所謂數(shù)字孿生，是利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科的仿真過程，在虛擬數(shù)字空間中建立數(shù)學(xué)模型完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程。簡單來說，數(shù)字孿生就是在一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造一個(gè)數(shù)字版的“克隆體”，通過某種軟件界面將真實(shí)運(yùn)行的物體的實(shí)際情況在數(shù)字體上復(fù)現(xiàn)。

 

例如，據(jù)李培根介紹，羅羅公司是世界上最大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)公司。UltraFan 是羅羅公司“智能發(fā)動(dòng)機(jī)”愿景的一部分，其每個(gè)風(fēng)扇葉片都有一個(gè)數(shù)字孿生數(shù)據(jù)模型，可以存儲(chǔ)真實(shí)的測試數(shù)據(jù)，從而使得工程師可以預(yù)測使用中的性能。UltraFan試驗(yàn)臺(tái)Testbed 80耗資9000萬英鎊，可以從10000多個(gè)參數(shù)中獲取數(shù)據(jù)，能以每秒200000個(gè)樣本的速度監(jiān)測出最小振動(dòng)。

 

另外，GE航空發(fā)動(dòng)機(jī)也為每臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)建立了孿生模型，通過實(shí)時(shí)分析發(fā)動(dòng)機(jī)的傳感器數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)字孿生進(jìn)行仿真，在地面監(jiān)控每臺(tái)正在空中飛行的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。這樣可以預(yù)測每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)何時(shí)和如何進(jìn)行維修，還可以進(jìn)一步分析出每個(gè)飛行員的駕駛習(xí)慣。

 

李培根介紹稱，產(chǎn)品在運(yùn)行過程中所收集的各種數(shù)據(jù)就成為其數(shù)字孿生體的一部分，在一個(gè)設(shè)備的運(yùn)行過程中，通過對(duì)加工狀態(tài)，如工藝參數(shù)、生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)控，建立狀態(tài)改變對(duì)于加工質(zhì)量影響的數(shù)學(xué)分析模型。通過趨勢(shì)分析預(yù)測加工質(zhì)量的異常，并能夠迅速采取措施，調(diào)整設(shè)備工藝參數(shù)，形成“監(jiān)控-分析-調(diào)整-優(yōu)化”的閉環(huán)，防止廢品、殘次品產(chǎn)生。

 

比如，對(duì)于一個(gè)酵母企業(yè)，對(duì)原料發(fā)酵過程的溫度、濕度、酒精含量、PH值等指標(biāo)進(jìn)行采集，在一個(gè)工段上設(shè)置1000個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，每5ms采集一次，一個(gè)生產(chǎn)批次的發(fā)酵周期為15個(gè)小時(shí)，數(shù)據(jù)量多達(dá)上億條。該企業(yè)基于海量數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析確定“黃金批次”的最佳工藝參數(shù)，以還原生產(chǎn)的最佳工藝條件，用以控制和優(yōu)化工藝。

 

李培根表示，數(shù)字孿生還對(duì)機(jī)器人焊接領(lǐng)域帶來了改變。比如生產(chǎn)大型船舶發(fā)動(dòng)機(jī)，焊接占據(jù)日常工作的70%。車間一般通過信息化系統(tǒng)下發(fā)工單到焊接工位，對(duì)相應(yīng)構(gòu)件進(jìn)行焊接，工人接受訂單后啟動(dòng)機(jī)器。一旦操作規(guī)范性、設(shè)備的微觀工藝進(jìn)程以及各種擾動(dòng)情況出現(xiàn)，現(xiàn)場就開始與信息化系統(tǒng)失去聯(lián)系。在質(zhì)檢環(huán)節(jié)中，這就需要將各個(gè)構(gòu)件吊裝至專門的質(zhì)檢車間，采用各類無損檢測設(shè)備剔除和修復(fù)質(zhì)量不合格的構(gòu)件。當(dāng)發(fā)現(xiàn)深層次的焊接質(zhì)量問題時(shí)，與焊接行為本身通常已經(jīng)脫鉤了3到15天。

 

如果引入工藝智能，以不低于1000赫茲的頻率進(jìn)行各類工藝參數(shù)的高頻采集，根據(jù)材質(zhì)特性，以極高的頻率快速調(diào)用后端封裝好的具體機(jī)理算法進(jìn)行分析，可以使得質(zhì)量問題在焊接單元之中即刻解決。

 

“工藝質(zhì)量可以讓事后質(zhì)量檢測走向?qū)崟r(shí)在線的監(jiān)測和預(yù)測，這是一種質(zhì)量管理模式的根本性變化。”李培根說。

 

李培根還認(rèn)為，數(shù)字孿生還會(huì)對(duì)企業(yè)的供應(yīng)鏈帶來影響。有學(xué)者指出，現(xiàn)在企業(yè)不再作為獨(dú)立實(shí)體競爭，而是作為供應(yīng)鏈競爭。我們現(xiàn)在正進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)競爭時(shí)代，競爭贏家將是那些更好地構(gòu)建、協(xié)調(diào)和管理與合作伙伴關(guān)系的組織。供應(yīng)鏈數(shù)字化的提升有望降低設(shè)計(jì)和工程成本10%到30%，縮短20%到50%的市場投放時(shí)間，將供應(yīng)鏈管理成本降低80%，并減少20%到50%的庫存持有成本。

 

例如，保時(shí)捷與材料供應(yīng)商北歐化工和科思創(chuàng)等公司合作，在整個(gè)供應(yīng)鏈中使用數(shù)字孿生，確保保時(shí)捷汽車的生產(chǎn)使用可持續(xù)材料。通過創(chuàng)建材料的數(shù)字孿生，在整個(gè)過程中建立數(shù)字線程，實(shí)現(xiàn)材料的可追溯性。并追蹤了其他可持續(xù)性指標(biāo)，如碳足跡和節(jié)水情況。同樣，特斯拉上海超級(jí)工廠也與捷艾特共建了關(guān)務(wù)物流平臺(tái)，旨在支持全數(shù)字化的供應(yīng)鏈協(xié)同。

 

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