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數字孿生

定義

數字孿生（Digital twin）是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。數字孿生是一種超越現實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統的數字映射系統。
**相關概念：**構建物理信息系統（Cyber-Phyical System，CPS），實現物理工廠與信息化的虛擬工廠的交互和融合，從而實現智能制造，數字孿生作為實現物理工廠與虛擬工廠的交互融合的最佳途徑，被國內外相關學術界和企業高度關注。

意義

1）Digital twin最為重要的啟發意義在于，它實現了現實物理系統向賽博空間數字化模型的反饋。數字孿生主要是要創建和物理實體等價的虛擬體或數字模型，虛擬體能夠對物理實體進行仿真分析，能夠根據物理實體運行的實時反饋信息對物理實體的運行狀態進行監控，能夠依據采集的物理實體的運行數據完善虛擬體的仿真分析算法，從而對物理實體的后續運行和改進提供更加精確的決策。
2）Digital Twin是一個物理產品的數字化表達，以便于我們能夠在這個數字化產品上看到實際物理產品可能發生的情況，與此相關的技術包括增強現實和虛擬現實。
3）基于物聯網項目背景下的數字孿生尤其前途光明，并引領著人們對于數字孿生的興趣。精心設計的資產數字孿生有望極大地改進企業決策。這些數字孿生與其真實的對應物相關聯，并用于了解物件或系統的狀態、響應變，改進運營并提升價值。此外還將彼此聯系并納入基于人工智能的功能，以實現高級模擬、運行與分析。城市規劃者、數字營銷人員、醫療保健專業人員以及工業規劃者均將受益于這一向綜合數字化孿生世界的長期轉變。

案例

**數字孿生車間：**隨著新一代信息技術（如云計算、物聯網、大數據、移動互聯、人工智能等）與制造的融合和落地應用，中國制造2025和互聯網＋制造的目標之一是實現制造的物理世界和信息世界的互聯互通與智能化操作，其瓶頸之一是如何實現制造的物理世界和信息世界之間的交互與共融。針對這一難題，基于數字孿生技術引申出數字孿生車間的概念。

數字孿生車間的系統組成
數字孿生車間是在新一代信息技術和制造技術驅動下，通過物理車間與虛擬車間的雙向真實映射與實時交互，實現物理車間、虛擬車間、車間服務系統的全要素、全流程、全業務數據的集成和融合，在車間孿生數據的驅動下，實現車間生產要素管理、生產活動計劃、生產過程控制等在物理車間、虛擬車間、車間服務系統間的迭代運行，從而在滿足特定目標和約束的前提下，達到車間生產和管控最優的一種車間運行新模式。主要由物理車間、虛擬車間、車間服務系統（MES）、車間孿生數據四部分組成。
物理車間是車間客觀存在的實體集合，主要負責接收MES系統下達的生產任務，并嚴格按照虛擬車間仿真優化后預定義的生產指令，執行生產活動并完成生產任務；虛擬車間是物理車間的忠實的、完全數字化鏡像，主要負責對生產計劃／活動進行仿真、評估及優化，并對生產過程進行實時監測、預測與調控等；車間服務系統是數據驅動的各類服務系統，主要負責在車間孿生數據驅動下對車間智能化管控提供系統支持和服務，如對生產要素、生產計劃／活動、生產過程等的管控與優化服務等；車間孿生數據是物理車間、虛擬車間和MES相關的數據，以及三者數據融合后產生的衍生數據的集合，是物理車間、虛擬車間和MES運行及交互的驅動。

技術

針對智能制造項目建設，利用數字孿生技術與工業互聯網技術、大數據技術的深度融合，將物理車間、虛擬車間、車間服務、車間數據等生產要素有機結合，搭建180數字孿生車間，建立產品研發、生產工藝、設備運維、環境能耗、品質追溯等關鍵系統的生命周期全過程的數字模型，同時，結合計算機虛擬仿真技術，建立虛擬仿真模型和預測性模型，并將模型與實際的智能制造系統進行無縫的集成和同步，實現對這些系統的全方位描述、系統優化、監控與預測。

數字孿生車間的運行機制

在項目一期建設中，針對PQF連軋機組生產過程的關鍵工序與設備，以提升質量、提高效率、降低成本、智能決策為目標，建立集生產工藝、孿生數據、質量檢測、虛擬仿真、智能分析與優化于一體的閉環的數字孿生與虛擬仿真系統。
通過數字孿生子系統與虛擬仿真子系統的建設與集成
在鋼管軋制過程中：
1、實現鋼管軋制過程的數字化虛擬監控、成形過程的虛擬仿真，實時監控、預測品質的波動。
2、實現虛擬模型驗證工藝參數的變化，對產品品質的影響
3、建立產品三維數據庫，結合大數據分析平臺，為工藝優化夯實基礎。
在鋼管設計研發過程中：
1、針對新產品，可通過虛擬仿真模型快速定義、驗證工藝參數，提高DOE效率、降低物理驗證成本。
2、針對現有產品，可通過虛擬仿真模型驗證/優化工藝參數，實現產品品質的提升。

數字工廠平臺

數字工廠平臺利用數字孿生（Digital Twin）技術模擬對象在現實環境中的行為，對產品、制造過程乃至整個工廠進行虛擬仿真，完整真實地再現了整個企業，提高制造企業產品研發、制造的生產效率；

數字孿生包括產品數字化，生產工藝流程數字化和設備數字化，各自的專業技術集成為一個數據模型，并將PLM(全生命周期管理軟件)，MES（制造執行系統）和TIA（全集成自動化）集成在聰圖數字工廠平臺下，供應商也可以根據需要被納入平臺，實現價值鏈數據的整合； 數字孿生的實現有兩個必要條件，即一套集成的軟件工具和三維形式表現。聰圖三維可視化數字工廠平臺完美將3D建模技術和信息技術有機結合，更和VR/AR/MR深度融合，實現身臨其境增強現實的數字化工廠。為從產品設計、生產規劃、生產工程、生產實施直至服務的各個環節打造一致的、無縫的數據平臺，形成基于模型的虛擬企業和基于自動化技術的現實企業鏡像。

數字孿生模型具有模塊化、自治性和連接性的特點，可以從測試、開發、工藝及運維等角度，打破現實與虛擬之間的藩籬，實現產品全生命周期內生產、管理、連接的高度數字化及模塊化。

數字孿生（Digital Twin）幫助企業在實際投入生產之前即能在虛擬環境中優化、仿真和測試；在生產過程中也可同步優化整個企業流程，最終實現高效的柔性生產、實現快速創新上市，鍛造企業持久競爭力；

作用和優勢

數字化仿真工廠系統是針對工廠精細化管理、高效化運轉而打造的集動態數據管理、模擬仿真、智能維保、物料管理、應急推演等功能于一體的工廠管理工具，打造基于真實工廠運行狀態的孿生數字平臺，幫助工廠降本增效，實現數字化轉型。

可視化模擬仿真

系統收集工廠產線的實時生產數據進行歸類存儲分析，同時基于產線生產邏輯設計生產機理模型，通過真實生產數據實現同步仿真模擬與可視化呈現。實時生產數據直觀可視，形成工廠的數字孿生線上平臺。

運行模擬預測分析

基于仿真模型與實施生產數據，幫助管理者實現生產過程的模擬預測，及時調節異常數據，提高生產效率。同時針對歷史生產數據進行匯總分析，形成生產數據模型庫，實現對產線的多維度剖析，查優補缺，提高產能。為產線的優化策略提供全面的數據資料支撐。

智能設備維保

基于現場物聯設備，搜集產線設備的運行時長、產能、運行數據等信息，并根據設備信息自動生成設備維保任務，維修保養記錄線上存儲，形成設備完整的全生命周期的設備臺賬，實現設備的精細化管理。同時通過對設備全生命周期運行數據的分析為工廠的設備采購提供數據指南。

精細化物料管理

基于產線仿真模型對物料用量進行預測分析，指導采購人員進行物料采購，避免短缺或者積壓情況出現，降低成本。物料從入庫開始，通過工廠可視化平臺進行可視化追蹤管理，精細化管理物料資源，提高生產效率，降低生產損耗。

應急預案推演

基于產線的前置條件或者實際突發狀況，利用仿真模型對后續的發展趨勢及相關聯連鎖反應進行快速的模擬仿真，并對相關的應急預案措施進行模擬仿真和優化，大大提高產線的應急處理能力，降低風險。

制造業解決方案

利用數字孿生和人工智能、工業仿真技術，建設數字孿生工廠。讓生產更透明，讓管理更智能。
利用工廠可視化建模，接入實時生產數據，搭建可真正用于生產管理的數字工廠。

搭建實體工廠的數字平行世界

真實場景　
●　真實數據信息 　
● 真實生產邏輯
數據同步　
●　動作同步 　
● 場景同步

實現透明化管理，全面提升管理效率

提升傳統模式50%以上綜合管理效率，大幅度降低生產統計、協調、監管等成本。
數字化仿真工廠管理系統，以可視化技術、物聯網技術等為基礎，為用戶提供直觀、高效、智能、便捷的工廠管理新方式，致力于賦能傳統企業，為傳統企業的智慧化轉型提供技術支撐。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的数字孪生定义、意义及案例的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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