数字孪生企业数字化转型必然之路

DAE专栏 / 04-20

“数字孪生”一词最早出现在美国国家航空航天局（NASA）在2010年的《技术路线图》报告中，一个用于描述太空旅行的工具。而大约十年后，“数字孪生”已成为关键工具，正在向人们展示全球工业4.0在数字孪生技术方面的发展：从自动化到自主。

我们谈论的是第四次工业革命中的“数字化转型” ，但是“数字化”自第三次工业革命以来就已经存在。数字化包括：基于规则的计算形式，其反应就像右脑边缘系统。到现在与众不同的是，数字化可以学习，适应和发展见解，使行业能够感知，分析，行动和优化。数字孪生技术是这一发展的基本要素。

什么是数字孪生？让我们从NASA的原始定义开始，到今天它仍然非常准确：“使用最佳可用物理模型对对象或系统进行超现实的数字仿真。考虑连续不断的传感器更新和完整的历史数据，以反映现实世界中孪生的生命。数字孪生通过推荐使用情况的变化来减轻损坏或降级，并提高任务成功的可能性。”

“Digital Twin”听起来很简单

简单地说，数字孪生听起来没有什么，直到人们考虑到受益于数字孪生技术的各种用途的行业的广度和数量：

和数量：

航空航天与国防、农业、建筑业、矿业、

汽车与运输、电子产品、机械/设备制造、

能源与公用事业、金融服务、

医疗保健与生命科学、零售、消费品

列表是广泛的，几乎涵盖了所有行业。在这些行业中，数字孪生技术用于以下方面：

生命周期文档、3D表示、培训、模拟、

预警和预测、模型同步、可视化、监控方式、

连接分析、控制

当人们在众多地方考虑到惊人的数字使用方式时，数字孪生技术的力量就变得显而易见。强大的功能是工业4.0从自动化到自主发展的必不可少的要素。蓬勃发展的智能制造应依赖于数字孪生的三种基本类型，它们涵盖了产品生命周期的关键阶段：

（1）产品的数字孪生

产品的数字孪生模型可在各种场景下模拟任何物理对象的性能，从而消除了多个原型并最大程度地缩短了总开发时间。因此，制造商可以在虚拟环境中添加所需的调整，以在产品上线之前测试和验证产品的功能，安全性和质量。作为最大的航空航天制造商之一，波音公司创建了其飞机的数字孪生，从而使整个飞机生命周期内的质量和性能提高了40%。

（2）生产的数字孪生

生产的数字孪生即虚拟调试。虚拟调试有望重塑不同行业的制造业。一种数字孪生模型专注于车间的数字化和完全自动化。BP是英国一家大型的石油和天然气公司，拥有名为APEX的数字孪生系统，它是一种模拟和监视系统，可帮助工程师将生产系统的优化时间从几个小时减少到20分钟。

（3）性能的数字孪生

性能的数字孪生会收集产品，机器和整个生产线的运营数据，以模拟和预测性能故障，能耗峰值以及停机风险。压缩空气和真空产品的制造商Kaeser Compressors使用其压缩机的数字孪生来预测何时可能出现故障，从而有助于最大程度地减少停机时间。

数字孪生的终极价值

“实物资产的数字化反映。” 直到人们意识到世界上每个工厂中的每个工业对象都有自己的数字孪生，这些数字孪生中的每一个都有多个状态，用于每个对象的计划，设计，操作，维护等。此外，如上所述，数字孪生参与了每个行业的广泛任务。

数字孪生技术的重点是保持所有功能完全数字化。
数字孪生将成为工作场所不可或缺的一部分，与人们一起服务并与他人共存。
数字孪生实现了协作的全球技术平台。

MakeReal3D助力赛轮集团数字孪生系统建设

赛轮集团作为轮胎行业的领头羊，在快速扩大业务版图的同时不断投入资源进行数字化升级。在建设了ERP、MES、能源等管理系统的基础上，选择北京朗迪锋科技有限公司的数字孪生解决方案着手进行数字孪生系统建设，构建以三维数字模型为基础，集运维、安全、生产监控、设备监控、调度的透明工厂、无人工厂支撑平台。

随着孪生系统的建设，根据集团战略部署以及分解的管理监控目标体系，逐步打通了原来一个个信息孤岛，实现跨多系统、实时、精确、穿透地获取重要管理指标信息，并将管理指标与真实世界中的资产信息、位置信息准确匹配，为管理者提供更直观的巡视功能。如设备管理重要指标的监控，不但集成了ERP、MES、能源等几大系统的数据，还做了横向和纵向的穿透，为设备管理提供更加实时、高效的决策支持。

北京朗迪锋科技有限公司自主研发的MakeReal3D虚拟现实仿真工具软件，通过三维可视化显示和交互模式，对制造过程信息进行展示、传递和交流，为科学组织生产提供及时、准确和直观的信息，建立起以实际生产数据驱动的三维可交互数字化工厂辅助决策与虚拟展示、培训平台。其主要功能有：

1. 机器人虚拟调试

2. OPC协议接口

3. 数字化工厂VR展示

4. 三维工厂实时监控

5. 紧急情况应急演练

6. 设备操作虚拟培训

MakeReal3D在数字孪生不同现实场景中越来越多的得到了应用与实践：

赛轮集团股份有限公司厂区及生产线实现虚拟现实数字孪生；
清华大学智能制造工训中心将学校已经建成的智能生产线实现虚拟现实数字孪生；
北京工业大学数字孪生工厂虚拟监控；

今后，经过工业用户和所有虚拟现实同业者的共同努力，将出现越来越多自主研发并代表国际先进水平的虚拟现实软硬件产品，而虚拟现实技术、云技术、人工智能、工业互联网、5G网络等等新技术将互相融合，在更多工业场景不断落地。展望未来，越来越多的工业虚拟现实实验室将成为工业企业数字化的重要组成部分，最终将助力中国高端制造工业的不断发展和升级。