鍵技術(shù)：仿真
數(shù)字孿生體系中的仿真作為一種在線數(shù)字仿真技術(shù)，將包含了確定性規(guī)律和完整機理的模型轉(zhuǎn)化成軟件的方式來模擬物理世界。只要模型正確，并擁有了完整的輸入信息和環(huán)境數(shù)據(jù)，就可以基本正確地反映物理世界的特性和參數(shù)，驗證和確認(rèn)對物理世界或問題理解的正確性和有效性。從仿真的視角，數(shù)字孿生技術(shù)中的仿真屬于一種在線數(shù)字仿真技術(shù)，可以將數(shù)字孿生理解為:針對物理實體建立相對應(yīng)的虛擬模型，并模擬物理實體在真實環(huán)境下的行為。和傳統(tǒng)的仿真技術(shù)相比，更強調(diào)物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)之間的虛實共融和實時交互，是貫穿全生命周期的高頻次并不斷循環(huán)迭代的仿真過程。因此仿真技術(shù)不再僅僅用于降低測試成本，通過打造數(shù)字孿生，仿真技術(shù)的應(yīng)用將擴展到各個運營領(lǐng)域，甚至涵蓋產(chǎn)品的健康管理、遠(yuǎn)程診斷、智能維護、共享服務(wù)等應(yīng)用?；跀?shù)字孿生可對物理對象通過模型進(jìn)行分析、預(yù)測、診斷、訓(xùn)練等(即仿真)，并將仿真結(jié)果反饋給物理對象，從而幫助對物理對象進(jìn)行優(yōu)化和決策。因此仿真技術(shù)是創(chuàng)建和運行數(shù)字孿生體、保證數(shù)字孿生體與對應(yīng)物理實體實現(xiàn)有效閉環(huán)的核心技術(shù)。
4、數(shù)據(jù)處理、展示、預(yù)測等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)延時能到什么級別？
強哥之神上汽云計算中心架構(gòu)師&技術(shù)經(jīng)理：
這個需要看具體場景，比如數(shù)字孿生孿生工業(yè)領(lǐng)域主要有設(shè)備級、工廠級和產(chǎn)業(yè)級數(shù)字孿生服務(wù)，面向設(shè)備的數(shù)字孿生應(yīng)用聚焦設(shè)備實時監(jiān)控（需要做到ms級），面向工廠的數(shù)字孿生聚焦于全過程生產(chǎn)管控(需要做到秒級），面向產(chǎn)業(yè)數(shù)字孿生聚焦于產(chǎn)品全生命周期追溯（可以是小時級）。
一般需要多動態(tài)高實時交互技術(shù)。例如：對于設(shè)備實時監(jiān)控和故障診斷，在工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)狀態(tài)感知和實時狀態(tài)監(jiān)控，監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)涵蓋但不并限于:設(shè)備生產(chǎn)運行信息、設(shè)備監(jiān)控信息、設(shè)備維護信息以及管理信息。可以根據(jù)監(jiān)控信息，對設(shè)備生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行可視化，且能針對故障報警進(jìn)行器件定位，并提供故障及維修案例庫。
5、構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)的方法和步驟是什么？
【問題描述】數(shù)字孿生是基于數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建，那么如果積累了一定的數(shù)據(jù)，如何構(gòu)建起一套孿生系統(tǒng)呢？如設(shè)備故障預(yù)測，現(xiàn)在通過IIOT平臺，收集了大量的生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)，這些數(shù)據(jù)是否滿足搭建生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字孿生系統(tǒng)的基礎(chǔ)，以實現(xiàn)預(yù)測性維護？謝謝。
強哥之神上汽云計算中心架構(gòu)師&技術(shù)經(jīng)理：
對的，數(shù)字孿生基礎(chǔ)就在于數(shù)據(jù)，特別是需要實現(xiàn)預(yù)測性維護時，數(shù)據(jù)是關(guān)鍵，體現(xiàn)在兩個方面：
數(shù)據(jù)驅(qū)動與物理模型相融合
對于機理結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)字孿生目標(biāo)系統(tǒng)，往往難以建立精確可靠的系統(tǒng)級物理模型，因而單獨采用目標(biāo)系統(tǒng)的解析物理模型對其進(jìn)行狀態(tài)評估無法獲得最佳的評估效果。相比較而言，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法則能利用系統(tǒng)的歷史和實時運行數(shù)據(jù)，對物理模型進(jìn)行更新、修正、連接和補充，充分融合系統(tǒng)機理特性和運行數(shù)據(jù)特性，能夠更好地結(jié)合系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，獲得動態(tài)實時跟隨目標(biāo)系統(tǒng)狀態(tài)的評估系統(tǒng)。
目前將數(shù)據(jù)驅(qū)動與物理模型相融合的方法主要有以下兩種。
(1)采用解析物理模型為主，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法對解析物理模型的參數(shù)進(jìn)行修正。
(2)將采用解析物理模型和采用數(shù)據(jù)驅(qū)動并行使用，最后依據(jù)兩者輸出的可靠度進(jìn)行加權(quán)，得到最后的評估結(jié)果。
但以上兩種方法都缺少更深層次的融合和優(yōu)化，對系統(tǒng)機理和數(shù)據(jù)特性的認(rèn)知不夠充分，融合時應(yīng)對系統(tǒng)特性有更深入的理解和考慮。目前，數(shù)據(jù)與模型融合的難點在于兩者在原理層面的融合與互補，如何將高精度的傳感數(shù)據(jù)統(tǒng)計特性與系統(tǒng)的機理模型合理、有效地結(jié)合起來，獲得更好的狀態(tài)評估與監(jiān)測效果，是亟待考慮和解決的問題。
無法有效實現(xiàn)物理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的結(jié)合，還體現(xiàn)在現(xiàn)有的工業(yè)復(fù)雜系統(tǒng)和裝備復(fù)雜系統(tǒng)全生命周期狀態(tài)無法共享、全生命周期內(nèi)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)無法有效融合、現(xiàn)有的對數(shù)字孿生的樂觀前景大都建立在對諸如機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等高復(fù)雜度及高性能的算法基礎(chǔ)上。將有越來越多的工業(yè)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)或數(shù)學(xué)模型替代難以構(gòu)建的物理模型，但同時會帶來對象系統(tǒng)過程或機理難于刻畫、所構(gòu)建的數(shù)字孿生系統(tǒng)表征性能受限等問題。
因此，有效提升或融合復(fù)雜裝備或工業(yè)復(fù)雜系統(tǒng)前期的數(shù)字化設(shè)計及仿真、虛擬建模、過程仿真等，進(jìn)一步強化考慮復(fù)雜系統(tǒng)構(gòu)成和運行機理、信號流程及接口耦合等因素的仿真建模，是構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)必須突破的瓶頸。
數(shù)據(jù)的采集和快速傳輸
高精度傳感器數(shù)據(jù)的采集和快速傳輸是整個數(shù)字孿生系統(tǒng)的基礎(chǔ)，各個類型的傳感器性能，包括溫度、壓力、振動等都要達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，以復(fù)現(xiàn)實體目標(biāo)系統(tǒng)的運行狀態(tài)。傳感器的分布和傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建以快速、安全、準(zhǔn)確為原則，通過分布式傳感器采集系統(tǒng)的各類物理量信息表征系統(tǒng)的狀態(tài)。同時，搭建快速可靠的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，將系統(tǒng)狀態(tài)信息安全、實時地傳輸至上位機供其應(yīng)用，具有十分重要的意義。
數(shù)字孿生系統(tǒng)是物理實體系統(tǒng)的實時動態(tài)超現(xiàn)實映射，數(shù)據(jù)的實時采集傳輸和更新對數(shù)字孿生具有至關(guān)重要的作用。大量分布的各類型高精度傳感器在整個孿生系統(tǒng)的前線工作，起著最基礎(chǔ)的感官作用。
目前，數(shù)字孿生系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的難點在于傳感器的種類、精度、可靠性、工作環(huán)境等各個方面都受到當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平的限制，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)的方式也受到局限。數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵在于實時性和安全性，網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受限于當(dāng)前的技術(shù)水平無法滿足更高級別的傳輸速率，網(wǎng)絡(luò)安全性保障在實際應(yīng)用中同樣應(yīng)予以重視。
隨著傳感器水平的快速提升，很多微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)傳感器日趨低成本化和高集成度，而如loT這些高帶寬和低成本的無線傳輸?shù)仍S多技術(shù)的應(yīng)用推廣，能夠為獲取更多用于表征和評價對象系統(tǒng)運行狀態(tài)的異常、故障、退化等復(fù)雜狀態(tài)提供前提保障，尤其對于舊有復(fù)雜裝備或工業(yè)系統(tǒng)，其感知能力較弱，距離構(gòu)建信息物理系統(tǒng)(Cyber Physical System，CPS)的智能體系尚有較大差距。
許多新型的傳感手段或模塊可在現(xiàn)有對象系統(tǒng)體系內(nèi)或兼容于現(xiàn)有系統(tǒng)，構(gòu)建集傳感、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸于一體的低成本體系或平臺，這也是支撐數(shù)字孿生體系的關(guān)鍵部分。
二、數(shù)字孿生在工業(yè)制造的應(yīng)用
1、數(shù)字孿生技術(shù)在工業(yè)制造中有哪些應(yīng)用領(lǐng)域？
強哥之神上汽云計算中心架構(gòu)師&技術(shù)經(jīng)理：
制造業(yè)作為全球經(jīng)濟發(fā)展重要支撐，世界各國紛紛制定國家級發(fā)展戰(zhàn)略，我國先后出臺了“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”等制造業(yè)國家發(fā)展實施戰(zhàn)略，把推動制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展作為構(gòu)建現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的重要一環(huán)，推動制造業(yè)與新型ICT技術(shù)融合，實現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。在智能制造浪潮下，數(shù)字孿生成為了最為關(guān)鍵和基礎(chǔ)性技術(shù)之一。數(shù)字孿生作為連接物理世界和信息世界虛實交互的閉環(huán)優(yōu)化技術(shù)，已成為推動制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的重要抓手，以數(shù)據(jù)和模型為驅(qū)動，打通業(yè)務(wù)和管理層面的數(shù)據(jù)流，實時、連接、映射、分析、反饋物理世界行為，使工業(yè)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈達(dá)到最大限度閉環(huán)優(yōu)化，助力企業(yè)提升資源優(yōu)化配置，有助于加快制造工藝數(shù)字化、生產(chǎn)系統(tǒng)模型化、服務(wù)能力生態(tài)化。
應(yīng)用場景：
數(shù)字孿生孿生工業(yè)領(lǐng)域主要有設(shè)備級、工廠級和產(chǎn)業(yè)級數(shù)字孿生服務(wù)，面向設(shè)備的數(shù)字孿生應(yīng)用聚焦設(shè)備實時監(jiān)控，面向工廠的數(shù)字孿生聚焦于全過程生產(chǎn)管控，面向產(chǎn)業(yè)數(shù)字孿生聚焦于產(chǎn)品全生命周期追溯。相關(guān)應(yīng)用場景如下:
設(shè)備實時監(jiān)控和故障診斷：
在工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)狀態(tài)感知和實時狀態(tài)監(jiān)控，監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)涵蓋但不并限于:設(shè)備生產(chǎn)運行信息、設(shè)備監(jiān)控信息、設(shè)備維護信息以及管理信息?？梢愿鶕?jù)監(jiān)控信息，對武設(shè)備生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行可視化，且能針對故障報警進(jìn)行器件定位，并提供故障及維修案例庫。
設(shè)備工藝培訓(xùn)：
提供可視化的工業(yè)設(shè)備3D智能培訓(xùn)和維修知識庫，以3D動畫的形式，對員工進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備原理、生產(chǎn)工藝等培訓(xùn)，縮短人才培養(yǎng)時間。
設(shè)備全生命周期管理：
基于工業(yè)設(shè)備運行管理、維護作業(yè)管理和設(shè)備零配件全生命周期管理，通過對設(shè)備的集中監(jiān)視，匯總生產(chǎn)過程中的設(shè)備實時狀況，形成設(shè)備運行和管理情況統(tǒng)計、設(shè)備運行情況統(tǒng)計、設(shè)備運維知識庫，為合理安排設(shè)備運行維護，充分發(fā)揮設(shè)備的利用率，滿足設(shè)備操作、車間管理和廠級管理的多層需求提供依據(jù)。
設(shè)備遠(yuǎn)程運維數(shù)：
運用數(shù)字孿生技術(shù)，探索基于工業(yè)設(shè)備現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境下的預(yù)測性維護與遠(yuǎn)程運維管理，通過收集智能設(shè)備產(chǎn)生的原始信息，經(jīng)過后臺的數(shù)據(jù)積累，以及專家?guī)?、知識庫的迭加復(fù)用，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和智能分析，主動給企業(yè)提供精準(zhǔn)、高效的設(shè)備管理和遠(yuǎn)程運維服務(wù)，縮短維護響應(yīng)時間，提升運維管理效率。
工廠實時狀態(tài)監(jiān)控：
通過對設(shè)備制造生產(chǎn)設(shè)備實時數(shù)據(jù)采集、匯聚，建立實體車間/工廠、虛擬車間/工廠的全要素、全流程、全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成和融合，通過車間實體與虛體的雙向真實映射與實時交互，在數(shù)據(jù)模型的驅(qū)動下，實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控、生產(chǎn)要素、生產(chǎn)活動計劃、生產(chǎn)過程等虛體的同步運行，滿足設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)和管控最優(yōu)的生產(chǎn)運行模式提供輔助數(shù)字孿生服務(wù)。主要包括生產(chǎn)前虛擬數(shù)字孿生服務(wù)、生產(chǎn)中實時數(shù)字孿生服務(wù)、生產(chǎn)后回溯數(shù)字孿生服務(wù)，以確保做到事前準(zhǔn)備到位、事中管控到位、事后優(yōu)化到位。
2、傳統(tǒng)重型制造如何切入數(shù)字孿生？
強哥之神上汽云計算中心架構(gòu)師&技術(shù)經(jīng)理：
數(shù)字孿生是近年來興起的非常前沿的新技術(shù)，或者說最近幾年才走入民用領(lǐng)域的一項技術(shù)。對數(shù)字孿生的簡單理解就是利用物理模型并使用傳感器獲取數(shù)據(jù)的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，以反映相對應(yīng)的實體的全生命周期過程;數(shù)字孿生技術(shù)可以理解為通過傳感器或者其他形式的監(jiān)測技術(shù)，將物理實體空間借助于計算機技術(shù)手段鏡像到虛擬世界的一項技術(shù)?？梢哉f，在未來，物理世界中的各種事物都將可以使用數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行復(fù)制。
在工業(yè)領(lǐng)域，通過數(shù)字孿生技術(shù)的使用，將大幅推動產(chǎn)品在設(shè)計、生產(chǎn)、維護及維修等環(huán)節(jié)的變革。在對數(shù)字孿生技術(shù)研究探索的基礎(chǔ)上，可以預(yù)見其即將在以下幾大領(lǐng)域中落地，并將推動這些產(chǎn)業(yè)更快、更有效地發(fā)展，如五維模型在衛(wèi)星/空間通信網(wǎng)絡(luò)、船舶、車輛、發(fā)廠、飛機、復(fù)雜機電裝備、立體倉庫、醫(yī)療、制造車間、智慧城市、智能家居、智能物流、建筑、遠(yuǎn)程監(jiān)測、人體健康管理領(lǐng)域中產(chǎn)生巨大影響與改變，當(dāng)然這里面有部分就是傳統(tǒng)重型制造業(yè)的一部分。
對于傳統(tǒng)的鋁壓延企業(yè)，比如車間是制造業(yè)的基礎(chǔ)單元，實現(xiàn)車間的數(shù)字化和智能化是實現(xiàn)智能制造的迫切需要。隨著信息技術(shù)的深入應(yīng)用，車間在數(shù)據(jù)實時采集、信息系統(tǒng)構(gòu)建、數(shù)據(jù)集成、虛擬建模及仿真等方面獲得了快速發(fā)展，在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)車間信息與物理空間的互聯(lián)互通與進(jìn)一步融合將是車間的發(fā)展趨勢，也是實現(xiàn)車間智能化生產(chǎn)與管控的必經(jīng)之路。
將數(shù)字孿生技術(shù)引入車間，目的是實現(xiàn)車間信息與物理空間的實時交互與深度融合。數(shù)字孿生車間包括物理車間、虛擬車間、車間服務(wù)系統(tǒng)、車間孿生數(shù)據(jù)及兩兩之間的連接。在融合的孿生數(shù)據(jù)的驅(qū)動下，數(shù)字孿生車間的各部分能夠?qū)崿F(xiàn)迭代運行與雙向優(yōu)化，從而使車間管理、計劃與控制達(dá)到最優(yōu)。
再比如，鋁壓延企業(yè)有復(fù)雜機電裝備，它們具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運行周期長、工作環(huán)境惡劣等特點。實現(xiàn)復(fù)雜機電裝備的失效預(yù)測、故障診斷、維修維護，保證復(fù)雜機電裝備的高效、可靠、安全運行，對整個電力系統(tǒng)極為重要。故障預(yù)測與健康管理(Prognostics and Health Management，PHM)技術(shù)可利用各類傳感器及數(shù)據(jù)處理方法，對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)測、維修決策等進(jìn)行綜合考慮與集成，從而提升設(shè)備的使用壽命與可靠性。然而，現(xiàn)階段的PHM技術(shù)存在模型不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)不全面、虛實交互不充分等問題，這些問題的根本是缺乏信息物理的深度融合。將數(shù)字孿生五維模型引入PHM中，首先對物理實體建立數(shù)字孿生五維模型并校準(zhǔn)，然后基于模型與交互數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，對物理實體參數(shù)與虛擬仿真參數(shù)的一致性進(jìn)行判斷，再根據(jù)二者的一致/不一致性，可分別對漸發(fā)性與突發(fā)性故障進(jìn)行預(yù)測與識別，最后根據(jù)故障原因及動態(tài)仿真驗證進(jìn)行維修策略的設(shè)計。
3、數(shù)字孿生技術(shù)作為近幾年最火熱的技術(shù)趨勢之一，如何在主機廠落地，有哪些業(yè)務(wù)場景可以首先切入？
強哥之神上汽云計算中心架構(gòu)師&技術(shù)經(jīng)理：
主機廠有很多場景會使用到數(shù)字孿生技術(shù)，我簡單舉例其中最重要的車間的數(shù)字孿生幾點落地說明。
車間是制造業(yè)的基礎(chǔ)單元，實現(xiàn)車間的數(shù)字化和智能化是實現(xiàn)智能制造的迫切需要。隨著信息技術(shù)的深入應(yīng)用，車間在數(shù)據(jù)實時采集、信息系統(tǒng)構(gòu)建、數(shù)據(jù)集成、虛擬建模及仿真等方面獲得了快速發(fā)展，在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)車間信息與物理空間的互聯(lián)互通與進(jìn)一步融合將是車間的發(fā)展趨勢，也是實現(xiàn)車間智能化生產(chǎn)與管控的必經(jīng)之路。
將數(shù)字孿生技術(shù)引入車間，目的是實現(xiàn)車間信息與物理空間的實時交互與深度融合。數(shù)字孿生車間包括物理車間、虛擬車間、車間服務(wù)系統(tǒng)、車間孿生數(shù)據(jù)及兩兩之間的連接。在融合的孿生數(shù)據(jù)的驅(qū)動下，數(shù)字孿生車間的各部分能夠?qū)崿F(xiàn)迭代運行與雙向優(yōu)化，從而使車間管理、計劃與控制達(dá)到最優(yōu)。
1.數(shù)字孿生車間設(shè)備健康管理
車間的設(shè)備健康管理方法主要包括基于物理設(shè)備與虛擬模型實時交互與比對的設(shè)備狀態(tài)評估、信息物理融合數(shù)據(jù)驅(qū)動的故障診斷與預(yù)測，以及基于虛擬模型動態(tài)仿真的維修策略設(shè)計與驗證等步驟?；跀?shù)字孿生技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對車間設(shè)備性能退化的及時捕捉、故障原因的準(zhǔn)確定位，以及維修策略的合理驗證。
2.數(shù)字孿生車間能耗多維分析與優(yōu)化
在能耗分析方面，信息物理數(shù)據(jù)間的相互校準(zhǔn)與融合可以提高能耗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與完整性，從而支持全面的多維、多尺度分析;在能耗優(yōu)化方面，基于虛擬模型實時仿真可通過對設(shè)備參數(shù)、工藝流程及人員行為等進(jìn)行迭代優(yōu)化來降低車間能耗;在能耗評估方面，可以使用基于孿生數(shù)據(jù)挖掘產(chǎn)生的動態(tài)更新的規(guī)則與約束對實際能耗進(jìn)行多層次、多階段的動態(tài)評估。
3.數(shù)字孿生車間動態(tài)生產(chǎn)調(diào)度
數(shù)字孿生能提高車間動態(tài)調(diào)度的可靠性與有效性。
(1)基于信息物理融合數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確預(yù)測設(shè)備的可用性，從而降低設(shè)備故障對生產(chǎn)調(diào)度的影響。
(2)基于信息物理實時交互，能對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的擾動因素(如設(shè)備突發(fā)故障、緊急插單、加工時間延長等)進(jìn)行實時捕捉，從而及時觸發(fā)再調(diào)度。
(3)基于虛擬模型仿真可以在調(diào)度計劃執(zhí)行前驗證調(diào)度策略，保證調(diào)度的合理性。
4.數(shù)字孿生車間過程實時控制
對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時全面的狀態(tài)感知，滿足虛擬模型實時自主決策對數(shù)據(jù)的需求，通過對控制目標(biāo)的評估與預(yù)測產(chǎn)生相應(yīng)的控制策略，并對其進(jìn)行仿真驗證。當(dāng)實際生產(chǎn)過程與仿真過程出現(xiàn)不一致時，基于融合數(shù)據(jù)對其原因進(jìn)行分析挖掘，并通過調(diào)控物理設(shè)備或校正虛擬模型實現(xiàn)二者的同步與雙向優(yōu)化。
三、數(shù)字孿生在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用
1、數(shù)字孿生在車輛實驗認(rèn)證以及路試下的應(yīng)用場景？
強哥之神上汽云計算中心架構(gòu)師&技術(shù)經(jīng)理：
認(rèn)證方面，不是數(shù)字孿生的場景。
在路試場景，簡單從以下幾個方面進(jìn)行舉例：
在智慧交通應(yīng)用中，數(shù)字孿生技術(shù)同樣以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，模型為核心，把數(shù)據(jù)和模型注入到一體化的城市交通網(wǎng)的內(nèi)部，同時進(jìn)行中觀和微觀的仿真模擬，構(gòu)建數(shù)字孿生的交通引擎，可以應(yīng)用于城市靜態(tài)的輔助規(guī)劃，城市動態(tài)的路況推演，或者是特定場景的交通預(yù)案的評價等。
智能管控方面，可以通過高精地圖、三維重建技術(shù)和游戲引擎技術(shù)做虛實數(shù)據(jù)互通的仿真推演，可以實現(xiàn)基于全域?qū)崟r感知的交通仿真、指揮控制，三維模型臺賬管理，以及信控方案評估等；商業(yè)運營方面，通過IOT設(shè)備，結(jié)合大量B端、C端數(shù)據(jù)，根據(jù)不同地方運營模式，可以構(gòu)建與出行消費者有更多連接觸點的示范應(yīng)用，如出行中的服務(wù)區(qū)、加油站等場景案例；車道級別預(yù)測導(dǎo)航，基于全域?qū)崟r交通模擬、云渲染、數(shù)字孿生技術(shù)，不但可以基于交通預(yù)測進(jìn)行路徑推薦，也可以對周圍重點車輛，包括救護、?；溶囕v實時顯示，實現(xiàn)緊急車道和公交車道的動態(tài)復(fù)用等。
在交通數(shù)字孿生感知、云端計算和可視化的全鏈路中，可以在關(guān)鍵的感知環(huán)節(jié)，使用雷視融合強孿生的感知方案、采用長焦的攝像機、魚眼相機和毫米波雷達(dá)等，可以進(jìn)行跨傳感器的時空融合，覆蓋來回雙向的車道，進(jìn)行多種類型的機動車和非機動車檢測，同時依托云端大規(guī)模并行加速的能力進(jìn)行交通仿真和預(yù)測，并運用游戲渲染技術(shù)讓交通流數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)。
在高速場景應(yīng)用中，數(shù)字孿生技術(shù)可以更好地還原高速系統(tǒng)，包括高速的靜態(tài)場景，隧道內(nèi)部的靜態(tài)場景，隧道內(nèi)部動態(tài)的數(shù)據(jù)等，在傳感器看不到的盲區(qū)部分，也可以通過預(yù)測算法進(jìn)行彌補。
2、請簡要介紹一下數(shù)字孿生在商用車企業(yè)內(nèi)的應(yīng)用場景？
【問題描述】隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速，企業(yè)在商用車制造環(huán)節(jié)中引入了越來越多的新技術(shù)和新可視化元素。數(shù)字孿生作為一種新技術(shù)，將在哪些領(lǐng)域輔助商用車企業(yè)的制造？
強哥之神上汽云計算中心架構(gòu)師&技術(shù)經(jīng)理：
可以應(yīng)用如下場景：
焊接和總裝
工藝設(shè)計與生產(chǎn)執(zhí)行同步仿真與檢測
生產(chǎn)線可視化工藝仿真
關(guān)鍵設(shè)備的健康狀況進(jìn)行管理
對車間能耗進(jìn)行多維分析與優(yōu)化
對車間動態(tài)生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)度
對車間生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)控
3、數(shù)字孿生與是否有與車輛V2X結(jié)合的場景？
強哥之神上汽云計算中心架構(gòu)師&技術(shù)經(jīng)理：
首先，V2X場景一般使用的比較多的是仿真，數(shù)字孿生與仿真有很強的關(guān)聯(lián)性，但又不完全相同。仿真是一種基于確定性規(guī)律和完整機理模型來模擬物理世界的軟件方法，是數(shù)字孿生的核心技術(shù)之一，但不是全部。仿真技術(shù)僅能以離線的方式模擬物理世界，主要是用于研發(fā)、設(shè)計階段，通常不搭載分析優(yōu)化功能，不具備數(shù)字孿生的實時同步、閉環(huán)優(yōu)化等特征。
其次，數(shù)字孿生是一種“實踐先行、概念后成”的新興技術(shù)理念，與物聯(lián)網(wǎng)、模型構(gòu)建、仿真分析等成熟技術(shù)有非常強的關(guān)聯(lián)性和延續(xù)性。數(shù)字孿生具有典型的跨技術(shù)領(lǐng)域、跨系統(tǒng)集成、跨行業(yè)融合的特點，涉及的技術(shù)范疇廣，自概念提出以來，技術(shù)邊界始終不夠清晰。但是，與既有的數(shù)字化技術(shù)相比，數(shù)字孿生具有四個典型的技術(shù)特征:
虛實映射。數(shù)字孿生技術(shù)要求在數(shù)字空間構(gòu)建物理對象的數(shù)字化表示，現(xiàn)實世界中的物理對象和數(shù)字空間中的孿生體能夠?qū)崿F(xiàn)雙向映射、數(shù)據(jù)連接和狀態(tài)交互。
實時同步。基于實時傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取，孿生體可全面、精準(zhǔn)、動態(tài)反映物理對象的狀態(tài)變化，包括外觀、性能、位置、異常等。
共生演進(jìn)。在理想狀態(tài)下，數(shù)字孿生所實現(xiàn)的映射和同步狀態(tài)應(yīng)覆蓋孿生對象從設(shè)計、生產(chǎn)、運營到報廢的全生命周期，孿生體應(yīng)隨孿生對象生命周期進(jìn)程而不斷演進(jìn)更新。
閉環(huán)優(yōu)化。建立孿生體的最終目的，是通過描述物理實體內(nèi)在機理，分析規(guī)律、洞察趨勢，基于分析與仿真對物理世界形成優(yōu)化指令或策略，實現(xiàn)對物理實體決策優(yōu)化功能的閉環(huán)。
最后談?wù)刅2X，V2X即Vehicle to Everything，車聯(lián)萬物。車與車V2V、車與路V2I、車與人V2P、車與云V2N都可以互相聯(lián)結(jié)，形成一個強大的信息網(wǎng)絡(luò)圈。交通網(wǎng)絡(luò)中的一輛汽車，將不再是一個獨立的個體，它既可以基于先進(jìn)的傳感器模塊獲取自身駕駛狀態(tài)信息和視距范圍內(nèi)的交通環(huán)境信息，還可以通過V2X技術(shù)去獲取更遠(yuǎn)距離和更大視野內(nèi)的其它車輛狀態(tài)、交通標(biāo)識牌、信號燈以及道路信息，全面及時地了解所處的駕駛環(huán)境，實現(xiàn)更加安全高效的駕駛行為。
最終的V2X應(yīng)用肯定是在實際的道路交通環(huán)境中來實現(xiàn)，但是由于直接進(jìn)行實車路測十分不易，大量的場景搭建費時費力、測試重復(fù)性和安全性都難以滿足，尤其在研發(fā)階段需要不斷地優(yōu)化調(diào)整，而實車路測不僅調(diào)整優(yōu)化周期長，且最終效果難以保證。綜上，V2X技術(shù)的研究作為目前ADAS研究的一個重要補充和延伸，整個開發(fā)過程其實更加需要遵從虛擬仿真測試（MIL/SIL階段）到硬件在環(huán)仿真測試（HIL階段），最后到實車道路測試（VIL階段）的V型開發(fā)流程。
我們可以先基于CANoe的CAR2X進(jìn)行虛擬仿真測試，再基于目前成熟的商業(yè)平臺進(jìn)行室內(nèi)的HIL測試（硬件在環(huán)測試），最后進(jìn)行實車道路測試來完成整個開發(fā)應(yīng)用過程。
在以上的虛擬仿真和HIL仿真過程中，使用到的有點像數(shù)字孿生，既可以輕松創(chuàng)建各類應(yīng)用場景、又可以不受時間、地域約束進(jìn)行差異化及多樣性測試。對于實際研究過程中發(fā)現(xiàn)的問題，還可以進(jìn)行及時調(diào)整、驗證，大大降低了后期實車路測的風(fēng)險，最終的實車道路測試可在充分的前期驗證下，高效安全的環(huán)境中進(jìn)行。
4、數(shù)字孿生在智能網(wǎng)聯(lián)方面如何應(yīng)用推廣？
強哥之神上汽云計算中心架構(gòu)師&技術(shù)經(jīng)理：
近年來，我國積極開展智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試示范區(qū)的建設(shè)工作，力爭在國際中打造智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)高地。數(shù)字孿生技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)示范區(qū)建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。隨著人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，自動駕駛技術(shù)研發(fā)飛速發(fā)展，數(shù)字孿生作為自動駕駛測試的關(guān)鍵技術(shù)，在去年被中國科協(xié)列為十個創(chuàng)新技術(shù)突破點之一，數(shù)字孿生技術(shù)受到廣泛關(guān)注，也獲得了更大的應(yīng)用和發(fā)展空間。
數(shù)字孿生技術(shù)通過使用真實數(shù)據(jù)不斷訓(xùn)練模型來進(jìn)行模型迭代，可以提供智能分析、仿真模擬預(yù)測等應(yīng)用服務(wù)，以解決智能網(wǎng)聯(lián)、自動駕駛測試、智慧交通發(fā)展中的效率和安全等痛點問題。數(shù)字孿生綜合運用感知、計算、建模等信息技術(shù)，通過軟件定義，對物理空間進(jìn)行描述、診斷、預(yù)測、決策，進(jìn)而實現(xiàn)物理空間與賽博空間的交互映射。數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，模型是核心，服務(wù)是重點，對G端用戶、B端用戶、C端用戶來說，能夠感知的主要是服務(wù)層面，包括智能分析、仿真模擬預(yù)測、以及比較常見的應(yīng)用服務(wù)等。
在智慧交通應(yīng)用中，數(shù)字孿生技術(shù)同樣以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，模型為核心，把數(shù)據(jù)和模型注入到一體化的城市交通網(wǎng)的內(nèi)部，同時進(jìn)行中觀和微觀的仿真模擬，構(gòu)建數(shù)字孿生的交通引擎，可以應(yīng)用于城市靜態(tài)的輔助規(guī)劃，城市動態(tài)的路況推演，或者是特定場景的交通預(yù)案的評價等。
智能管控方面，可以通過高精地圖、三維重建技術(shù)和游戲引擎技術(shù)做虛實數(shù)據(jù)互通的仿真推演，可以實現(xiàn)基于全域?qū)崟r感知的交通仿真、指揮控制，三維模型臺賬管理，以及信控方案評估等；商業(yè)運營方面，通過IOT設(shè)備，結(jié)合大量B端、C端數(shù)據(jù)，根據(jù)不同地方運營模式，可以構(gòu)建與出行消費者有更多連接觸點的示范應(yīng)用，如出行中的服務(wù)區(qū)、加油站等場景案例；車道級別預(yù)測導(dǎo)航，基于全域?qū)崟r交通模擬、云渲染、數(shù)字孿生技術(shù)，不但可以基于交通預(yù)測進(jìn)行路徑推薦，也可以對周圍重點車輛，包括救護、?；溶囕v實時顯示，實現(xiàn)緊急車道和公交車道的動態(tài)復(fù)用等。
在交通數(shù)字孿生感知、云端計算和可視化的全鏈路中，可以在關(guān)鍵的感知環(huán)節(jié)，使用雷視融合強孿生的感知方案、采用長焦的攝像機、魚眼相機和毫米波雷達(dá)等，可以進(jìn)行跨傳感器的時空融合，覆蓋來回雙向的車道，進(jìn)行多種類型的機動車和非機動車檢測，同時依托云端大規(guī)模并行加速的能力進(jìn)行交通仿真和預(yù)測，并運用游戲渲染技術(shù)讓交通流數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)。
在高速場景應(yīng)用中，數(shù)字孿生技術(shù)可以更好地還原高速系統(tǒng)，包括高速的靜態(tài)場景，隧道內(nèi)部的靜態(tài)場景，隧道內(nèi)部動態(tài)的數(shù)據(jù)等，在傳感器看不到的盲區(qū)部分，也可以通過預(yù)測算法進(jìn)行彌補。
5、數(shù)字孿生在汽車領(lǐng)域有哪些應(yīng)用場景，如何幫助汽車行業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型？
強哥之神上汽云計算中心架構(gòu)師&技術(shù)經(jīng)理：
這里舉兩個目前主流的應(yīng)用場景。
數(shù)字孿生助力新能源裝備制造智能化升級
應(yīng)用背景:隨著新能源汽車的爆發(fā)，鋰電池需求量不斷攀升，但生產(chǎn)工藝復(fù)雜且工序繁多同時對成本和性能要求也在不斷提升。而鋰電生產(chǎn)線的自動化、智能化程度將直接決定鋰電企業(yè)在未來的競爭力。近年來國內(nèi)一些企業(yè)在鋰電裝備自動化、信息化和智能化研發(fā)上不斷開拓創(chuàng)新。因此企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型大勢所趨這背景下，新能源裝備行業(yè)面臨著如何加強數(shù)字化轉(zhuǎn)型，加強生產(chǎn)過程的集成式管理，提升裝備生產(chǎn)制造智能水平問題。
方案簡介:通過單機設(shè)備進(jìn)行數(shù)字孿生智能化改造，通過對生產(chǎn)現(xiàn)場“人機料法環(huán)”各類數(shù)據(jù)的全面采集和深度分析，多維度全方位管控鋰電池從原輔料、參數(shù)、過程、工藝、質(zhì)量、批次、在線、離線、人員、狀態(tài)等信息，應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)鋰電池生產(chǎn)線電池生產(chǎn)全過程實時動態(tài)跟蹤與回溯的雙向真實映射。項目通實現(xiàn)了人-產(chǎn)品-設(shè)備-數(shù)據(jù)之間互聯(lián)互通和全方位集成與貫通，支撐企業(yè)全面建立以數(shù)據(jù)為驅(qū)動的數(shù)字孿生運營與管理模式，提速新能源鋰電裝備的智能化升級。
應(yīng)用成效:目前經(jīng)過項目實施已實現(xiàn)了新能源鋰電池生產(chǎn)裝備的智能化升級，縮短生產(chǎn)周期35%，降低或消除數(shù)據(jù)輸入時間36%，降低或消除交接班記錄67%，縮短生產(chǎn)提前期22%，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。
數(shù)字孿生助力汽車制造全流程數(shù)字化管理
應(yīng)用背景:在汽車制造四大工藝中，焊接和總裝的生產(chǎn)現(xiàn)場非常復(fù)雜，工藝設(shè)計與生產(chǎn)執(zhí)行缺乏合適的同步仿真與檢測手段;產(chǎn)品的質(zhì)量信息采集手段，由于自動化程度不高，往往滯后，無法有效指導(dǎo)質(zhì)量改進(jìn)。通過數(shù)字孿生在焊接與總裝引入數(shù)字孿生，以數(shù)字化、可視化方式在虛擬空間呈現(xiàn)物理對象，破除瓶頸工位及時掌握生產(chǎn)信息，助力汽車智能制造，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。
方案簡介:打通汽車制造焊接和總裝車間中物料、產(chǎn)品、設(shè)備、產(chǎn)線等每一個環(huán)節(jié)的信息瓶頸，將汽車車間中的數(shù)據(jù)在信息空間進(jìn)行全要素重建，從生產(chǎn)管理、品質(zhì)管理、計劃管理、物料管理等維度對工廠-車間-線體-設(shè)備進(jìn)行信息模型驅(qū)動，構(gòu)建物理實體信息虛體生產(chǎn)線融合映射交互制造，實現(xiàn)遠(yuǎn)程現(xiàn)場巡檢。同時對焊接和總裝生產(chǎn)線所有工位的工序的生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行實時監(jiān)控，針對不同的加工工序與工藝，不同類型加工質(zhì)量，數(shù)據(jù)檢測等等，建立不同的模型數(shù)據(jù)庫，通過在虛擬車間仿真計算，以對產(chǎn)品加工質(zhì)量進(jìn)行分析和預(yù)測。
應(yīng)用成效:通過數(shù)字孿生進(jìn)行生產(chǎn)線可視化工藝仿真，能夠?qū)﹃P(guān)鍵設(shè)備的健康狀況進(jìn)行管理，對車間能耗進(jìn)行多維分析與優(yōu)化，對車間動態(tài)生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)度，對車間生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)控，解決了車間生產(chǎn)管控和資源調(diào)配不及時的難題，提高了生產(chǎn)效率，降低了運行成本。
四、總結(jié)
隨著經(jīng)濟社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進(jìn)，數(shù)字孿生逐漸成為產(chǎn)業(yè)各界關(guān)注的熱點技術(shù)。數(shù)字孿生起源航天軍工領(lǐng)域，近年來持續(xù)向智能制造、自動駕駛、智慧城市等垂直行業(yè)拓展，實現(xiàn)機理描述、異常診斷、風(fēng)險預(yù)測、決策輔助等應(yīng)用價值，已成為助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的重要抓手。本次線上主題討論聚焦數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)和行業(yè)應(yīng)用發(fā)展，介紹了數(shù)字孿生概念與技術(shù)架構(gòu)體系深入智能制造，汽車領(lǐng)域進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用場景介紹與技術(shù)分析，旨在為相關(guān)業(yè)界在規(guī)劃實施數(shù)字孿生相關(guān)應(yīng)用時提供參考借鑒，助力數(shù)字孿生技術(shù)演進(jìn)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
