數(shù)字孿生“三段論”

1、數(shù)字李生“三段論”數(shù)字李生的概念，想必好多小伙伴們都知道。在了解了數(shù)字李生是什 么后，咱們就數(shù)字李生的應(yīng)用來做一番探討。數(shù)字李生，起于設(shè)計(jì)Finite Element ModelFinite Element ModelFlight Data| Aerodynamic ModelMaterial PropertiesTail Number SpecificDamage Growth Models數(shù)字李生技術(shù)提出的大的背景，是如何將設(shè)計(jì)內(nèi)容用模型來承載，在 虛擬的數(shù)字空間實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的描述，并且隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的進(jìn)展, 不斷地迭代，最終成為虛擬空間中鏡像描述產(chǎn)品特征的一套數(shù)字模型 集合?？梢哉f，從需

2、求模型開始，一套與承載著設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)、設(shè)計(jì)結(jié) 果與設(shè)計(jì)模型平行的設(shè)計(jì)數(shù)字李生體就已經(jīng)存在，設(shè)計(jì)師們是在設(shè)計(jì) 李生體上不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)探索和優(yōu)化迭代，并將結(jié)果不斷體現(xiàn)在實(shí)際的 設(shè)計(jì)結(jié)果中?？梢哉f，一個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果，包含著其設(shè)計(jì)階段的數(shù)字李生 體多次迭代優(yōu)化，最終輸出的設(shè)計(jì)結(jié)果，就是實(shí)際產(chǎn)品的數(shù)字空間的 描述，是實(shí)際產(chǎn)品的數(shù)字李生體。例如，針對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)，達(dá)索公司建立了基于數(shù)字李生的3D 體驗(yàn)平臺(tái)，利用用戶交互反饋信息不斷改進(jìn)信息世界中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模 型，并反饋到物理實(shí)體產(chǎn)品改進(jìn)中。此外，對(duì)于承接需求模型，并在設(shè)計(jì)初始階段構(gòu)建SA,采用功能模 型和性能模型進(jìn)行產(chǎn)品的描述，世冠科技公司的GCAir系統(tǒng)仿真

3、與測(cè) 試驗(yàn)證一體化平臺(tái)有完整的解決方案。數(shù)字李生，興于制造動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)交互塞是動(dòng)脈動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)交互塞是動(dòng)脈信息物理融合是基石在產(chǎn)品研發(fā)完成后，如何將產(chǎn)品進(jìn)行高效率的制造，并在制造過程中 完美實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，是制造系統(tǒng)的專家們一直探索的課題。數(shù)字李生技術(shù)，可以革命性地將制造系統(tǒng)本身進(jìn)行數(shù)字化，構(gòu)建出數(shù) 字李生車間、數(shù)字李生工廠，或者準(zhǔn)確地說，是車間和工廠的數(shù)字李 生體。通過這些加工設(shè)備、加工中心、車間乃至工廠級(jí)別的數(shù)字李生 體，來進(jìn)行生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)調(diào)度等活動(dòng)的虛擬數(shù)字探索, 實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素在生產(chǎn)過程中的優(yōu)化配置，在虛實(shí)結(jié) 合的過程中提供了工廠級(jí)別（目前技術(shù)上可能實(shí)施的是車間級(jí)別）的 智

4、能制造的基礎(chǔ)，并在未來最終達(dá)到以虛控實(shí)的目標(biāo)。但是生產(chǎn)制造 階段的數(shù)字李生應(yīng)用，是與設(shè)計(jì)和運(yùn)維階段的數(shù)字李生應(yīng)用有本質(zhì)區(qū) 別的：它主要解決的是生產(chǎn)系統(tǒng)本身的數(shù)字李生問題，是將數(shù)字李生 技術(shù)用于生產(chǎn)組織，核心是生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)字化描述，而不是產(chǎn)品的數(shù) 字化描述。在生產(chǎn)制造方面，西門子基于數(shù)字李生理念構(gòu)建了整合制造流程的生 產(chǎn)系統(tǒng)模型，形成了基于模型的虛擬企業(yè)和基于自動(dòng)化技術(shù)的企業(yè)鏡 像，支持企業(yè)進(jìn)行涵蓋其整個(gè)價(jià)值鏈的整合及數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并在西門 子工業(yè)設(shè)備NanoboxPC的生產(chǎn)流程中開展了應(yīng)用驗(yàn)證。國內(nèi)的專家如北航的陶飛教授團(tuán)隊(duì)以數(shù)字李生為技術(shù)基礎(chǔ)，提出了數(shù) 字李生車間(DTW)概念。數(shù)字李生車間是

5、在新一代信息技術(shù)和制造 技術(shù)驅(qū)動(dòng)下，通過物理車間與虛擬車間的雙向真實(shí)映射與實(shí)時(shí)交互, 實(shí)現(xiàn)物理車間、虛擬車間、車間服務(wù)系統(tǒng)的全要素、全流程、全業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)的集成和融合。在車間李生數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)要素管 理、生產(chǎn)活動(dòng)計(jì)劃、生產(chǎn)過程控制等在物理車間、虛擬車間、車間服 務(wù)系統(tǒng)間的迭代運(yùn)行，從而在滿足特定目標(biāo)和約束之下，達(dá)到車間生 產(chǎn)和管控最優(yōu)的一種車間運(yùn)行新模式。數(shù)字李生，盛于運(yùn)維產(chǎn)品通過加工系統(tǒng)在物理上實(shí)現(xiàn)了之后，在交付用戶之后，才開始了 其壽命周期中最有價(jià)值的階段。用戶對(duì)產(chǎn)品特別是足夠復(fù)雜的多物理 領(lǐng)域耦合的產(chǎn)品的運(yùn)維管控能力，成為了產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)其價(jià)值的主要條件 之一。如何能夠?qū)Ξa(chǎn)品的狀態(tài)進(jìn)

6、行識(shí)別、分析，從而做出合理的決策， 并經(jīng)過精準(zhǔn)執(zhí)行來完成閉環(huán)，是運(yùn)維工作的難點(diǎn)。通過數(shù)字李生技術(shù)，用戶可以通過多個(gè)設(shè)計(jì)好的傳感器獲取產(chǎn)品的實(shí) 時(shí)信息，并將這些信息輸入到產(chǎn)品的數(shù)字李生體中，確保數(shù)字李生體 與物理空間的產(chǎn)品狀態(tài)的同步；在此基礎(chǔ)上，可以通過數(shù)字空間的大 量仿真運(yùn)行，預(yù)測(cè)物理產(chǎn)品的功能、性能的變化，甚至能夠?qū)τ陉P(guān)鍵 指標(biāo)的臨界變化做出預(yù)測(cè)。這樣，就通過數(shù)字李生技術(shù)將物理世界的 產(chǎn)品變?yōu)榉现悄芟到y(tǒng)（詳見趙敏等專家提出的20字判據(jù)）標(biāo)準(zhǔn)的 產(chǎn)品，能夠智能化地支持用戶的運(yùn)維管控需求。特別是因?yàn)閿?shù)字李生 模型支持多域、多維度層次表達(dá)技術(shù)，使原來產(chǎn)品運(yùn)維、操作訓(xùn)練、 展示演示等活動(dòng)可以基于相

7、同的或者相關(guān)的一組底層模型來實(shí)施，真 正實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)融合、以虛控實(shí)。當(dāng)然，在使用中獲得的反饋又可以通 過模型的承載，按照數(shù)字線索回輸?shù)皆O(shè)計(jì)端，支持產(chǎn)品的持續(xù)改進(jìn), 當(dāng)然，這就是涉及到數(shù)字線索的另一個(gè)話題了。在數(shù)字李生的技術(shù)實(shí)踐中，在故障預(yù)測(cè)與健康管理方面，美國國家航 空航天局(NASA)將物理系統(tǒng)與其等效的虛擬系統(tǒng)相結(jié)合，研究了基 于數(shù)字李生的復(fù)雜系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)與消除方法，并應(yīng)用在飛機(jī)，飛行器, 運(yùn)載火箭等飛行系統(tǒng)的健康管理中心。美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)科學(xué) 中心通過將超高保真的飛機(jī)虛擬模型與影響飛行的結(jié)構(gòu)偏差和溫度 計(jì)算模型相結(jié)合，開展了基于數(shù)字李生的飛機(jī)結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)。在產(chǎn)品 服務(wù)方面，PTC公司將數(shù)字李生作為“智能互聯(lián)產(chǎn)品”的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)， 致力于虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界間建立一個(gè)實(shí)時(shí)的連接，將智能產(chǎn)品的預(yù) 測(cè)性維修，為客戶提供了高效的產(chǎn)品售后服務(wù)