制造業(yè)如虎添翼 工業(yè)40與數(shù)字孿生.doc

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1、制造業(yè)如虎添翼：工業(yè)4.0與數(shù)字李生數(shù)字李生在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)有多種應(yīng)用形式，能夠?qū)崟r解決過去無法解決的問題，創(chuàng)造幾年前幾乎不可想象的價值。生產(chǎn)流程數(shù)字化趨勢日益明顯，已是大勢所趨。受此趨勢影響,大量企業(yè)努力尋求有效策略，以期從運(yùn)營和戰(zhàn)略層面推動實(shí)際價值的創(chuàng)造。數(shù)字化解決方案的確能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來巨大價值，達(dá)到互聯(lián)智能技術(shù)出現(xiàn)前無法企及的水平。數(shù)字李生是近期的熱門概念,物理實(shí)體或流程的準(zhǔn)實(shí)時數(shù)字化鏡像，有助于企業(yè)實(shí)現(xiàn)績效提升。直至今日，由于數(shù)字技術(shù)能力有限，且計(jì)算、存儲和寬帶成本過于高昂，數(shù)字李生及其海量數(shù)據(jù)

2、處理對于多數(shù)企業(yè)來說仍是一個難以掌控的領(lǐng)域。但近年來，這些不利因素已大大減少。成本的大幅降低和能力的顯著提升引發(fā)了巨大變化。企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人得以綜合信息技術(shù)和運(yùn)營技術(shù)，創(chuàng)建和利用數(shù)字李生。數(shù)字李生為何如此重要？企業(yè)為何應(yīng)當(dāng)考慮采用該技術(shù)？利用數(shù)字李生，企業(yè)能夠自設(shè)計(jì)和開發(fā)階段起，以數(shù)字化的形式完整記錄整個產(chǎn)品生命周期。企業(yè)因此不可以了解產(chǎn)品設(shè)計(jì),還能了解產(chǎn)品的生產(chǎn)系統(tǒng)和實(shí)際應(yīng)用情況。創(chuàng)建數(shù)字李生有助于企業(yè)加快新品上市速度，優(yōu)化運(yùn)營，改善不足，開發(fā)新的經(jīng)營模式，進(jìn)而提高收益。數(shù)字李生能夠讓企業(yè)更加快捷地檢測和解決實(shí)

3、際問題，提高預(yù)測精準(zhǔn)度，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出更加優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，并最終更好地服務(wù)客戶。有了這種智能架構(gòu)設(shè)計(jì)，企業(yè)能夠以更快的速度不斷創(chuàng)造價值和收益。一家企業(yè)很難在創(chuàng)建數(shù)字李生過程中同時覆蓋以上所有領(lǐng)域。創(chuàng)建數(shù)字李生的關(guān)鍵在于先從某一領(lǐng)域入手，在該領(lǐng)域創(chuàng)造價值后再繼續(xù)推廣到其他領(lǐng)域。但在此之前，企業(yè)首先應(yīng)當(dāng)了解數(shù)字李生的定義和創(chuàng)建方式，以免在創(chuàng)建數(shù)字李生的過程中不知所措。我們將在下文對數(shù)字李生進(jìn)行探討，包括其定義、創(chuàng)建方式、如何驅(qū)動價值創(chuàng)造、典型的實(shí)際應(yīng)用以及企業(yè)如何為數(shù)字李生規(guī)劃做好相關(guān)準(zhǔn)備。數(shù)字李生的定義與價值數(shù)字李

4、生在業(yè)界和學(xué)術(shù)界有多種不同的定義，但業(yè)界和學(xué)術(shù)界均未對數(shù)字李生的流程層面給予足夠重視。部分定義認(rèn)為,數(shù)字李生是一件成品的綜合模型，可反映產(chǎn)品的所有生產(chǎn)缺陷,同時該模型還將隨著產(chǎn)品的使用持續(xù)更新，反映產(chǎn)品的消耗磨損情況。其他一些廣泛采用的定義認(rèn)為，數(shù)字李生是基于傳感器所建立的某一物理實(shí)體的數(shù)字化模型，可模擬現(xiàn)實(shí)世界中的具體事物。從根本上講，數(shù)字李生是以數(shù)字化的形式對某一物理實(shí)體過去和目前的行為或流程進(jìn)行動態(tài)呈現(xiàn)，有助于提升企業(yè)績效。數(shù)字李生以針對眾多層面持續(xù)、實(shí)時開展的大量物理世界數(shù)據(jù)檢測為基礎(chǔ)。該檢測可通過

5、數(shù)字化的形式對某一物理實(shí)體或流程進(jìn)行動態(tài)呈現(xiàn)，從而有效反映系統(tǒng)運(yùn)行情況。企業(yè)可根據(jù)所獲得的信息采取實(shí)際行動，例如調(diào)整產(chǎn)品設(shè)計(jì)或生產(chǎn)流程。數(shù)字李生不同于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）,也并非另一種以傳感器為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。數(shù)字李生的功能遠(yuǎn)高于這兩者。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)完全局限于計(jì)算機(jī)模擬的環(huán)境中，在復(fù)雜環(huán)境建模方面取得了一定成效。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的功能比數(shù)字李生簡單，可用于位置檢測和整個組件的診斷，但無法對不同組件間的相互作用和整個生命周期過程進(jìn)行檢測。數(shù)字李生的真正功能在于能夠在物理世界和數(shù)字世界之間全面建立準(zhǔn)

6、實(shí)時聯(lián)系，這也是該技術(shù)的價值所在。基于產(chǎn)品或流程現(xiàn)實(shí)情況與虛擬情況之間的交互，數(shù)字李生能夠創(chuàng)造更加豐富的模型，從而對不可預(yù)測的情況進(jìn)行更加真實(shí)和全面的檢測。隨著計(jì)算能力的提升和成本的降低，如今我們可采用大量的處理架構(gòu)和先進(jìn)的算法分析互式檢測結(jié)果，進(jìn)而獲得實(shí)時預(yù)測反饋，并開展離線分析。數(shù)字李生的上述功能將引發(fā)設(shè)計(jì)和流程的根本性變革，這是目前的方法幾乎無法實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字李生主要用于復(fù)雜資產(chǎn)或流程建模。復(fù)雜資產(chǎn)或流程會與周圍的環(huán)境發(fā)生不同形式的交互作用，因此很難在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)開展結(jié)果預(yù)測。數(shù)字李生的創(chuàng)建可結(jié)合

7、各種不同的實(shí)際情況，以實(shí)現(xiàn)不同目的。例如，數(shù)字李生有時會用于模擬噴氣式發(fā)動機(jī)和大型礦用卡車等復(fù)雜部署資產(chǎn)，以監(jiān)測和評估資產(chǎn)使用過程中的磨損和壓力承受情況。該類數(shù)字李生應(yīng)用所產(chǎn)生的重要信息將影響未來的資產(chǎn)設(shè)計(jì)。風(fēng)電場可通過數(shù)字李生了解運(yùn)營效率低下的原因。除此之外，還存在大量其他與部署資產(chǎn)相關(guān)的數(shù)字李生應(yīng)用情況。從根本上講，數(shù)字李生是以數(shù)字化的形式對某一物理實(shí)體過去和目前的行為或流程進(jìn)行動態(tài)呈現(xiàn)，有助于提升企業(yè)績效。將數(shù)字李生應(yīng)用于部署資產(chǎn)能夠提供深刻洞見，而將數(shù)字李生應(yīng)用于生產(chǎn)流程則能夠產(chǎn)生功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序

8、。圖1呈現(xiàn)了物理世界中某一生產(chǎn)流程的模型及其在數(shù)字世界中的數(shù)字化鏡像。數(shù)字李生是對工廠環(huán)境中實(shí)際情況的準(zhǔn)實(shí)時虛擬復(fù)制。實(shí)際生產(chǎn)流程中部署了數(shù)以千計(jì)的傳感器，共同收集各個不同層面的數(shù)據(jù)，包括生產(chǎn)機(jī)械的行為特征、半成品（厚度、顏色質(zhì)地、硬度、轉(zhuǎn)矩、速度等）以及工廠內(nèi)部的環(huán)境狀況等。該數(shù)據(jù)不斷傳輸至數(shù)字李生應(yīng)用程序，并由該程序完成數(shù)據(jù)聚合。圖1的模型呈現(xiàn)了五大驅(qū)動要素一物理世界的傳感器和促動器、集成、數(shù)據(jù)和分析以及持續(xù)