数字孪生驱动的智能制造的技术路径，如何驱动智能制造进一步发展
#111723#2020年9月18日，中国工程院在机器运载范畴宣布了工程研讨前沿（一共9个范畴，184个前沿研讨与开辟），标题是：数字孪生驱动的智能制作。数字孪生是以后的热门，智能制作走到了当初，数字孪生曾经被各人以为是一个广泛的抓手。这个仍是有情理的。上面笔者就联合本人的意识和懂得，对这个标题停止一下初步的剖析，仅供各人参考。（1）数字孪生与智能制作的关联
对于智能制作，咱们有一个广泛的形式观点，就是涵盖：感知、辨认、收集、剖析、推理和履行，构成这么一个闭环，其中心的理念就是赛博物理体系（CPS）。
CPS的工具是产物或许制作资本。咱们能够树立面向产物的CPS。不论是从产物的功效机能，仍是说运转退役，也能够在这个进程傍边参加产物构成进程所须要的制作资本，乃至当初也有一些直接面向制作资本的，比方装备状况的猜测与保护等等。这些都是从差别的档次或许维度对CPS种种利用情势的一种延长。
在CPS的种种利用方法下去说，其背地的要害都是要构建与物理实体绝对应的或许部份绝对应的软件档次的分级推理决议模子。实在这个也不是说，似乎数字孪生是完整全新发明出来的观点，而更多的是一种既有一些利用方法的总结，固然了，观点明白以后，其外延能够失掉更大的明白和施展能够指点咱们后续的任务。比方咱们始终在停止的种种自力的物理场或许多个物理层融会的CAE剖析，固然这个CAE剖析，很大水平上，在传统傍边是一种离线的或许说是一种离开了实体所停止的（或许联合对一部份实体的形象，比方半什物仿真等等），厥后进一步开展以后，咱们参加了试验测试来完美咱们的CAE析模子，使得成果可能愈加的正确或许失掉修改。比方咱们常常对于产物来停止一些遥操纵，而这类遥操纵的实质是树立了物理实体产物的行动举措模子，咱们能够将咱们的指令干涉出来，使得实体产物可能依照模子所表白的以及与什物绝对应的行动方法停止运转。实在这些也都是CPS的一些传统利用，而此中所见的非物理实体这一部份。当初将其称之为数字孪生体。
实在不论是CPS仍是数字孪生，其表示情势下去说，是基于物理实体附加软件或许赛博层面的体系停止融会，其目标是为了可能愈加精准准确精致的描写物理实体的行动外延，也有益于咱们对物理实体的功效机能和行动停止愈加正确的剖析和猜测。
在融会的基本上，这个链条实在是一个闭环的链条。咱们能够借助于产业互联或许物联来取得产物或许产物制作进程傍边的种种状况数据，并进一步的构建基于这些状况数据的剖析推理模子，在做出剖析推理决议以后，对物理实体或体系停止干涉，这是一个完全的闭环把持进程也是典范的赛博物理体系所寻求的要点。而在这个链条傍边，最主要的是所构建的剖析推理模子。其中心的目标是决议。个别来讲这类决议都是比拟庞杂的，这类分级推理决议模子也是很难树立的，但这恰是咱们尽力的偏向。
智能制作不论是从字面的含意，仍是说是从技巧的角度来讲，其落脚点都是制作，都是在为制作付与智能化或许说赋能。而制作的工具就是产物踊跃制作进程以及产物的退役运转，缭绕着这些来展开GPS或许数字孪生，长短常贴切的，也是直接面向了成绩。
从产物自身来讲。这个产物都是对物理法则的某种应用。咱们所做的CAE剖析，也是在试图。自动的控制产物背地的物理机理模子。而这些物理机理模子。现在在现实应用进程傍边，重要仍是控制在产物计划职员的脑筋当中的，也就是他们的常识与教训。因而这类物理机理模子的构建必定是须要十分好的专业配景呆板，多专业的一种综合。这是企业的现实营业。假如是简略的事件，可能各人也会发明，就没有须要应用那末多计划剖析职员了，恰是由于这些计划剖析职员的常识和教训无可替换或许说难以替换。才为咱们的技巧开展指明白偏向，这是与现实营业直接亲密相干的。
而对于产物的构成进程来讲。最重要触及到两个方面，一是治理决议，二是工艺决议。这个个别来讲也是企业的中心竞争上风重点，不然的话，也就无历来辨别各个企业之间的差异了。数字孪生的提出，其本意或许说动身点更多的是面向工艺决议（树立产物构成进程傍边，各个工艺环节的工艺推理决议时光相似自顺应加工等等典范的智能制作的特色），是对咱们之前对于智能制作或许说CPS更多地存眷于治理层是方面或许说过于存眷治理档次方面的一种改正。固然了，咱们也不能走向极其。由于对于制作运转进程来讲。治理也是极为主要的。面向治理所构建的这类模子与咱们传统的工艺机理剖析决议模子比拟来讲。可能在表现度下面要差一些，然而这个也是相对须要的，比方咱们面向产线车间或许工场运转所构建的APS模子，实在也是一种数字孪生在治理决议方面的一种表现。
通过下面的一些剖析和描写，咱们能够看到。数字孪生所存眷的货色与智能制作所应当存眷的货色实在是高度符合的。因而将数字男生当作智能制作的抓手是很有须要也长短常准确的。
多说一句，既然各人都接收了数字孪生这个货色，实在也没有须要非的纠结于说数字孪生与CPS没有实质上的区分，咱们罗唆就用CPS来讲吧，实在这些都是无所谓的，可能数字孪生愈加夷易近人或许这个词语就可能比拟明要做哪些事件，而赛博物理体系绝对来讲比拟形象，固然赛博物理体系愈加学术化一些或许谨严一些，但弗成否定，数字孪生这个词儿仍是比拟抽象的。
（2）数字孪生驱动的智能制作的技巧门路
起首是面向闭环链路的产业互联或物联技巧。不论是智能制作自身的形式，仍是CPS所存在的理念，数字孪生既然是继续演化的观点，这些货色固然也是要继续过去的，此中最要害的是表现的那种闭环链路。假如不可能基于物理实体收集数据以后做出剖析，并对物理实体停止干涉，那实在跟传统的那种制作，这里说的是包含计划剖析出产运转等在内的大制作的观点实在并没有太多的区分。咱们之前开展的物联网技巧，实在中心的目标是为了可能实现疾速的正确的数据收集。然而假如只是做到这一步，实在是没法来支持数字孪生的，这些物联网技巧还应当可能支撑这些物理实体可能接收来自下层的指令实现对物理实体的干涉和调剂，相称于将物理实体的履行也归入到物联网的范围以内。而在物联技巧基本之长进一步开展的产业互联技巧，特别是在软件层面上的互操纵和柔性集成方面来讲，对于计划剖析傍边的多物理场演化需要下的多体系耦合集成，实在是很有辅助的，这也是数字孪生与产业互联网联合的一个方面。在制作进程及其运转经营方面来讲，联合运转经营的指标树立种种百般的剖析推理决议模子，而这些个别都触及到多体系的综合，这也是数字孪生与产业互联网技巧相联合的别的一个主要方面。综合下面的这些说法，笔者以为，在数字孪生驱动的智能制作配景下，产业物联和产业互联网等技巧。应当以一种基本设备的角度，来为数字孪生和智能制作供给基本设备特别是技巧上的支撑。
第2点是基于常识工程的多物理场产物耦合建模与剖析技巧。对于数字孪生来讲，产物的研制假如可能实现完整的在数字空间就实现精准准确的表白与剖析，这固然是一种幻想目的，或许说无物理模子的一次胜利，也是数字孪生的一种任务。固然刚开端数字孪生是须要与物理实体融会的，但其终究的目的是要离开物理实体的，或许说实现所树立模子的深度演化与复用。在这个进程傍边，最主要的是树立面向产物功效性的行动的剖析推理决议模子。这个常识系统是比拟宏大的。企业傍边的研发计划职员的常识和教训是一个很好的任务重点或许工具，假如可能实现基于常识工程的积淀，构成物理化的可见的载体则善莫大焉。
第3点是基于MBSE和数字主线的深度集成。数字孪生傍边的孪生，应当从更大的视线范畴内来看，而不是仅仅纠结于产物计划剖析的多物理场耦合，固然了这也是一个方面。对于全部产物的研制来讲，应当贯彻MBSE的思维，与其相干的比方 MBD、数字主线等等都是能够归入到这个范畴外面的。但不管怎样。应当强化体系工程的这类理念，或许对于企业来讲，乃至能够起到事半功倍的后果。这个方面。是以模子为载体，这是可见的，以数字主线为支持，这个可能是弗成见的，来实现对全部研制进程的一种数字孪生。实在当初良多企业都在建同一的数据核心，或许说集成数据平台，此中也包含营业流程方面的协同，其目标都是将企业现有的研制，在停止深入进步当前，停止某种情势的固化和晋升，此中最中心的也是表现了体系工程的思维。
第4点是面向制作履行或许经营的数字孪生，这此中包含两部份内容，一个是治理层面上的，一个是工艺层面上的。治理层面下面能够联合制作经营的某个指标或许说多个指标。一方面实现跨数字化营业体系的综合，别的一个方面就要构建面向这些指标的剖析推理模子，实事实际制作经营状况的一种形象描写。而且这个剖析推理的成果，终究会反应和落实到企业制作经营体系傍边的各项改良或许调剂傍边。比方咱们常常见到的是树立基于APS的资本优化设置剖析推理决议模子，咱们能够基于这个模子实现对制作履行进程傍边全部指点因素的同一优化设置能够实现。以后制作因素优化设置也能够实现将来可估计或弗成估计的种种出产扰动下的制作因素的优化设置。工艺层面上的数字孪生，这是咱们之前比拟疏忽（之前很大水平上咱们在智能制作这个语境上面过于着重于治理了），然而应当极其增强的一种数字孪生。比方咱们耳熟能详的大国工匠，或许说高技巧人材。他们的任务基础上都是和工艺直接和亲密相干的。假如可能将他们大脑中的工艺机理决议模子积淀上去，这个实在是数字孪生闭环傍边最主要的剖析推理决议环节所要构成的根据也是看得见的抓手。工艺的范例是多种多样的，这也是企业最中心的一种上风重点，咱们常常说的人是最主要的资产在很大水平上，实在在表白的是这个意思。
实在数字孪生驱动的智能制作另有良多条技巧门路，但全部的这些技巧门路最基本的一个思考动身点就是：和营业联合以及实现营业改良，依照这类基础的准则来联合企业的现实情形推动数字孪生驱动的智能制作，个别来讲都不会走偏。
啰里啰嗦的说了良多，语音输入，毛病和疏漏在所未免。一己之见，仅供参考。
作者信息：王爱平易近，北京理工大学数字化制作研讨所所长，临时从事MES、APS等技巧研讨、体系开辟与实行利用。
PSY
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