在當(dāng)前制造業(yè)的環(huán)境下，如果我們想制造一個新輪胎，我們可能首先會制作一個輪胎原型并將它安裝在車輛上，上路進行測試，然后通過迭代版本和更多的安全檢查來更新和完善它。

而如果我們想量產(chǎn)并提高這種輪胎的生產(chǎn)能力，則必須依靠經(jīng)驗和分析來預(yù)測產(chǎn)線各個節(jié)點的標準節(jié)拍，并在必要時對瓶頸工序做出修改和應(yīng)對。

另外，如果擔(dān)心自然災(zāi)害會破壞供應(yīng)鏈，我們當(dāng)然也可以考慮根據(jù)天氣預(yù)報和其他相關(guān)數(shù)據(jù)來做應(yīng)急策略，然后寄希望于這種應(yīng)急策略可以幫我們解決問題。

但在如今這個充滿技術(shù)變革的時代，制造業(yè)公司，尤其是汽車行業(yè)的制造業(yè)公司有了另一種選擇，即更靈活、更具成本效益、更前沿、更貼近企業(yè)實際運營的實時現(xiàn)實，稱為數(shù)字孿生。我們可以將其看作任何物理產(chǎn)品，設(shè)備或資產(chǎn)，以及供應(yīng)鏈的虛擬副本，并作為可監(jiān)測、模擬和優(yōu)化生產(chǎn)、質(zhì)量和運營性能的測試場。

數(shù)字孿生體可以是輪胎或汽車的虛擬版本，也可以是制造這些產(chǎn)品的方法或整個生產(chǎn)線，甚至可以是一個工廠、一個工廠網(wǎng)絡(luò)或端到端的供應(yīng)鏈。借由物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、人工智能、機器學(xué)習(xí)、過程和數(shù)據(jù)挖掘，甚至增強現(xiàn)實等顛覆性技術(shù)的不斷進步，數(shù)字孿生體也正在逐漸擴展其可能的應(yīng)用范圍，并作為第四次工業(yè)革命的典型代表改變著21世紀的制造業(yè)。

▌數(shù)字孿生在制造業(yè)上的應(yīng)用方式

數(shù)字孿生技術(shù)的基礎(chǔ)是物聯(lián)技術(shù)，當(dāng)我們想要創(chuàng)建工廠或者某制造過程的數(shù)字孿生體時，我們首先會創(chuàng)建一個或一套設(shè)備的數(shù)字化模型，然后使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器收集有關(guān)其性能的實時數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)狡髽I(yè)內(nèi)部服務(wù)器或云服務(wù)器上。有了這些數(shù)據(jù)，我們就可以將其與已有的數(shù)字模型進行耦合并通過渲染或其它手段，生成現(xiàn)實物體的數(shù)字投影，并將其實時直觀的顯示在我們面前。

我們從物聯(lián)網(wǎng)獲得的數(shù)據(jù)種類越多、越準確，數(shù)字孿生體的表現(xiàn)就會越豐富，越具體。通過數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)，其功能將可以被深化到預(yù)測級別，另外，通過虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)，也可以提升人機交互的體驗感，使數(shù)字孿生體看起來更加接近真實，在視覺化上更進一步。

當(dāng)然，我們也可以從其他來源、在其他環(huán)境中引入更多的數(shù)據(jù)，例如供應(yīng)鏈中的物流信息，運輸中組件的序列號等。有了這些正確的數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生體就成了一個可以提供無限空間、無限可能的探索實驗室。來料追溯、產(chǎn)品研發(fā)、性能測試、假設(shè)驗證、生產(chǎn)過程模擬、不良品檢測、出庫物流等等，它可以涵蓋到制造業(yè)的方方面面。

對于企業(yè)來說，我們關(guān)注的不是技術(shù)本身，而是在現(xiàn)有制造業(yè)框架下，數(shù)字孿生體能為企業(yè)帶來哪些效益，能有多大的提升與變革。數(shù)字孿生體在汽車行業(yè)的應(yīng)用價值主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

▌客戶價值

1. 產(chǎn)品測試：以汽車輪胎為例，通過數(shù)字孿生，我們不再需要等待輪胎裝配實車后的測試數(shù)據(jù)，來確定其質(zhì)量和性能。

我們可以直接開始對輪胎性能展開模擬測試。比如，模擬在不同天氣、不同路況下對新輪胎進行性能驗證，并收集數(shù)據(jù)用來改進輪胎設(shè)計。我們也可以用數(shù)字孿生技術(shù)建立數(shù)字線程以及全生命周期管理，當(dāng)我們用不同的化合物和原材料進行模擬實驗后，所有的實驗數(shù)據(jù)都將保留在數(shù)字線程下，在達成符合預(yù)期的結(jié)果后，產(chǎn)品可以由數(shù)字端直接映射到現(xiàn)實端，可以極大節(jié)約測試成本，降低需求方案的管理難度。

2. 提高產(chǎn)能：當(dāng)每次引入新產(chǎn)品時，都會破壞現(xiàn)有的裝配計劃。在我們花錢調(diào)試新設(shè)備和增加生產(chǎn)能力之前，其實我們也可以根據(jù)所制造的產(chǎn)品的獨特特性和需求來模擬新產(chǎn)品的引入對生產(chǎn)能力和進度的影響。

例如，一家整車廠，也許一天只能生產(chǎn)一定數(shù)量的敞篷車，因為在折疊式車頂鋪設(shè)電線會增加額外的工作量和工位。雖然制造商可以增加人手來完成這些額外的任務(wù)，但又不能讓裝配線過于擁擠。而且還必須考慮其它類型汽車產(chǎn)能的平衡。比如，那些有天窗的汽車以及普通汽車，根據(jù)訂單需求，我們隨時要考慮調(diào)節(jié)生產(chǎn)線的生產(chǎn)模式。

此時，如果我們?yōu)楫a(chǎn)線建立一個數(shù)字孿生體，就可以根據(jù)情況來模擬我們的裝配線。對于主計劃人員，在安排生產(chǎn)計劃時，就可以通過數(shù)字孿生體，了解到目前各條產(chǎn)線的產(chǎn)能情況。對于產(chǎn)線負責(zé)人，可以在需要進行產(chǎn)線換型時，通過數(shù)字孿生體指導(dǎo)現(xiàn)場人員換型。對于產(chǎn)線技術(shù)人員，在設(shè)備安裝和連接之前，可以從工程的角度對產(chǎn)線進行實時測試。

3. 工廠基礎(chǔ)設(shè)施：2020年新冠疫情肆虐全球，如何才能在安全或者說不在工廠的情況下對工廠進行參觀和考察？有了數(shù)字孿生體，我們就可以做到這一點，甚至還可以做到更多，借助物聯(lián)技術(shù)，我們可以通過虛擬現(xiàn)實實現(xiàn)工廠漫游，設(shè)備實時數(shù)據(jù)、產(chǎn)線產(chǎn)能情況、不良率、工廠布局等數(shù)據(jù)一應(yīng)俱全，而且無處不在的攝像頭可以代替我們的眼睛，這些現(xiàn)實世界中的攝像頭經(jīng)由物聯(lián)技術(shù)，可以經(jīng)由數(shù)字孿生體來控制。

另外我們也可以通過筆記本電腦遠程培訓(xùn)工人。有了數(shù)字孿生體，設(shè)備甚至不需要實際安裝，就可以向其他人展示如何使用它。

4. 資產(chǎn)維護：通過監(jiān)控生產(chǎn)過程中，物聯(lián)網(wǎng)傳感器傳出的實時數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生體還可以模擬關(guān)鍵設(shè)備何時需要維護，甚至可以用來確定整個生產(chǎn)線、工廠或工廠網(wǎng)絡(luò)的健康狀況。Gartner公司是一家美國評估機構(gòu)，其在2018年的一份報告中指出，美國所有制造企業(yè)經(jīng)由數(shù)字孿生體技術(shù)，每年在資產(chǎn)維護方面節(jié)省的開支，達到了1萬億美元。

5. 有針對性的召回：建立數(shù)字線程和全生命周期管理的數(shù)字孿生體，并通過跟蹤產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件及其序列號，我們不必在產(chǎn)品出現(xiàn)問題時召回成千上萬的產(chǎn)品。我們可以將工作范圍縮小到那些直接受到影響的產(chǎn)品身上。例如，一批在海外運輸途中發(fā)生腐蝕的零部件，通過數(shù)字孿生體就可以精確定位到其影響范圍。

6. 零售業(yè)：數(shù)字孿生甚至有助于面向消費者的領(lǐng)域。例如，一輛帶有三維可視化功能的數(shù)字孿生汽車，可以讓潛在買家在網(wǎng)上或4S店購車時將汽車的顏色改成自己喜歡的顏色，自己喜歡的內(nèi)飾，包括車輛附加選項也是如此，這可以提供更豐富、更個性化的客戶體驗。

7. 售后服務(wù)：在二手車市場上，消費者必須猜測車輛的健康狀況。但是，如果給車輛一個數(shù)字標識（基于數(shù)字孿生和區(qū)塊鏈），我們就可以開始跟蹤它的維修頻率。還有其它我們關(guān)心的問題：它們是否更換過零件？它們是使用原始設(shè)備制造商（OEM）的零件還是售后零件？根據(jù)影響分析，是否存在未登記的事故？

數(shù)字孿生體構(gòu)建的全生命周期，將擁有所有實時性能、傳感器和檢查數(shù)據(jù)，以及服務(wù)歷史、配置更改、零件更換和保修數(shù)據(jù)。

8. 供應(yīng)鏈：數(shù)字孿生體允許我們監(jiān)控和模擬影響供應(yīng)鏈的事件，例如，自然災(zāi)害或與關(guān)鍵國家的貿(mào)易爭端，以及如何去主動應(yīng)對這些事件。

例如，如果我們想模擬來自美國的原材料減少的影響，數(shù)字孿生可以幫助您決定如何有效地履行客戶承諾。您可以開始對各種數(shù)據(jù)點進行建模，比如新原材料在傳輸過程中花費的時間，或者其是否易腐，這讓制造業(yè)開始變得更加主動而不是被動。

參考文獻：

https://www.ey.com/en_gl/advanced-manufacturing/how-digital-twins-give-utomotive-companies-a-real-world-advantage