数字孪生技术赋能智能制造技术发展

　　2020年7月，国际市场研究机构Research and Markets发布《数字李生市场研究报告》，分析预测了2030年全球数字孪生市场的发展情况。该报告指出，随着工业物联网的日益普及，预计全球数字孪生技术在2020一2030年内年复合增长率将达到39.7%，到2030年，该行业产生的收入将从2019年的36451亿美元增长到732254亿美元。2020年，数字孪生技术进入快速发展期，应用范围不断拓展，各企业相继推出相关软件平台或解决方案，其相关标准规范的制定也在持续推进。
　　1.具备数字孪生功能的制造软件平台与解决方案持续更新
　　2020年7月，德国西门子公司在2020西门子工业论坛上发布了两款数字孪生相关解决方案，赋能企业数字化转型。一是用于数控机床Sinumerik One的控制器平台，其具有创建相应＂数字孪生模型＂的多功能软件，可实现虚拟和现实的无缝交互，帮助机器制造商和操作员在纯虚拟环境中开发产品。二是用于流程工业的云解决方案PlantSight能够为不同源头和类型的数据打造广泛、无缝、一体的数字化环境，为工厂创建活灵活现、可持续更新的＂数字孪生＂模型，从而帮助客户有效管理工厂全生命周期内的所有相关数据，同时该平台支持工厂状态的实时呈现，可提高设备可用性，降低运营及维护成本。
　　2020年11月，美国Authentise公司和Nebumind公司开展合作，将Nebumind数字孪生工具集成到Authentise制造执行系统中。Nebumind工具生成＂数字孪生＂可视化效果，将3D打印设备参数和传感器数据与原始零件几何形状融合在一起，以帮助用户更轻松地识别每个零件的问题区域，提高检查效率，预计返工需求识别速度可提高10倍。两个系统的集成还确保了3D打印零件数据的端到端可追溯，确保数据的安全可靠。
　　2.数字李生技术在复杂系统全寿期各阶段获得应用
　　2020年2月，赛峰集团(Safran)在法国中部建立新工厂为欧洲超大型望远镜(The European Extremely Large Telescope，E-ELT)的主镜生产镜片。该工厂开发出名为＂建造信息模型＂(BuildingInformation Modeling，BIM)的数字孪生技术，通过3D扫描仪对所有生产区域进行数字化扫描以识别工厂设施的每创建完整的3D工厂数字模型，从而为工厂提供数字化工具，优化设施管理和工艺流程，提升工厂运营智能化。
　　2020年5月，美国劳伦斯·利弗莫尔实验室采用多物理场仿真工具ALE3D，为粉末床激光熔融工艺构建了＂数字孪生＂模型。借助该模型，研究团队通过将模拟结果与X射线及光学成像捕捉到的试验数据进行比较，实现了粉末床激光熔融
　　3D工艺在微观尺度下的模拟实验。
　　2020年6月，加拿大航空航天公司AV&R为其机器人操作软件BrainWave增加了数字李生功能，可实时采集生产过程中机器人系统的基本数据，实现机器人系统单元的仿真与可视化。该软件通过实时协调机器人系统所有组件之间的交互，方便工人使用机器人系统执行飞机发动机关键部件的表面精加工，可大幅缩短飞机发动机零件制造或维修的时间，并实现机器人系统的预测性维护，有效减少生产停机时间。
　　2020年8月，美国海军研究实验室与南卡罗来纳大学签订了一份920万美元的合同，为美国海军舰船开发＂数字孪生＂系统。该系统将用于海军电气系统的指挥、控制和预测，使舰船操作员能够充分利用舰船的电气系统来满足关键任务需求。南卡罗来纳大学将进行电力和能源系统的建模和机器学习研究，并开发＂紧密耦合＂软硬件，以演示、测试和验证＂数字孪生＂控制系统的有效性。＂数字孪生＂系统将提高美国海军舰船动力系统和平台的弹性、效率、适应性和自主性，并为美国海军舰船上昂贵的电气部件提供实时监测和预测性维护。
　　2020年8月，美国国家制造科学中心(National Center for Manufacturing Sciences，NCMS)通过国防部＂用于维修活动的商业技术计划＂(Commercial Technologies forMaintenance Activities，CTMA)为一架1985年开始服役的B-1B＂枪骑兵＂战略轰炸机创建整机数字孪生模型，为供应商相对单一或缺乏的老旧备件的生产制造提供便利。该数字孪生模型的创建便于维修人员使用虚拟现实和光学设备进行检验、培训和维护活动，进行飞机性能预测，实时诊断飞机结构的健康状况，以实现轰炸机服役到2040年的目标。
　　3.行业联盟推进数字孪生技术标准化发展
　　2020年2月，美国工业互联网联盟正式发布《工业应用中的数字孪生：定义、行业价值、设计、标准及应用案例》(Digital Twins for Industrial Applications:Definition,BusinessValues,Design Aspects,Standards and Use Cases)白皮书，旨在寻求＂降本、提质、增效＂有效途径的商业领袖、系统架构师，以及在数字李生领域从事研究、开发、部署和测试实践的相关人员，提供数字李生在工业应用中的操作指导。该白皮书从工业互联网的视角阐述了数字孪生的定义、商业价值、体系架构及实现数字李生的必要基础，通过不同行业的实际应用案例阐释了工业互联网与数字孪生的关系。
　　2020年5月，美国Ansys、微软、戴尔、澳大利亚Lendlease等公司共同宣布成立数字孪生联盟，旨在制定数字孪生路线图及行业应用指南，开发相关标准，增强数字孪生的可移植性和互操作性，推动数字孪生技术在更多行业的应用。该联盟在成立短短几个月的时间内，已有来自全球政府、工业界、学术界的150余会员加入。美国空军研究实验室、通用电气、诺斯洛普·格鲁曼(Northrop Grumman)等军工巨头均是该联盟的创始成员，其在数字孪生技术应用方面的成功经验将为数字孪生技术推广应用奠定坚实基础。
　　2020年8月，数字孪生联盟与工业互联网联盟达成协议，共同加快数字孪生技术的开发、应用，并创造经济效益。合作内容主要包括：在标准化要求方面进行协作；通过协调技术组件及其他要素来实现互操作性；协调在术语、安全、模型和支撑技术等方面的工作，以便实现在各领域内应用；加强信息交流，联合举办研讨会和拓展市场营销。
　　4.对中国的影响与启示
　　当前，数字孪生技术应用的主阵地是制造业，也是推进实施智能制造的重要使能技术。美国、德国、中国等国家的工业界、学术界在数字孪生与工业4.0及智能装备/工厂/服务相结合方面开展了大量研究。数字孪生技术已经开始在复杂产品研制、生产与运行维护等多环节部署应用。
　　中国数字孪生技术还处于初步探索与实践环节，面临诸多发展难题，推进数字李生技术深入应用可从以下两个方面入手：一是加强数字孪生技术的顶层谋划，在相关规划、计划中明确数字李生技术的应用战略和目标，搭建数字孪生关键技术、标准规范、软硬件配套等总体发展架构，制定数字孪生技术发展路线图；二是以需求迫切、基础较好、潜力巨大的应用场景为突破日，前瞻性地开展＂数字孪生＂项目，在重点领域、重点环节率先实现应用突破。