17、数字孪生与大数据分析在工业4.0中的应用

数字孪生与大数据分析在工业4.0中的应用

1. 数字孪生概述

数字孪生是一种通过物理与数字空间之间的双向实时数据传输创建的技术。若事物状态变化能即时引发数字事物状态改变，从物理到数字空间的单向实时数据交换会形成“数字影子”，这是实时监控的有用工具；而双向数据传输则创建出真正的数字孪生。“数字孪生预测（DTp）”是物理对象的数字克隆，能通过互联网进行二维实时通信。

2. 数字孪生的应用

2.1 制造领域

数字孪生在制造业中可将虚拟空间的虚拟模型与物理空间的物理对象相集成，为实现智能制造和工业4.0提供了契机，有助于提高生产力。其应用贯穿制造周期的各个环节：
- 物流环节 ：实时数据是可视化事件的重要工具。物流企业依靠数字孪生跟踪和分析关键绩效指标，如包装性能、车队管理和路线效率等。工业4.0工厂面临更复杂的物料处理问题，数字孪生可通过增强现实（AR）技术集成先进的存储和处理系统。例如，DHL使用谷歌眼镜企业版或微软HoloLens等可穿戴设备作为拣选系统的虚拟现实培训工具。
- 产品开发阶段 ：产品的数字孪生有助于更好地理解未来产品的需求和规格。可利用以往产品数字孪生的数据来完善未来产品的要求，还能通过数字孪生进行物理测试和产品行为模拟，降低开发成本并提高可靠性。
- 维护环节 ：数字孪生可用于识别生产系统状态变化对上下游流程的影响，基于描述性方法和机器学习算法评估机器状况，在机器生命周期的不同阶段集成、管理和分析机器或过程数据，以更高效地处理数据信息，提高机器健康状况的透明度。例如，Aivaliotis等人将数