9、基于数字孪生技术的智能制造探索

基于数字孪生技术的智能制造探索

1. 引言

从工业 1.0 到工业 3.0，制造业变得更加自动化、计算机化和复杂。2011 年德国政府提出的工业 4.0，旨在推动制造业智能化，实现更高的效率、生产力和自主性。为实现工业 4.0，美国能源部（DoE）和国家标准与技术研究院（NIST）等机构提出了智能制造的概念。NIST 认为，智能制造是“完全集成的、协作的制造系统，能够实时响应工厂、供应网络和客户需求的变化”。

智能制造的一个关键特征是产品设计、制造和跨工厂的一般协作业务的广泛集成。为实现这些过程的互操作性，工厂中的每个物理设备都需要在网络空间中有一个忠实的虚拟表示。物理实体和虚拟表示以及它们之间的连接构成了网络物理系统（CPS），这是智能制造的关键技术之一，而虚拟表示就是数字孪生（DT）。

DT 在网络空间中不仅是物理实体的抽象，反映其物理状态，还可以被视为物理实体的“大脑”。结合大数据分析和人工智能技术，DT 具备决策能力，有助于提高物理空间中产品或流程的性能。基于 DT 的智能制造在多个方面具有显著优势：
- 缩短上市时间 ：产品的 DT 提供了一种有效的方法来应对个性化挑战。
- 增加用户参与度 ：作为中间件架构，DT 允许公司和消费者之间进行交互式信息交换。
- 提高可见性 ：DT 提供实时更新的高保真模型。通过增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术，操作人员可以更清晰地监控产品和过程。
- 确保最佳运行 ：DT 的通信和决策能力为在不同条件下实时优化运营流程提供了可能。