在智能制造領(lǐng)域，AI驅(qū)動的數(shù)字孿生已然成為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。作為現(xiàn)實(shí)世界系統(tǒng)的數(shù)字模型/副本，數(shù)字孿生使用來自傳感器和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備的數(shù)據(jù)提供數(shù)字表示，從而實(shí)時模擬物理對象或系統(tǒng)。

但在實(shí)際應(yīng)用中，人們對于數(shù)字孿生的理解往往參差不齊。下面是一些常見的理解誤區(qū)：

• 在設(shè)計階段建立用于執(zhí)行仿真的數(shù)字模型（對象的3D模型）并不屬于數(shù)字孿生。在設(shè)計階段，以模擬方式探索各類設(shè)計選項(xiàng)很有價值，但數(shù)字模型代表的是理想化狀態(tài)，而非真實(shí)的物理系統(tǒng)狀態(tài)。
• 通過逆向工程過程建立的模型（也被稱為「數(shù)字影子」）同樣不屬于數(shù)字孿生，因?yàn)槠錈o法影響物理系統(tǒng)。

與上述示例不同，數(shù)字孿生使用傳感器數(shù)據(jù)讓模型保持連續(xù)更新，從而反映物理系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。信息從物理系統(tǒng)流向數(shù)字孿生，反之亦然。這種雙向信息流，是數(shù)字孿生與傳統(tǒng)數(shù)字模型間的核心差異。

簡而言之，數(shù)字孿生應(yīng)當(dāng)符合以下特征，才能真正助力現(xiàn)實(shí)世界中的制造業(yè)：

• 量化不確定性: 只要涉及傳感器，目標(biāo)系統(tǒng)的狀態(tài)就必然存在不確定性。如果不考慮到這種不確定性，就無法做出明智的決策。數(shù)字孿生應(yīng)當(dāng)具有量化不確定性的能力，以保證其提供具有適當(dāng)置信水平的建議。
• 行為與性能預(yù)測: 數(shù)字孿生應(yīng)該能夠根據(jù)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)預(yù)測未來的行為或性能。這要求數(shù)字孿生實(shí)時執(zhí)行模擬，以評估未來可能發(fā)生的不同事件、相關(guān)影響并解釋系統(tǒng)狀態(tài)的不確定性。
• 監(jiān)控物理系統(tǒng): 數(shù)字孿生應(yīng)該能夠?qū)崟r監(jiān)控物理制造系統(tǒng)的性能，并向監(jiān)督過程的控制器提供可操作信息。

數(shù)字孿生如何在制造業(yè)發(fā)揮作用？

明確了數(shù)字孿生的概念之后，接下來我們一同了解這項(xiàng)技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用：

• 數(shù)字孿生為任務(wù)規(guī)劃者和調(diào)度者提供信息，以根據(jù)制造系統(tǒng)的狀態(tài)做出決策。
• 數(shù)字孿生實(shí)時監(jiān)控機(jī)器和設(shè)備的狀態(tài)與性能，據(jù)此預(yù)測何時需要維護(hù)。
• 數(shù)字孿生可識別缺陷并執(zhí)行實(shí)時質(zhì)量控制。
• 當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入錯誤狀態(tài)時，數(shù)字孿生可用于診斷問題并提供必要的恢復(fù)操作建議。
• 通過分析過程數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生可以識別出需要優(yōu)化或改進(jìn)的部分。
• 數(shù)字孿生可以提供加工或操作條件的詳細(xì)記錄，以確保符合相關(guān)法規(guī)。
• 數(shù)字孿生可以實(shí)時優(yōu)化制造運(yùn)營，以支持個性化產(chǎn)品的按需生產(chǎn)。

AI技術(shù)如何影響數(shù)字孿生？

AI技術(shù)正被越來越多地用于增強(qiáng)數(shù)字孿生功能，下面來看一些值得關(guān)注的重要趨勢：

• 機(jī)器人表面精加工單元中的傳感器可用于構(gòu)建零件模型，以可定制方式取代昂貴的傳統(tǒng)特定零件設(shè)備。為了消除意外碰撞的可能性，刀具路徑需要考慮到傳感器所創(chuàng)建零件模型的不確定性，這就要借助AI的力量。
• 執(zhí)行表面精加工的機(jī)器人通常需要在工具上接入軟管和線纜，但這些附件可能會限制機(jī)器人的行動。數(shù)字孿生可以為機(jī)器人構(gòu)建需要安裝的所有外設(shè)模型。借助AI，系統(tǒng)可以根據(jù)接入機(jī)器人的外設(shè)估算實(shí)際狀態(tài)、預(yù)測機(jī)器人可能受到的活動限制。
• 數(shù)字孿生可以使用基于AI的預(yù)測與健康狀態(tài)管理，確保自動檢測到不良事件的發(fā)生。例如，數(shù)字孿生可以利用力學(xué)與視覺數(shù)據(jù)來確定機(jī)器人精加工期間器具快速磨損的原因，并采取糾正措施以防止此類情況再次發(fā)生。

組織如何成功部署數(shù)字孿生技術(shù)？

盡管上述趨勢帶來的助益顯而易見，但制造業(yè)組織必須采取一系列步驟才能成功部署數(shù)字孿生。下面來看組織可能面對的幾個現(xiàn)實(shí)問題：

• 數(shù)據(jù)質(zhì)量: 傳感器會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)以支持?jǐn)?shù)字孿生。組織必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?，確保傳感器可靠地生成準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。AI工具可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪，并保證以正確格式提供數(shù)據(jù)。
• 集成可擴(kuò)展系統(tǒng): 系統(tǒng)集成是部署數(shù)字孿生的重要組成部分。底層技術(shù)正在迅速變化，新的數(shù)據(jù)流不斷被添加進(jìn)來?？蓴U(kuò)展系統(tǒng)集成流程可以確保系統(tǒng)集成不致成為瓶頸。需要采用具有適當(dāng)中間件的模塊化方法來實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的解決方案。
• 強(qiáng)大的計算基礎(chǔ)設(shè)施: 數(shù)字孿生需要依托強(qiáng)大的算力來處理數(shù)據(jù)，因此必須獲取具有充足容量和冗余資源的強(qiáng)大計算基礎(chǔ)設(shè)施。
• 勞動力: 實(shí)施數(shù)字孿生需要一支具有獨(dú)特技能的勞動力，這需要提高現(xiàn)有員工的技能并充分利用解決方案供應(yīng)商的服務(wù)。
• 長期可持續(xù)性: 數(shù)字孿生需要定期維護(hù)和升級，以確保持續(xù)生成準(zhǔn)確的預(yù)測。組織應(yīng)制定長期可持續(xù)發(fā)展計劃，保證數(shù)字孿生的良好、健康發(fā)展。解決方案供應(yīng)商的訂閱模式，也將成為避免意外事故的重要工具。
• 網(wǎng)絡(luò)安全與隱私問題: 連接性的增強(qiáng)會增加網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險。對數(shù)據(jù)的存儲和使用也可能引發(fā)隱私問題。解決這些問題需要實(shí)施最新的網(wǎng)絡(luò)安全措施。此外，確保隱私問題的監(jiān)管合規(guī)性，可能還需要數(shù)據(jù)加密和定期安全審計的加持。

制造業(yè)組織在嘗試部署數(shù)字孿生的過程中，需要制定整體計劃以解決上述問題，而一旦成功落地，這項(xiàng)技術(shù)將有效降低成本、減少故障、提高質(zhì)量與績效表現(xiàn)，幫助企業(yè)積極擁抱智能制造的全新時代。