所謂數(shù)字孿生，是利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科的仿真過程，在虛擬數(shù)字空間中建立數(shù)學模型完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。簡單來說，數(shù)字孿生就是在一個設備或系統(tǒng)的基礎上，創(chuàng)造一個數(shù)字版的“克隆體”，通過某種軟件界面將真實運行的物體的實際情況在數(shù)字體上復現(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)動機生產(chǎn)公司。UltraFan 是羅羅公司“智能發(fā)動機”愿景的一部分，其每個風扇葉片都有一個數(shù)字孿生數(shù)據(jù)模型，可以存儲真實的測試數(shù)據(jù)，從而使得工程師可以預測使用中的性能。UltraFan試驗臺Testbed 80耗資9000萬英鎊，可以從10000多個參數(shù)中獲取數(shù)據(jù)，能以每秒200000個樣本的速度監(jiān)測出最小振動。

 

另外，GE航空發(fā)動機也為每臺航空發(fā)動機建立了孿生模型，通過實時分析發(fā)動機的傳感器數(shù)據(jù)，并對數(shù)字孿生進行仿真，在地面監(jiān)控每臺正在空中飛行的航空發(fā)動機的實時狀態(tài)。這樣可以預測每臺發(fā)動機何時和如何進行維修，還可以進一步分析出每個飛行員的駕駛習慣。

 

李培根介紹稱，產(chǎn)品在運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，在一個設備的運行過程中，通過對加工狀態(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)改變對于加工質(zhì)量影響的數(shù)學分析模型。通過趨勢分析預測加工質(zhì)量的異常，并能夠迅速采取措施，調(diào)整設備工藝參數(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，對于一個酵母企業(yè)，對原料發(fā)酵過程的溫度、濕度、酒精含量、PH值等指標進行采集，在一個工段上設置1000個數(shù)據(jù)采集點，每5ms采集一次，一個生產(chǎn)批次的發(fā)酵周期為15個小時，數(shù)據(jù)量多達上億條。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)字孿生還對機器人焊接領域帶來了改變。比如生產(chǎn)大型船舶發(fā)動機，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，對相應構件進行焊接，工人接受訂單后啟動機器。一旦操作規(guī)范性、設備的微觀工藝進程以及各種擾動情況出現(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，這就需要將各個構件吊裝至專門的質(zhì)檢車間，采用各類無損檢測設備剔除和修復質(zhì)量不合格的構件。當發(fā)現(xiàn)深層次的焊接質(zhì)量問題時，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理算法進行分析，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在線的監(jiān)測和預測，這是一種質(zhì)量管理模式的根本性變化。”李培根說。

 

李培根還認為，數(shù)字孿生還會對企業(yè)的供應鏈帶來影響。有學者指出，現(xiàn)在企業(yè)不再作為獨立實體競爭，而是作為供應鏈競爭。我們現(xiàn)在正進入網(wǎng)絡競爭時代，競爭贏家將是那些更好地構建、協(xié)調(diào)和管理與合作伙伴關系的組織。供應鏈數(shù)字化的提升有望降低設計和工程成本10%到30%，縮短20%到50%的市場投放時間，將供應鏈管理成本降低80%，并減少20%到50%的庫存持有成本。

 

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

 

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