数字孪生产业洞察 | 数字孪生如何让工业制造更智慧？

“出新推出“产业洞察”栏目，聚焦各细分领域，解析各行业发展前沿等问题。本周推出数字孪生系列，本篇为数字孪生与工业制造业，盘点数字孪生如何为制造业赋能。欢迎大家阅读分享。

作者：飞飞 |

编辑：唐诗 |

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工业制造是数字孪生的孵化器

数字孪生通过数字化手段，构建数字世界的“完整分身”，能和物理实体保持实时的交互和联接，通过历史数据和算法模型，通过模拟、验证、预测和控制物理实体的全生命周期过程，能对物理实体有深度了解、分析和优化。

数字孪生早期应用在航空航天领域，早在上世纪六七十年代的阿波罗计划中，美国宇航局就建造了多艘相同的太空飞行器，看起来就像“孪生多胞胎”，在前期飞行准备过程中，“孪生体”被用于训练任务，在执行飞行任务时，被用来模拟在地球模型上的备选方案。根据这些飞行数据，能有效用来统计分析飞行的条件和环境等。

优点有很多，但缺点也客观存在。因飞机技术含量比较高，而且设备昂贵，一旦出现差错，代价会比较大，因此美国空军研究实验室便希望用数字孪生，解决飞机机体的维护问题，于是，从最初的模拟训练到运营维护，数字孪生的应用场景越来越多。后来，工业制造领域企业开始关注数字孪生，比如美国通用和德国西门子，这两家企业关注数字孪生较早，尤其是西门子，可以说是数字孪生的忠实拥泵。

西门子用数字孪生贯穿了产品全生命周期，从产品设计到产线设计，到设备制造方机械设计，再到工厂的规划排产，最后到制造出成品，西门子用数字孪生仿真模拟工厂的实际操作流程。另外，用数字自优化工具，用于减少和计划停机时间的预测性维护工具，和用于机床安全和运行的智能辅助系统，这进一步提高了机床生产效率和可靠性。

由数字孪生的落地实践过程可以看到，工业制造业是数字孪生最早应用的领域，甚至可以说，工业制造就是数字孪生的孵化器，助推了数字孪生的生长。

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数字孪生贯穿制造全过程

工业制造业承担了数字孪生的孵化，而数字孪生的发展，对制造业发展也有较强的赋能和促进作用。在对制造业赋能上，数字孪生能发挥多种作用，在前期设计上，在数字孪生模型中，对需要制造的产品涉及的各个方面，进行比较系统的设计规划，可以将各方面联系起来，能最大程度实现优化产品设计。

在这个过程中，一旦某个设计环节发生变化，便可以在数字孪生模型中更新设计，重新整合工序，并进行分析和规划。

而到了后期执行环节，可以在数字孪生模型中，对不同的生产策略进行模拟仿真，并进行有效评估，再结合大数据等技术手段，能快速找出相应工序，为下一步执行工序提供参考。并且，在调整策略后，数字孪生模拟仿真整个生产流程，能最大化利用所有资源，尽最大程度发挥所有人员价值，提供企业的盈利能力。

此外，在中间管理和维护环节，数字孪生同样能发挥作用，比如，针对工业场景中高价值的设备和仪器，数字孪生模型能对设备运行状态进行高效判断，及时掌握设备的使用情况，例如数控机床、工业机器人等，根据数据的分析和判断结果，工厂再决定是否需要进行检修和维护。

可以看到，数字孪生贯穿在设计、运维和执行的全部过程，能将过程中涉及的所有要素有效串联起来，跨部门、跨企业之间的协同性也会进一步提高，数字孪生将极大助力提升行业效率。

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数字孪生优化制造运维

正是有了物理实体和虚拟镜像之间的关联，数字孪生为制造业带来了解决问题的全新视角。具体到运维环节，数字孪生对运营有较大优化作用。

在生产工艺上，传感器布满生产线，传感器创建工艺过程的数字孪生，分析生产环节性能指标，通过对孪生体进行参数调整，可以优化产量，优化生产工艺。在提升质量上，传感器收集到各环节数据，用数字孪生模型对生产过程中各环节进行建模，能精准识别误差，并对出现的误差进行优化。

众所周知，供应链是生产重要环节，针对供应链和物流环节企业，数字孪生模型可以跟踪和分析关键性能指标，比如，货物包装性能、运输车辆、最佳路线等。结合过往实践来看，数字孪生对零库存生产，或者按序生产等有明显效果。

以上是在生产工艺、质量和供应等环节的作用，其实，在进入生产前，数字孪生也能发挥预测性作用，比如，在单个设备和制造过程中，数字孪生能提前识别设备潜在问题，根据问题严重程度判断是否需要检修，这也能间接提高生产效率。随着时间推移，数字孪生收集的数据越来越多，还能对产品性能、分销情况和终端用户，进行深度学习和分析，帮助运维人员改善产品性能和使用体验。

经过几十年发展，随着技术的不断迭代，数字孪生在工业制造业领域应用越来越广泛，有望成为制造业数字化转型的关键技术，加速行业企业的数字化转型。

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延伸阅读

1.地平线

行业领先的高效能智能驾驶计算方案提供商，致力于通过软硬结合的前瞻性技术理念，研发极致效能的硬件计算平台以及开放易用的软件开发工具，为智能汽车产业变革提供核心技术基础设施和软件开发生态。2020年，地平线开启中国汽车智能芯片的前装量产元年，实现从0到1的突破，目前征程芯片累计出货量已突破150万片，与超过20家车企70款车型达成合作。

2.腾讯云

是腾讯集团打造的云计算品牌，面向全世界各个国家和地区的政府机构、企业组织和个人开发者，提供全球领先的云计算、大数据、人工智能等技术产品与服务，助力各行各业实现数字化升级。目前，腾讯云产品体系比较完善，已经推出了400+款产品，基础设施覆盖全球五大洲26个地区，运营70个可用区，获得了英国标准协会（BSI）ISO22301国际认证等权威认证。

3.戴尔

以生产、设计和销售家用及办公室电脑而闻名，是全球知名的IT整体解决方案及服务供应商，每天向180多个国家和地区用户提供12万台以上的产品，除电脑市场外，同时，戴尔也涉足生产与销售服务器、数据储存设备、网络设备等。自1995年起，戴尔一直名列《财富》杂志评选的“最受仰慕的公司”。2021年10月，入选福布斯2021全球最佳雇主榜，排名第7位。

参考资料：

1.工业元宇宙——数字孪生在制造业中的应用.合规知天下.

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