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　　Michael Grieves与NASA永久配合。正在航天周围，航天器的研发和运营必需依赖于数字化本事：正在研发阶段，须要低落物理样机的本钱;正在运营阶段，须要对航天器实行长途状况监控和打击监测。这也是其后NASA把数字化双胞胎(即数字孪生)行动要害本事的道理。图1-11出现了数字孪生本事正在设备行业的运用。

　　数字孪生被气象地称为“数字化双胞胎”，是智能工场的底细互联本事，从构念、安排、测试、仿真、坐蓐线、厂房筹办等症结，可能虚拟和判定出坐蓐或筹办中悉数的工艺流程，以及或者浮现的冲突、缺陷、不配合，悉数情景都可能用这种体例实行事先的仿真，缩短大宗计划安排及装配调试时代，加疾交付周期。

　　数字化双胞胎本事是将带有三维数字模子的音讯拓展到总共人命周期中的影像本事，最终实行虚拟与物理数据同步和相同，它不是让虚拟寰宇做现正在咱们曾经做到的事件，而是出现潜正在题目、胀励更始思想、不停探求优化进取——这才是数字孪生的目的所正在。

　　数字孪生本事助助企业正在本质进入坐蓐之前即能正在虚拟境况中优化、仿真和测试，正在坐蓐历程中也可同步优化总共企业流程，最终实行高效的柔性坐蓐、实行敏捷更始上市，锻制企业经久竞赛力。

　　数字孪生本事是修设企业迈向工业4.0战术目的的要害本事，通过独揽产物音讯及其人命周期历程的数字思绪将悉数阶段(产物创意、安排、修设筹办、坐蓐和运用)衔尾起来，并毗邻到可能剖判这些音讯并对其做出响应的坐蓐智能兴办。

　　数字孪生将各专业本事集成为一个数据模子，并将PLM(产物人命周期管束软件)、MOM(坐蓐运营编制)和TIA(全集成自愿化)集成正在联合的数据平台下，也可能凭据须要将供应商纳入平台，实行价格链数据的整合，交易周围征求“产物数字孪生”“坐蓐数字孪生”和“兴办数字孪生”(睹图1-12和睹图1-13)。

　　正在产物的安排阶段，行使数字孪生可能降低安排切实实性，并验证产物正在真正境况中的本能。这个阶段的数字孪生的要害才略包罗：

　　数字模子安排，运用CAD用具拓荒出知足本事规格的产物虚拟原型，无误地记实产物的各类物理参数，以可视化的体例出现出来，并通过一系列验证机谋来检修安排的精准水准;

　　模仿和仿真，通过一系列可反复、可变参数、可加快的仿真正验，来验证产物正在差别外部境况下的本能和发挥，正在安排阶段就可验证产物的适宜性。

　　产物数字孪生将正在需求驱动下，创修基于模子的编制工程产物研发形式，实行“需求界说–编制仿真–效用安排–逻辑安排–物理安排–安排仿真–实物试验”全历程闭环管束，从细化周围将包罗如下几个方面(睹图1-14)：

　　征求产物需求界说、编制级架构修模与验证、效用安排、逻辑界说、牢靠性、安排五性(包罗牢靠性、维修性、安适性、测试性及保证性)领会、失效形式和影响领会(Failure Mode and Effect Analysis，FMEA)等。

　　征求呆滞编制的安排和验证。包罗呆滞构造模子创修、众专业学科仿真领会(涵盖呆滞编制的强度、应力、委靡、振动、噪声、散热、运动、尘土、湿度等方面的领会)、众学科联结仿真(征求流固耦合、热电耦合、磁热耦合以及磁热构造耦合等)以及半实物仿线D创成式安排

　　创成式安排(Generative Design)是凭据少许肇端参数通过迭代并调度来找到一个(优化)模子。拓扑优化(Topology Optimization)是对给定的模子实行领会，常睹的是凭据界线前提实行有限元领会，然后对模子变形或删减来实行优化，是一个别机交互、自我更始的历程。

　　凭据输入者的安排图谋，通过“创成式”编制，天生潜正在的可行性安排计划的几何模子，然后实行归纳比拟，筛选出安排计划推送给安排者实行最终的计划。

　　征求电子电气编制的架构安排和验证、电气毗邻安排和验证、电缆和线束安排和验证等。闭联仿真征求电子电气编制的信号完好性、传输损耗、电磁搅扰、耐久性、PCB散热等方面的领会。

　　征求软件编制的安排、编码、管束、测试等，同时维持软件编制全历程的管束与Bug闭环管束。

　　征求编制工程全流程的管束和协同，安排数据和流程、安排仿真和历程、各类MCAD/ECAD/软件安排用具和仿真用具的整合运用与管束。

　　正在产物的修设阶段，坐蓐数字孪生的厉重方针是确保产物可能被高效、高质料和低本钱地坐蓐，它所要安排、仿真和验证的对象厉重是坐蓐编制，征求修设工艺、修设兴办、修设车间、管束驾驭编制等。

　　行使数字孪生可能加疾产物导入的时代，降低产物安排的质料，低落产物的坐蓐本钱和降低产物的交付速率。产物坐蓐阶段的数字孪生是一个高度协同的历程，通过数字化机谋构修起来的虚拟坐蓐线，将产物自身的数字孪生同坐蓐兴办、坐蓐历程等其他形状的数字孪生高度集成起来，简直实行如下效用(睹图1-15)：

　　将产物音讯、工艺历程音讯、工场产线音讯和修设资源音讯通过构造化形式构制管束，抵达产物修设历程的紧密化管束，基于产物工艺历程模子音讯实行虚拟仿真验证，同时为修设编制供应排产确实输入。

　　基于一个虚拟的修设境况来验证和评判咱们的装置修设历程和装置修设要领，通过产物3D模子和坐蓐车间现场模子，具备呆滞加工车间的数控加工仿真、装置工位级人机仿真、呆板人仿线. 虚拟修设评估–产线调试

　　数字化工场柔性自愿化坐蓐线配置投资大、周期长，自愿化驾驭逻辑纷乱，现场调试事情量大。

　　遵从坐蓐线配置的次序，出现题目越早，整改本钱越低，是以有需要正在坐蓐线正式坐蓐、装配、调试之前正在虚拟的境况中对坐蓐线实行模仿调试，办理坐蓐线的筹办、干预、PLC的逻辑驾驭等题目，正在归纳加工兴办、物流兴办、智能工装、驾驭编制等各类成分中全盘评估坐蓐线的可行性。

　　坐蓐周期长、更改本钱高的呆滞构造部门采用正在虚拟境况中实行出现和模仿;易于构修和窜改的驾驭部门采用由PLC搭修的物理驾驭编制实行，由实物PLC驾驭编制天生驾驭信号，虚拟境况中的呆滞构造行动受控对象，模仿总共坐蓐线的举措历程，从而出现呆滞构造和驾驭编制的题目，正在物理样机修制前予以办理。

　　正在产物坐蓐之前，就可能通过虚拟坐蓐的体例来模仿正在差别产物、差别参数、差别外部前提下的坐蓐历程，实行对产能、效果以及或者浮现的坐蓐瓶颈等题目的提前预判，加快新产物导入的历程;

　　将坐蓐阶段的各类因素，如原质料、兴办、工艺配方和工序恳求，通过数字化的机谋集成正在一个慎密合作的坐蓐历程中，并凭据既定的章程，自愿地实现正在差别前提组合下的操作，实行自愿化的坐蓐历程;

　　要害目标监控和历程才略评估：通过收罗坐蓐线上的各类坐蓐兴办的及时运转数据，实行整个坐蓐历程的可视化监控，而且通过阅历或者呆板进修创修要害兴办参数、检修目标的监控计谋，对浮现违背计谋的相当情景实行实时统治和调度，实行牢固并不停优化的坐蓐历程。

　　行动客户的兴办资产，产物正在运转历程中将兴办运转音讯及时传送到云端，以实行兴办运转优化、可预测性维持与调理，并通过兴办运转音讯对产物安排、工艺和修设迭代优化(睹图1-16和图1-17)。

　　通过工业物联网本事实行兴办毗邻云端、行业云端算法库以及行业运用APP，以西门子MindSphere平台为例讲明运营数字化双胞胎的架构(睹图1-17)。

　　撑持绽放的兴办毗邻尺度，如OPC UA，实行西门子与第三方产物的即插即用。对数据传输实行安适加密。

　　为客户性情化APP的拓荒供应绽放式接口，并供应众种云根源举措，如SAP、AWS、Microsoft Azure，并供应公有云、私有云及现场摆设。

　　运用来自西门子与配合伙伴的APP，或由企业自助拓荒的APP，以获取兴办透后度与深度领会呈报。

　　基于时代的隔绝修复维持不再能供应所需的结果。通过对运转数据实行继续采集和智能领会，数字化启示了全新的维持体例，通过这种洞察力，可能预测维持呆板与工场部件的最佳时代，并供应了各类体例，以降低呆板与工场的坐蓐力南宫28官方。

　　预测性效劳可将大数据改变为智能数据。数字化本事的成长可让企业洞察呆板与工场的情景，从而正在本质题目爆发之前，对相当和偏离阈值的情景急速做出反应。

　　纷乱产物的工程安排极端穷困，产物团队必需将电子装备和控件集成入呆滞编制，运用新的质料和修设流程，知足更肃穆的准则，同时必需正在更短刻期内、正在预算管制下交付更始产物。

　　守旧的验证要领不再足够有用。今世拓荒流程必需变得具有预测性，运用本质产物的“数字孪生”驱动安排并使其跟着产物进化维持同步，其余还恳求具有可维持的智能呈报和数据领会效用的仿真和测试本事。

　　产物工程安排团队须要一个联合且共享的平台来统治悉数仿真学科，并且该平台应具备易于运用的进步领会用具，可供应效果更高的事情流程，并或许天生相同结果。兴办数字孪生能助助用户比以前更疾地驱动产物安排，以得回更好、本钱更低且更牢靠的产物，并能更早地正在总共产物人命周期内凭据所相闭键属性预测本能。