生產加工階段是數字孿生技術的乙個重要的應用場景。目前個性化、多元化的市場消費需求成為主流，製造業正面對日漸激烈的市場競爭，面臨著極大的時間、成本、質量、產品差異化等方面的壓力。企業很難適應市場環境的突然變化，比如受此次受疫情的影響，怎樣運用技術手段迅速實現復工復產，是每個製造企業所需要面臨的問題。
除此之外，企業還面臨著許多棘手的問題需要解決，比如新產品研發和生產週期過長，沒法實現從「以產定銷」到「按需生產」模式轉換；企業投入大量的人力物力財力進行產品創新，卻沒法精確評估新產品是否可以在現有的製造條件下進行生產，因為新設計的產品必定要求新的工藝、新的工裝甚至於新的裝置、新的生產線，倘若在產品創新設計之初不認真評估新產品的可製造性，則必定帶來極大的隱患。
而構建基於數字孿生技術的數碼化工廠是解決這些問題的最佳方式，通過依託於產品整個週期的真實有關資料，在虛擬環境中對生產的全過程進行**、優化及重構。通過建立虛擬模型來模擬生產過程，並且這些虛擬模型可以為物理工廠車間裡所有連線的機器、工具和裝置進行數字操作。這就可以使企業可以迅速配置生產系統，以最大限度地提高工作效率，提高資產利用率，避免 停機，具有一定的靈活性。
一、數字孿生概念的發展歷史
密西根大學的麥可·格里夫斯教授在2023年提出了「物理產品的數字表達」的概念，並明確指出物理產品的數字表達應可以抽象的表達物理產品，可以基於數字表達對物理產品進行真實條件或模擬條件下的測試。這個概念儘管沒有被稱為數字孿生，但它具有數字孿生所具有的組成和功能，即建立物理實體的等價虛擬體，虛擬體可以對物理實體進行**分析和測試。麥可·格里夫斯教授提出的基礎理論，可以被看做是數字孿生在產品設計過程中的應用。
在那之後，數字孿生的概念逐漸拓展到了模擬**、虛擬裝配和3d列印這些領域，而到了2023年之後，伴隨著物聯網技術、人工智慧和虛擬實境技術的持續發展，更多的工業產品、工業裝置具有了智慧型化的特徵，而數字孿生也逐漸拓展到了包括製造和服務在內的完整的產品週期階段，並不斷豐富著數字孿生的形態和概念。
二、數字孿生概念的不同形態
數字孿生技術貫穿了產品全生命週期中的不同階段，它同plm（productlifecyclemanagement）的理念是不謀而合的。可以說，數字孿生技術的發展將plm的能力和理念從設計階段真正的拓展到了全生命週期。數字孿生以產品為主線，並在全生命週期的不同階段引進不同的要素，形成了不同階段的表現形態。
1、設計階段的數字孿生
在產品的設計階段，運用數字孿生可以提公升 設計的精確性，並檢驗產品在真實環境中的效能。這個階段的數字孿生，主要包含以下功能：
1）數字模型設計：運用cad工具設計出滿足技術標準的產品虛擬原型，精準的記錄產品的各類物理引數，以視覺化的方式展現出來，並通過一系列的檢驗手段來檢驗設計的精準程度；
2）模擬和**：通過一系列可重複、可變引數、可加速的**實驗，來檢驗產品在不同外部環境下的效能和表現，在設計階段就檢驗產品的適應性。
2、製造階段的數字孿生
在產品的製造階段，運用數字孿生可以加快產品匯入的時間，提公升 產品設計的質量、減少產品的生產成本和提公升 產品的交付速度。產品階段的數字孿生是乙個高度協同的過程，通過數位化手段搭建起來的虛擬生產線，將產品自身的數字孿生同生產裝置、生產加工過程等其它形態的數字孿生高度整合起來，實現以下的功能：
1）生產加工過程**：在產品生產之前，就可以通過虛擬生產的方式來模擬在不同產品、不同引數、不同外部條件下的生產加工過程，實現對產能、效率以及可能出現的生產瓶頸等問題的事先預判，加速新產品匯入的過程；
2）數位化產線：將生產階段的各類要素，如原材料、裝置、工藝配方和工序要求，通過數位化的手段整合在乙個緊密協作的生產加工過程中，並根據既定的規則，自動的完成在不同條件組合下的操作，實現自動化的生產加工過程；同時記錄生產加工過程中的各類資料，為後續的分析和優化提供重要依據。
3、服務階段的數字孿生
伴隨著物聯網技術的成熟和感測器成本的降低，許多任務業產品，從大型裝備到消費級產品，都運用了大量的感測器來採集產品執行階段的環境和工作狀態，並通過資料分析和優化來規避產品的故障，改善使用者對產品的運用體驗。這個階段的數字孿生，可以實現以下的功能：
1）優化客戶的生產指標：對於許多需要依賴工業裝置來實現生產的工業客戶，工業裝置引數設定的合理性以及在不同生產條件下的適應性，通常決定了客戶產品的質量和交付週期。而工業裝置廠商能夠通過海量採集的資料，建立起針對不同應用場景、不同生產過程的經驗模型，幫助其客戶優化引數配置，以提公升客戶的產品質量和生產效率。
2）產品使用反饋：通過採集智慧型化工業產品的實時運轉資料，工業產品製造商能夠洞悉客戶對產品的真正需求，不僅能夠協助客戶加快對新產品的匯入週期、避免產品錯誤使用導致的故障、提高產品引數配置的準確性，更能夠精準的掌握客戶的需求，避免研發決策失誤。
三、數字孿生的意義
1、更方便快捷，更適合創新
數字孿生通過設計工具、**工具、物聯網、虛擬實境等各類數位化的手段，將物理裝置的各類屬性對映到虛擬空間中，生成可拆解、可複製、可轉移、可修改、可刪除、可重複操作的數位化映象，這極大地加快了操作人員對物理實體的了解，能夠讓許多原先由於物理條件限制、必須依賴於真正的物理實體而無法完成的操作，如模擬**、批量複製、虛擬裝配等，成為觸手可及的工具，更能激發人們去探索新的途徑來優化設計、製造和服務。
2、更全方位的分析和**能力
目前的產品生命週期管理，很少能夠實現精準的**，因此通常無法對隱藏在表象下的問題事先進行預判。而數字孿生能夠結合物聯網的資料採集、大資料的處理和人工智慧的建模分析，實現對當前狀態的評估、對以往發生問題的診斷，以及對未來發展趨勢的**，並給予分析的結果，模擬各類可能性，提供更全方位的決策支援。
3、經驗的數位化
在傳統的工業設計、製造和服務領域，經驗通常是一種模糊而很難掌握的形態，很難將其做為精準判決的依據。而數字孿生的一大關鍵進步，是能夠通過數位化的手段，將原先無法儲存的專家經驗進行數位化，並提供了儲存、複製、修改和轉移的能力。比如，針對大型裝置運轉過程**現的各類故障特性，能夠將感測器的歷史資料通過機器學習訓練出針對不同故障現象的數位化特性模型，並結合專家處理的記錄，將其生成未來對裝置故障狀態進行精準判決的依據，並可針對不同的新形態的故障進行特性庫的豐富和更新，最終生成自治化的智慧型化診斷和判決。
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