近几年，随着信息技术的飞速发展，越来越多的技术被应用到生产制造中，以智能制造为核心的智慧工厂逐渐成为了现代制造企业的主流趋势。数字孪生技术应用在智慧工厂中让工厂管理者得以摆脱传统的平面式、文字式的工厂运维管理模式，通过直观的三维空间模型，沉浸式、交互式的对工厂各个环节进行管理，不仅大幅降低运维成本，而且有效提高了生产效率。
数字孪生的实现首先要进行物理实体的数字化，也就是建模，建立物理实体的三维模型，并进行参数化映射；这些映射的参数就是孪生数据，需要借助采集技术、传感技术从物理实体中获取；孪生数据通过仿真技术传递给数字模型，仿真技术需要对孪生数据进行数学运算后再将结果传给虚拟实体即数字模型；数字模型需要通过展示技术才能被系统管理者查看和管理；经过仿真技术验证后的数据如果要投入使用，还需要通过组态技术对物理实体进行数据下发；整个孪生系统的数据传输都离不开快速、稳定、可靠的通讯系统，以工业互联网为基础的通讯系统贯穿整个孪生系统。
在智慧工厂中，数字孪生技术可以贯穿整个工厂的全部环节，从产品的研发设计、工艺规划到加工装配、质检试验再到发货物流、售后服务等，都可以映射到虚拟空间中，实现全流程的可视化管理。数字孪生在智慧工厂中应用较多的几个场景有如下几个：
（1）基于数字孪生的车间快速设计。借助数字孪生技术可使车间的设计工作变得快速高效，利用三维设计引擎，结合车间场地、工艺、设备等，构建车间的虚拟三维模型，可以快速完成车间的布局设计；再结合设备的动作脚本，开发相应的程序，搭建虚拟控制网络，可以实现车间的虚拟仿真，并基于实际数据进行预测、评估和优化。
（2）基于数字孪生的产品设计。由数字孪生驱动的产品设计模式可以让设计人员在设计产品时得到近似真实的场景反馈，在产品设计阶段就对其虚拟产品进行仿真，模拟实体产品在不同环境、不同生产工况下的性能表现和运行状态，以尽可能地了解实际生产出的产品是否满足预期目标设定。数字孪生不仅大幅缩短验证反馈的时间，缩短设计周期，而且大大降低了样机试制与运行验证的成本。
这在离散型制造业尤其适用，产品种类繁多，设计任务重，但在数字孪生的虚拟环境中，产品的设计变得简单了。
（1）生产线虚拟调试。把生产线的调试映射到数字孪生中，可以突破时间空间的限制，甚至突破设备参数的限制，在现场调试之前，直接在虚拟环境下进行，对生产线的数字孪生模型进行机械运动、工艺仿真和电气调试，让设备在未安装之前已经完成调试。比较典型的应用就是机器人的调试，将机器人的运动模型导入虚拟空间并进行参数绑定后就可以在虚拟空间中操作机器人，对机器人的各种动作进行控制，验证产线上机器人的动作是否满足要求，是否有安全风险等等。
（2）工厂运行可视化。通过对工厂的数字化建模，将工厂整体“搬到”数字空间中，就可以实现工厂的运行可视化，包括生产设备目前的状态，在加工什么订单，设备和产线的OEE、产量、质量与能耗等。作为管理者，可以实现上帝视角的工厂漫游，结合设备的状态数字标签和环境的监控视频的数字标签，可以做到无死角虚实结合的巡视运维。
数字孪生技术在智慧工厂建设中应用的时间并不长，在体系支撑和技术实际应用方面还面临很多难题，未来还有很大的发展空间。
源自：《数字孪生在智慧工厂中的应用探讨及案例分析》 姜浩，范志鹏
忽米——让工业更有智慧
