1.2.7 數(shù)字孿生

隨著新一代信息技術(shù)（如云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等）與制造業(yè)的融合與落地應(yīng)用，世界各國(guó)紛紛出臺(tái)了各自的先進(jìn)制造發(fā)展戰(zhàn)略，如美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和德國(guó)工業(yè)4.0，其目的之一是借力新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)制造的物理世界和信息世界的互聯(lián)互通與智能化操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智慧工業(yè)。其核心是促進(jìn)新一代信息技術(shù)和人工智能技術(shù)與制造業(yè)深度融合，推動(dòng)實(shí)體經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)，大力發(fā)展智慧工業(yè)。因此，如何實(shí)現(xiàn)制造物理世界與信息世界的交互與共融，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外實(shí)踐智慧工業(yè)理念和目標(biāo)所共同面臨的核心瓶頸之一。作為一種充分利用模型、數(shù)據(jù)、智能并集成多學(xué)科的技術(shù)，數(shù)字孿生面向產(chǎn)品全生命周期過(guò)程，發(fā)揮連接物理世界和信息世界的橋梁和紐帶作用，提供更加實(shí)時(shí)、高效、智能的服務(wù)。

許多國(guó)際著名企業(yè)已開(kāi)始探索數(shù)字孿生技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)等方面的應(yīng)用。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，針對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)，達(dá)索公司建立了基于數(shù)字孿生的3D體驗(yàn)平臺(tái)，利用用戶(hù)交互反饋的信息不斷改進(jìn)信息世界中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型，并反饋到物理實(shí)體產(chǎn)品改進(jìn)中。在生產(chǎn)制造方面，西門(mén)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(dòng)化技術(shù)的企業(yè)鏡像，支持企業(yè)涵蓋其整個(gè)價(jià)值鏈的整合及數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并在西門(mén)子工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)流程中開(kāi)展了應(yīng)用驗(yàn)證。在故障預(yù)測(cè)與健康管理方面，美國(guó)國(guó)家航空航天局將物理系統(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(cè)與消除方法，并應(yīng)用在飛機(jī)、飛行器、運(yùn)載火箭等飛行系統(tǒng)的健康管理中。美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)科學(xué)中心通過(guò)將超高保真的飛機(jī)虛擬模型與影響飛行的結(jié)構(gòu)偏差和溫度計(jì)算模型相結(jié)合，開(kāi)展了基于數(shù)字孿生的飛機(jī)結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)。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(shí)世界間建立一個(gè)實(shí)時(shí)的連接，將智能產(chǎn)品的每一個(gè)動(dòng)作延伸到下一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，并能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的預(yù)測(cè)性維修，為客戶(hù)提供高效的產(chǎn)品售后服務(wù)與支持。此外，車(chē)間是制造活動(dòng)的執(zhí)行基礎(chǔ)，為踐行智慧工業(yè)和智能生產(chǎn)理念，陶飛等于2016年探索了數(shù)字孿生車(chē)間的概念，設(shè)計(jì)了數(shù)字孿生系統(tǒng)（DTS）的組成與運(yùn)行機(jī)制，闡述了實(shí)現(xiàn)DTS的四個(gè)特點(diǎn)和五大類(lèi)關(guān)鍵技術(shù)，為數(shù)字孿生在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)落地應(yīng)用提供了基礎(chǔ)理論支撐參考，探討了數(shù)字孿生模型在產(chǎn)品構(gòu)型管理中的應(yīng)用。張浩等提出了基于數(shù)字孿生的個(gè)性化產(chǎn)線快速定制設(shè)計(jì)方法，將數(shù)字化模型和物理裝備虛實(shí)同步，形成整線的數(shù)字孿生系統(tǒng)；提出生產(chǎn)過(guò)程中耦合優(yōu)化問(wèn)題的解耦算法，作為引擎驅(qū)動(dòng)數(shù)字孿生；通過(guò)訂單模擬投放與運(yùn)行，進(jìn)行整線性能評(píng)估與調(diào)控。王軍強(qiáng)等面向物聯(lián)制造車(chē)間，立足工件、機(jī)器的主觀能動(dòng)性，提出了主動(dòng)調(diào)度模式，探討了主動(dòng)調(diào)度的交互體系、響應(yīng)機(jī)制、運(yùn)作模式和互調(diào)度行為。張迎峰等針對(duì)智能工廠制造資源自組織配置與自適應(yīng)協(xié)同控制需求，提出了基于CPS的底層制造資源加工服務(wù)狀態(tài)實(shí)時(shí)感知和自主決策的智能化建模方法。屈挺等利用數(shù)字孿生思想將物聯(lián)制造下的在線控制理念進(jìn)行擴(kuò)展，提出多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)優(yōu)化控制思想、機(jī)制及定量?jī)?yōu)化方法，并應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程的精準(zhǔn)計(jì)劃、實(shí)時(shí)跟蹤與動(dòng)態(tài)控制三個(gè)階段，相應(yīng)技術(shù)和系統(tǒng)已在嘉寶莉化工集團(tuán)等行業(yè)龍頭企業(yè)應(yīng)用實(shí)施。