隨著科技的進(jìn)步，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在興起，以“智能制造”為主導(dǎo)的“工業(yè)4.0”、“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”——第四次工業(yè)革命已經(jīng)到來(lái)。因此，各國(guó)先后提出了工業(yè)4.0、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、先進(jìn)制造合作伙伴計(jì)劃、2025年中國(guó)制造等先進(jìn)制造戰(zhàn)略和方法。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等先進(jìn)技術(shù)為智能制造的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的支持。然而，在智能制造的實(shí)踐過(guò)程中，我們一直面臨著信息空間與物理空間的交互和整合的瓶頸，因此提出了工業(yè)數(shù)字孿生的解決方案。

數(shù)字孿生是充分利用概念模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，整合多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的模擬過(guò)程，在虛擬空間中完成投影，反映相應(yīng)物理設(shè)備的整個(gè)生命周期過(guò)程。

車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字孿生系統(tǒng)的構(gòu)建和應(yīng)用本質(zhì)上是一個(gè)由物理實(shí)體和孿生模型組成的功能系統(tǒng)，可以進(jìn)行持續(xù)的過(guò)程優(yōu)化。因此，數(shù)字孿生也是信息物理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。工業(yè)數(shù)字孿生技術(shù)已應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)、添加劑制造。

數(shù)字孿生系統(tǒng)包括設(shè)備層、感知層、驅(qū)動(dòng)層、網(wǎng)絡(luò)層。其中：

①設(shè)備層包括車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備，如自動(dòng)老化機(jī)、安裝／檢測(cè)機(jī)器人，抓取機(jī)械臂等。這些設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)為工業(yè)數(shù)字雙車(chē)間系統(tǒng)的運(yùn)行提供了所需的數(shù)據(jù)。

②感知層用于車(chē)間異構(gòu)多源數(shù)據(jù)的即時(shí)采集和數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括設(shè)備運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集、運(yùn)輸行為感知、生產(chǎn)線(xiàn)材料信息感知、設(shè)備狀態(tài)感知、環(huán)境感知等。感知層利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸模塊，通過(guò)數(shù)據(jù)通信協(xié)議讀取和存儲(chǔ)多品牌、多接口、多協(xié)議的設(shè)備即時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦I(yè)數(shù)字雙車(chē)間系統(tǒng)；對(duì)于沒(méi)有相關(guān)數(shù)據(jù)接口的機(jī)器，通過(guò)布局傳感器計(jì)算相關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

③驅(qū)動(dòng)層負(fù)責(zé)上游感知層數(shù)據(jù)的投影，通過(guò)工業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)構(gòu)建真實(shí)物理行為高仿真投影的虛擬仿真環(huán)境，實(shí)現(xiàn)物理車(chē)間與虛擬車(chē)間的同步投影。驅(qū)動(dòng)層包括分析數(shù)據(jù)、變量匹配、運(yùn)動(dòng)控制等過(guò)程，其中數(shù)據(jù)分析過(guò)程通過(guò)輪查獲得感知層發(fā)送的json格式數(shù)據(jù)流，實(shí)時(shí)取值數(shù)據(jù)流中與運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)的變量；然后，變量匹配過(guò)程通過(guò)名稱(chēng)找到運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，并匹配相應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的相關(guān)變量；最后，立即驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的三維模型，完成拾取、放置和推拉。

④網(wǎng)絡(luò)層基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的虛擬車(chē)間實(shí)現(xiàn)了車(chē)間制造資源的三維可視化導(dǎo)航和車(chē)間物理動(dòng)作的模擬和實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)打開(kāi)虛擬觸發(fā)信號(hào)，對(duì)車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信息、生產(chǎn)工藝參數(shù)信息、車(chē)間物流流程、產(chǎn)品質(zhì)量信息和設(shè)備故障管理診斷信息進(jìn)行顯示、分析和管理，形成車(chē)間虛擬監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)車(chē)間透明生產(chǎn)、故障問(wèn)題再現(xiàn)和模擬，滿(mǎn)足車(chē)間可追溯性分析、實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)測(cè)模擬的需要。

數(shù)字孿生作為十大戰(zhàn)略技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)之一，是連接制造物理世界和數(shù)字虛擬世界的紐帶。通過(guò)工業(yè)數(shù)字孿生改進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)全價(jià)值鏈的閉環(huán)反饋和持續(xù)改進(jìn)。未來(lái)，工業(yè)數(shù)字孿生車(chē)間將逐漸滲透到各種工業(yè)工廠中。

轉(zhuǎn)自千尋位置

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